在全球產業界多年系統工程實踐的基礎上，在信息技術和企業信息化建設的賦能下 ，基于模型的系統工程（MBSE）逐漸被公認為，在軍用及民用在內的所有產業領域內，進行復雜產品研制和生存周期保障的新型研發范式 。

在此背景下，我們希望通過一系列圍繞 MBSE 展開的文章，從 MBSE 的基礎知識開始、與讀者一起探討基于模型的系統工程過程的最佳實踐。同時，讀者也可以通過這些文章了解到怎樣使用 MathWorks 提供的工具開展 系統工程活動 。

本篇做為本系列文章的第一篇，主要和讀者一起回顧和梳理 MBSE 的基礎概念，為后續文章提供理論基礎。

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根據國際系統工程協會（INCOSE）在 2007 年發布的《SE 愿景 2020》中的定義， MBSE 是建模方法在系統工程中的形式化應用，用以支持在系統全生命周期內開展需求、設計、分析、驗證和確認相關的活動 。從定義可以看到，MBSE 是基于文檔的傳統系統工程工作模式的演進，力求以多視角的系統模型做為橋梁，將跨學科/領域的模型關聯起來，實現跨學科/領域的模型追溯，從而驅動大型復雜系統生存周期內各階段的工程活動，最終實現以模型驅動的方法來采集、捕獲和提煉數據、信息和知識。

《INCOSE 系統工程手冊》、《NASA 系統工程手冊》、《FAA 系統工程手冊》以及《中國商用飛機有限責任公司系統工程手冊》中對系統工程實踐有完善的描述，如果需要深入了解系統工程相關概念和具體實踐，請參閱這些手冊。

MBSE 是采用模型驅動的方式對系統工程的實踐，本文就從系統工程要做的幾個典型任務入手，介紹 MBSE 都做什么，幫助大家理解MBSE的內涵，并進一步開展 MBSE 的實踐。

系統工程的主要活動包括：

• 任務/目標定義

• 需求工程

• 系統架構

• 系統集成

• 驗證與確認

• 技術分析

• 范圍管理

• 技術領導力和技術管理

下面就來看看每一項活動的具體內容。為了清晰展示各項活動的關聯關系，下圖展示了各項活動在我們熟知 V 流程 中的位置。

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任務/目標定義

創造新系統或對現有系統進行修改，都是從任務/目標定義開始，也就是捕獲涉眾需求。任務或目標定義并不聚焦在特定的待開發系統上，而是在一個更大的背景中識別潛在的需求，這種需求將成為開發某個系統的理由。這種需求通常用系統使用者的語言進行描述，而不是技術語言，很多時候也會包括一定程度的定量描述。一般通過 CONOPS（Concept of Operations）文件來描述待開發系統的任務和目標。

系統架構

系統工程中的架構設計主要是指定義其組成和各部分的關系，通常以示意圖（Diagrams）的形式體現.包括在一定環境下的系統高層概念描述、系統的組成部分、系統各部分的交互、系統與環境的交互等。同時，系統架構設計也要描述系統產生的過程和對各備選方案的評估過程，并基于系統需求來定義低層需求，從而將需求分配到各組成部分。

工程實踐過程中，我們常常會將待設計的系統或產品按照物理形式進行分解，稱為 產品分解結構 PBS （Product Breakdown Structure），同時也會根據任務/目標定義的內容以及需求工程中獲取的功能要求進行邏輯分解，形成 功能分解結構 FBS （Function Breakdown Structure），簡單直觀的可將 PBS 與 FBS 之間的映射關系稱為系統架構。

需求工程

即需求生成和管理，通過正式的技術語言對系統的功能、屬性以及質量因素等進行闡述，通常叫做“ 需求管理 ”或“ 需求工程 ”，包括對需求的定義、分析、確認和管理。需求工程的輸入是任務/目標定義的輸出，通過分析、綜合、驗證的迭代過程將涉眾需求通過技術語言進行形式化表示，形成高層需求和底層需求，是需求工程的主要任務。

系統集成

系統集成包含設計、購買和創造各類系統組件，對系統組件進行測試，而系統組件包括硬件、軟件或過程。這些組件由于龐大和復雜，而通常也被當作系統看待。系統集成主要完成構建符合預期系統框架要求的系統組件，這部分任務通常由一系列的組裝和測試操作組成。

確認與驗證

確認，是對開發完成的系統（或像需求和架構這樣的開發成果）與系統的預期任務或目標進行比對，即要 確定“做正確的事” ，提供 需求一致性和完整性的證明 ；驗證，是通過檢查，分析，展示，測試或其他的客觀證據，來對系統（開發成果）和需求進行比對，以此來 展示“正確的做事” 。確認和驗證是整個系統生命周期過程中需要持續進行的系統工程活動，分析、測試、評審是進行驗證的常用方法，追溯、分析、建模、測試、相似性度量（或經驗）和評審是進行確認的常用方法。

技術分析

這里的技術分析是指系統級技術分析，尤其是對系統性能滿足需求的滿足度進行評估；包括性能分析，時序分析，容量分析，質量分析，趨勢，敏感度，失效模式和影響性分析等，主要涉及技術性能度量，以及其他類似的對系統配置和組件的多學科評價；除非是與需求工程或系統架構設計不可分割，可能還需要進行功能分析，預測分析，權衡分析等。

這些技術分析一般都是基于不同的系統層級，使用不同的定量建模技術構建不同逼真度的分析模型進行計算和仿真而開展的，是為技術理解和決策提供嚴格的數據和信息基礎的必要手段。

范圍管理

采購和供應鏈問題的技術定義和管理，主要關注與上下游的合同關系：向上是開發合同，對整個系統開發的范圍進行定義，主要涉及系統需求，向下是對委托出去開發的系統組件的范圍進行定義。

技術領導力和技術管理

技術領導力和技術管理活動主要包括項目策劃，技術過程評估，技術控制，團隊建設，交叉協同，提供通用語言和目標，風險管理和接口管理等；與項目管理不同的是，技術領導力和技術管理主要關注技術目標和技術指導。

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相信通過上面對系統工程典型活動的介紹，我們對 MBSE 有了一個更加直觀的認識。

那么，MBSE 和我們以前提到的 MBD 是什么關系呢？ 

簡單來說，MBSE 重在跨學科的、基于模型的、不同視角的系統表達，力求為大型復雜系統提供一致的、完整的，相互關聯的，貫穿系統生命周期的分層次的系統模型，覆蓋和系統相關的問題域與方案域。而 MBD 側重方案域的特定領域的系統設計與實現。

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文章來源：MATlab