MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖1

作為MBSE理論與實踐中的最重要的部分,模型貫穿MBSE理念的始終。最近工程界有一句話比較流行,“Talk is cheap. Show me the model”。這里我們先說出與模型相關的幾個術語,就可以看出模型的重要性:
  • MBSE:Model-Based System Engineering 基于模型的系統工程

  • MBE:Model-Based Enterprise 基于模型的企業

  • MBe:Model-Based Engineering 基于模型的工程

  • MBD:Model-Based Definition 基于模型的定義

  • MBD:Model-Based Driven 基于模型驅動

  • MBI:Model-Based Instruction 基于模型的作業指導

  • MBM:Model-Based Manufacturing 基于模型的制造

  • MBS:Model-Based Sustainment 基于模型的維護

  • MBs:Model-Based Service 基于模型的服務

MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖2



MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖3



為了更好的滿足多領域建模的需要,西門子提供了將建模工具,建模語言和建模方法集成為一體的System Modeling Workbench(SMW)。用戶可以在SMW中基于Arcadia(Architecture Analysis and Design Integrated Approach)建模方法完成多領域模型的創建并確認模型對需求的滿足情況,同時SMW提供了多視角分析對系統模型進行優化分析。下圖是SMW的Arcadia建模方法的具體流程。


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖4

圖 1 SMW基于Arcadia的建模方法


在產品概念設計的多領域建模階段,通過將需求模型與運行分析模型,功能模型,邏輯模型以及物理模型關聯起來,不僅確認了多領域模型對需求的滿足情況,還能通過模型去檢驗需求的完整度及合理度,并針對實現這些需求的各種成本進行前期計算和評估。


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖5

圖 2需求與多領域模型的關聯和查看


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖6

圖 3 需求通過模型確認,仿真 和驗證的閉環


SMW率先開創了將模型與圖形分離,內容與格式分離的建模思想,而這些建模思想SysML語言將會在 V2.0標準中體現出來。


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖7

圖 4 SMW中模型在不同圖紙中的表現形式和關聯關系


除支持UML/SysML語言外,SMW具有以下關鍵能力和特點:


1. 可以實現模型多領域工程的層級轉換;


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖8

圖 5 SMW模型在不同設計階段以及同一系統不同層級的轉換和追溯示例


下面三個圖示分別是SMW中運行場景分析OA到系統分析SA模型自動轉化,模型水平分解,垂直分解以及垂直分解衍生實現系統分析SA到邏輯架構LA以及到物理架構PA的四個示例:


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖9

圖 6 SMW中模型從OA到SA的自動轉換示例


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖10

圖 7 SMW中模型的水平分解


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖11

圖 8 SMW中模型的垂直分解


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖12

圖 9 SMW中模型的垂直遷移衍生(SA-LA-PA)


2. 具備多視角權衡分析的能力;


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖13

圖 10 SMW 多視角管理能力概述


3. 靈活的圖紙復雜度管理;


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖14

圖 11 SMW中針對模型圖紙的靈活管理示例


4. 支持功能多層級的嵌套體現以及父承子系的鏈接關系體現,因此支持Top-down和Bottom-up等五種功能分析方法,實現建模方式極大的靈活性;


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖15

圖 12 SMW的五種功能分析方法


5. 支持模型元素和部件庫的復用;


6. 實現模型中架構和行為更好的集成;


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖16

圖 13 SMW中模型架構,功能組件和接口信息的體現方式


7. 將需求,功能鏈,邏輯架構,物理架構和外部影響要素模型集成一體統籌考慮和分析。


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖17

圖 14 SMW將需求,功能鏈,邏輯架構和物理架構集成為一體示例


SMW完成的多領域模型可以發布到Teamcenter平臺中,然后再分解到具體的領域,如機械,電子電氣和軟件等領域,實現下游具體領域的詳細設計,而具體領域詳細設計和優化的結果可以反饋到SMW中實現多領域模型優化進而形成模型的閉環。

如圖15所示,SMW里完成的電子電氣模型可以通過Teamcenter平臺發送到Capital System中作為架構設計的輸入, 而Capital中針對功能模型的相關修改和變更也可以回傳到SMW中優化相關的模型架構。


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖18

圖 15 SMW和Capital System通過集成實現模型的交互傳遞


西門子的基于模型的電子電氣開發解決方案,就是以Capital為主要電子電氣工具平臺,承接來自Teamcenter平臺的需求和配置信息以及來自于SMW的多領域模型,在Capital system中完成整車電子電氣的架構設計優化,架構設計完成后,其輸出結果可以作為其他專業領域的詳細設計的輸入,推動下游的詳細設計。例如網絡設計、電氣設計以及售后服務文檔的自動生成、軟件設計、PCB設計等,如圖16所示。


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖19

圖 16 基于模型的電子電氣開發過程


另外,西門子基于模型驅動的軟件工程,也是在汽車行業中大量使用的工程方法。Polarion基于項目模板,與Teamcenter平臺,Mentor Capital平臺,Simcenter平臺以及模型工具可以給客戶帶來科學的系統工程解決方法,不僅支持軟件全生命周期的過程管理,還可以和軟件研發階段的各種角色進行工作協同。


在滿足合規性的剛性需要下(比如:ASPICE,ISO26262,ASIL,能力成熟度模型集成CMMI等),實現軟件在環,模型在環,硬件在環,提高軟件復用顆粒度,保證產品質量、更快地進行交付,滿足汽車客戶對汽車軟件開發的需求,如圖17所示。


MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖20

圖 17 基于模型的軟件開發過程

通過SMW建模平臺和Teamcenter管理平臺:
  1. 可以實現UML/SysML建模工具的集成;
  2. 通過集成的API保證了開放性,實現不同工具間的互通性,工程間的協同,以及一致,快速,低成本的數據復用;
  3. 能夠支持各種標準,如ISO42010,ISO15288等;
  4. 項目的代碼和文檔可以自動生成;
  5. 針對模型的完整性和一致性進行仿真,并實現模型架構平衡和優化;
  6. 保證了建模平臺的可擴展性和可定制性;
  7. 滿足可靠性安全性等要求。

MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用的圖21

圖 18 通過SMW平臺滿足企業更多關于模型的需求


文章來源Teamcenter黑帶

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