2月28日安世亞太系統工程大講堂將邀請No Magic公司專家來華介紹MBSE方法學、產品工具、解決方案和案例。相關消息發布后，引起業內很大關注[1]。大家共同關心的問題包括：No Magic公司的MBSE解決方案與業界其他公司的產品和方案孰優孰劣？在國外的應用情況如何？面對各個供應商的產品和方案，用戶該如何選擇？本文力圖站在盡量客觀的立場上，盡量采用具有公信力的材料，嘗試對上述問題進行簡要回答。敬請各位專家同仁拍磚指正。

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從系統工程的視角看待MBSE的實施過程

系統工程從傳統的以文檔為中心的模式向現代的基于模型的范式的演變[2]，在國外正方興未艾、日趨成熟，在航空航天國防軍工等傳統系統工程行業開始步入取得巨大收益的階段，并開始進入能源、交通、醫療、建筑、乃至公共安全等幾乎所有人類生產生活相關領域；在國內則剛剛起步，目前還只是復雜裝備研制相關行業有所關注。在這種受客觀規律支配、沒多大中國特色的復雜工業品（既包括硬件、也包括軟件）研發和應用領域，學習國外的最佳實踐是實現望其項背到并駕齊驅的后發超越之路的最有效途徑。

圖1 能力成熟度提升過程

一切能力成熟度提升的過程都是系統工程過程，需要系統工程的方法和過程指導，MBSE的實施過程也是如此。

 圖2 MBSE實施四要素[3]            

圖3 建模工具三要素[4]

我們選取MBSE實施過程中的一項重要工作（圖2）——建模工具的選擇（圖3），來闡述如何將系統工程的方法和過程應用進來。目前市場上MBSE或SysML建模工具眾多（圖4），下面的討論主要涉及項目中使用頻率頭三名、特別是頭兩名的工具。

圖4 MBSE-SysML建模工具在國外項目中的使用頻度[5]

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MBSE建模工具選擇過程    

http://mbse.tools/網站給出了MBSE建模工具選型過程的一般步驟[6]：

1) 確定目標和需求；

2) 定義工具選型評價準則；

3) 為評價指標分配相對權重；

4) 識別候選建模工具；

5) 評測候選建模工具；

6) MBSE建模工具選型決策。

并給出MBSE建模工具常用的評價指標[7]：

1) 易用性Usability

2) 模型繪制功能Functional features: Drawing

3) 模型仿真和執行功能Functional features: Simulation & Execution

4) 符合標準及互操作性Standards Compliance & Interoperability

5) 技術支持和團隊建模協作Technical & Team Modeling Support

6) 綜合考慮軟件功能、質量和價格得出的建模工具價值Value

一些歐美SysML/UML建模專家給出了建模工具評價指標的權重分布（表1）。

表1 SysML建模專家給出的建模工具評價指標權重分布示例[8]

http://mbse.tools/網站于2013年和2014年給出了相關工具的簡單測評結果：MagicDraw（圖5）和Enterprise Architect的得分約為3.5，Rhapsody（圖6）的得分約為3.0?？傮w看，MagicDraw的易用性、建模功能（SysML敏捷建模）、對SysML標準符合程度和互操作性、與需求管理工具的集成、團隊建模和技術支持等方面優于Rhapsody，Rhapsody的高級仿真執行功能優于MagicDraw。

MagicDraw的評語為：MagicDraw is a solid choice as a MBSE tool that strictly enforces SysML well-formedness rules for syntax (notation) and semantics. MagicDraw offers proprietary and commercial plugins to integrate with Requirements Management and Simulation tools. Recommended as a MBSE tool with intermediate-level support for model-based simulation of Parametric and Activity diagrams.

圖5 mbse.tools/網站對MagicDraw的評價[9]

Rhapsody的評語為：Rational Rhapsody Designer is a solid choice as a MBSE that supports model-based simulation and execution. Recommended as a MBSE tool with intermediate-level support for model-based simulation and execution capabilities.

圖6 mbse.tools/網站對Rhapsody的評價[10]

關于MBSE相關的軟件功能，應該說MagicDraw、Rhapsody各有千秋；綜合與標準的符合性、軟件易用性和價格等因素后，MagicDraw稍勝一籌。這一結果與OMG發布的MBSE建模工具項目滿意度結論一致（圖7）。

圖7 MBSE建模工具項目滿意度[5]

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MBSE方法學

 

SysML有九種相互關聯、可部分仿真執行的模型圖，其軟件工具必定復雜難學。所以，破解軟件功能和易用性這對矛盾就是靠MBSE方法學。除了軟件功能，實施方法學也是MBSE整體解決方案的重要組成部分。用戶畫的各種模型圖都質量好壞的差別，對于同一問題系統，模型存在最優解甚至標準解，如何提高建模質量就是方法學要解決的問題。

No Magic公司的MBSE方法學是MagicGrid，號稱是IBM Harmony、OOSEM等各家方法學（圖8）和DoDAF、NAF等各家架構框架的綜合集成，為用戶提供無二義性的系統建模工作流程。

