MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用
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。
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。
圖 2需求與多領域模型的關聯和查看
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。
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;
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:
圖 6 SMW中模型從OA到SA的自動轉換示例
圖 7 SMW中模型的水平分解
圖 8 SMW中模型的垂直分解
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;
圖 10 SMW 多視角管理能力概述
3. 靈活的圖紙復雜度管理;
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;
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;
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。
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
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。
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。
圖 17 基于模型的軟件開發過程
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可以實現UML/SysML建模工具的集成; -
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; -
能夠支持各種標準,如ISO42010,ISO15288等; -
項目的代碼和文檔可以自動生成; -
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; -
保證了建模平臺的可擴展性和可定制性; -
滿足可靠性安全性等要求。
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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