1 業務流程

 

在系統研發尤其是復雜系統研發過程中，概念設計已經越來越顯示出其重要性，因為只有真正做好概念設計，才可以擺脫逆向設計思想，采用真正的正向設計方法和手段。另外，傳統的基于文件的系統工程已經難以駕馭需求定義、功能定義、架構設計、方案設計、方案權衡等過程，基于模型的系統工程為解決復雜系統的設計問題提供了有效途徑，尤其是解決需求定義、功能定義、架構設計等這些概念設計必須解決的問題。

 

RFLP（Requirement、Function、Logical、Physical）是系統工程的幾個關鍵模型，同時也是基于模型的系統工程（MBSE）的流程應用，它支持復雜產品的全生命周期開發管理與協同運作，將客戶需求、產品功能結構、系統邏輯關系、組成產品的零部件有效的進行關聯管理。

 

圖1 飛機功能定義流程

 

在整個基于R、F、L、P設計流程中，F部分代表了正向設計的核心，也代表了基于模型的系統工程（MBSE）的核心。或者說一個企業是否擁有功能定義和分析流程可以完全代表這個企業是否具備正向設計的能力。就像上面所述，功能定義（或者說功能、架構定義）主要發生在系統概念設計（總體設計）的階段，功能定義從某種程度上來說，也是產品或系統總體設計的主要內容。上圖是飛機功能架構定義（飛機總體設計）流程示例。

 

2 系統建模語言、方法、工具

 

要對系統進行建模（例如功能建模、架構建模）必須有相應的建模語言、建模方法來進行系統建模和系統設計，并有相應的工具進行建模活動和管理活動，這樣才可以讓基于模型的系統工程不僅停留在理論上，還可以應用在實踐中。系統建模主要包括語言、方法、工具等三個方面。

圖2 系統建模語言、方法、工具

   

3 對系統建模語言的誤解

 

目前很多用戶認為，如果我們使用系統建模工具就必須要學會UML語言和SysML語言，這是對系統建模語言的非常深的誤解。大家知道，如果我們使用需求管理工具、產品數據管理（PDM）工具、產品全生命周期管理（PLM）工具，我們無需了解其建模語言是JAVA還是C++，我們只需要會使用這些工具，知道怎樣操作需求的建立和追溯、操作對BOM管理和更改就可以了，那么為什么進行系統建模卻必須學會和使用SysML語言呢？

 

這個問題的出現主要是我們把基于業務的工具使用、IT開發這兩個領域混淆在了一起。語言的使用原則上是工具開發人員的職責范疇，尤其是業務人員如果真的去學習系統建模語言，對于業務人員來說學習成本非常高，一定會占用其業務方面的精力。當然，如果業務人員去擴展其他領域（例如建模語言）的知識，對業務人員也是有幫助作用的，但是一味地去強調語言，而忽視業務方面知識的了解和提升是我們進行MBSE過程的一個誤區。

 

當然我們如果了解一下這些語言的發展和演變，對我們了解MBSE的發展過程還是有一定的好處的，那么我們首先需要了解的就是，目前所有主流的系統建模工具都支持系統建模語言，或者可以理解成這些主流工具都是用SysML語言寫出來的。因此，我們在選擇系統建模（MBSE）工具的時候，就無需糾結哪些工具是否支持SysML語言了，我們要做的只是應該基于本企業的歷史和現狀，來選擇適合本企業的工具就足夠了。

 

對于語言來說，最早的系統建模語言是UML語言。UML為“軟件”系統建立可視化模型，為“軟件”系統建立構件，為“軟件”系統建立文檔。國際系統工程學會（INCOSE）和對象管理組織（OMG）在對UML2.0的子集進行重用和擴展的基礎上，提出一種新的SysML系統建模語言（Systems Modeling Language），SysML語言2006年被采納，2012年發布規范。

 

SysML 1.0以UML建模語言為基礎，但是SysML 1.0也有一些局限，尤其是在UML語言以“軟件”為主的應用范圍和架構方面。即使更新的SysML 1.6也有同樣類似的問題。因此，SysML 2.0版本于2019年11月結束了征求建議階段，開發工作已經正式提上日程，根據OMG的計劃，大約在2022年正式發布。

 

SysML 2.0對UML語言有了顛覆性的提升，比較全面地解決了系統工程的軟、硬兩個方面的問題，最重要的是有效利用企業原有知識和經驗，新的語言與歷史語言會實現并存。同時，SysML 2.0更多地支持了三維的模型，此外，還通過模型和視圖分離的管理技術和建模技術，增加了對模型的數據管理的支持，完全實現在單一數據源基礎上對模型數據的全方位追溯。

 

4 總結

 

對于方法來說，只有語言沒有方法也很難去對系統進行建模的工作。Arcadia方法論是法國泰雷斯（Thales）公司提出的，并因此形成了基于DSML（Domain Specific ModelingLanguage）語言、Arcadia方法論、Capella建模工具的目前世界上為數不多的全系統MBSE平臺解決方案之一。

 

對于工具來說，Capella 提供了一整套建模環境使用戶可以完全按照 Arcadia 方法進行復雜系統設計。該工具自 2005 年開始被廣泛應用于 Thales 公司所設計的航電、軌交、航天以及雷達系統等。Capella工具的主要特點是基于圖形化建模，為工程師開發系統、軟件和硬件體系結構提供了豐富的方法指導和更高的效率。Capella 支持大約十多種不同類型的圖表類型，包括數據流圖、場景圖、狀態和模式圖、組件分解圖、功能分解圖等。例如，Thales 公司為波音、空客等公司研制的機載娛樂系統就是基于Arcadia方法和Capella工具的具體實踐。

 

圖3 基于Arcadia方法的四層架構定義

西門子的SMW系統建模工作臺（System Modeling Workbench），是復雜系統建模（功能模型、架構模型）解決方案，這個解決方案將Teamcenter產品組合與用于工程的SysML通用建模語言和Capella集成在一起，尤其是Capella 工具提供了一整套建模環境，使用戶可以完全按照 Arcadia 方法進行復雜系統功能架構設計。也就是說，使用這個工具無需學會SysML語言，只需要熟悉系統建模業務方法，和這個工具的簡單操作。

 

文章來源：imbse online