IBM的Harmony方法學也是集成折衷的產物，首先是IBM包容調和了兩位大師在系統工程領域和嵌入式軟件工程領域的兩種思想方法（即Harmony = Harmony MBSE + Harmony ESW），其次是包容了Peter Hoffman對SysML建模功能和Rhapsody軟件功能的裁剪。這就造成Harmony MBSE并不完全符合系統工程最新標準（ISO 15288:2015）對系統工程過程的定義，如Harmony MBSE以涉眾需求作為輸入，而忽略了涉眾需求定義過程。另外，Harmony MBSE的作者Peter Hoffman退休離開IBM，以及IBM公司的業務轉型，對Harmony MBSE方法學及其系統工程解決方案的發展和完善的影響，尚待評估。

圖8 MBSE方法學使用頻度[5]

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國外客戶采購MBSE決策過程示例       

 

洛克希德-馬丁公司下屬的桑迪亞（Sandia）國家實驗室于2010年決定在實驗室內部不同安全級別的網絡上部署No Magic公司的SysML建模工具MagicDraw，并且軟件評測和采購團隊將MagicDraw、Rhapsody、Enterprise Architect三個工具的對比和采購決策過程按照系統工程的流程撰寫了詳細的報告（圖9）。雖然是6年前的數據，但系統工程思想方法在整個過程中的應用，值得我們一讀。其中提到，Rhapsody最終沒能勝出的原因是其高級功能難學難用和軟件價格昂貴。

2006 年，NASA根據其天基網絡、近地網絡和深空網絡現狀和未來發展，提出空間通信與導航計劃（SCaN）。該計劃的集成網絡架構團隊在由傳統基于文檔系統工程模式向MBSE模式轉移過程中，評估了眾多建模工具和需求管理工具，包括MagicDraw、Rhapsody、Enterprise Architect、CORE、DOORS、CRADLE、Artisan Studio等，最終MagicDraw被選中[12]。

在軟件功能和實施方法學各有千秋的情況下，易用性、成本預算、項目規模往往就是影響客戶采購決策的關鍵因素。像NASA、波音、洛馬等大機構、大公司一般都采購、試用了各種相關工具，但大規模使用的一般只有一種。

圖9 桑迪亞（Sandia）國家實驗室2011年SysML工具采購決策過程報告封面和目錄[11]

除了商業采購和使用外，相關專著和教材中對MBSE建模工具的使用和認可程度也是一個有用的視角。2011年，No Magic公司發布一項作者調查[8]，給出了對MagicDraw進行背書的作者和在書中聲明使用No Magic公司產品進行建模的專著，例如Jim Arlow、Pascal Roques、Tim Weilkiens、Tom Pender，以及Tim Weilkiens等人所著《Model-Based System Architecture》、Sanford Friedenthal等人所著《A Practical Guide to SysML》等。

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結語

No Magic公司的MBSE產品能從2011年的累計50萬安裝到2017年的累計1百萬安裝，這樣的快速增長，除了得益于MBSE在全世界各個行業推廣實施的快速發展，還得益于其產品的功能強大、良好的易用性和合理的實施成本；更重要的一點，No Magic公司及其核心團隊成員深入參與SysML等標準的研發，使得其產品與標準具有天然的符合性，甚至在標準尚未正式發布之前，其產品就已實現。No Magic公司通過建立一定程度的技術和標準壁壘、搶得市場先機、進而實現業績增長并與客戶共贏的發展道路，為中國軟件企業和裝備制造企業的發展提供了很好的借鑒。

參考文獻

[1] 活動 | 安世亞太系統工程大講堂——MBSE Day: No Magic Experience Sharing 2017邀請函. 安世亞太公司微信公眾號, 2017年2月14日

[2] 段海波. 從霍爾模型這一技術系統的發展進化看傳統系統工程到現代系統工程的演變. 安世亞太公司微信公眾號, 2015年11月20日

[3] PivotPoint Technology Corp.

[4] No Magic, Inc.

[5] Compilation of SysML RFI- Final Report, OMG Document syseng/2009-06-01

[6] How to Select a SysML Modeling Tool for MBSE. http://mbse.tools/select-mbse-modeling-tool

[7] How to Define SysML Tool Evaluation Criteria for MBSE. http://mbse.tools/define-sysml-tool-evaluation-criteria/

[8] Why Modeling Book Authors Use MagicDraw as The Best Product - Interview and Survey of the Most Reputable Book Authors. No Magic, Inc. 2011

[9] Review: MagicDraw MBSE/SysML Support. http://mbse.tools/review-magicdraw/

[10] Review: Rational Rhapsody Designer MBSE/SysML Support. http://mbse.tools/review-rhapsody-developer/

[11] SANDIA REPORT SAND2010-7098, Process for Selecting Engineering Tools - Applied to Selecting a SysML Tool, 2011. http://sysml.tools/.res/Process-for-Selecting-SysML-Tool.pdf

[12] NASA Glenn Research Center. Applying Model Based Systems Engineering to NASA’s Space Communications Networks. 2013

文章來源：安世亞太