編者按 六年磨一劍，終于有一套自主可控的MBSE系統(tǒng)可以面世了。索為公司杉石團隊6年前就開始進行MBSE相關(guān)技術(shù)研究儲備，現(xiàn)形成以Modelook為核心的復(fù)雜工程系統(tǒng)建模仿真平臺，并積極在國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

 

引言

2006年10月，系統(tǒng)工程國際委員會（INCOSE）在《Systems Engineering Vision 2020》中正式提出“基于模型的系統(tǒng)工程”（model-based systems engineering，MBSE）概念。MBSE使用建模方法支持系統(tǒng)的需求定義、設(shè)計定義、分析、驗證和確認等活動，這些活動從概念性設(shè)計階段開始，持續(xù)貫穿到設(shè)計開發(fā)以及后來所有的壽命周期階段。

自此國外基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）進入發(fā)展的快車道，一系列建模方法，模型概念和相應(yīng)支撐項目層出不窮。近些年來，以SysML為基礎(chǔ)的系統(tǒng)級模型已成為大家的共識，相應(yīng)商業(yè)化工具及平臺都支持SysML標準，例如Dassault的Magicdraw、IBM的Rhapsody。在工具廠商的推動、標準組織和工業(yè)企業(yè)的積極參與下，MBSE技術(shù)在各個領(lǐng)域應(yīng)用程度越來越深，相應(yīng)的工具平臺也愈來愈成熟^[1]。

“華為事件”以來，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界才認識到工業(yè)軟件是如此的重要，而國內(nèi)產(chǎn)品和國外同類產(chǎn)品差距是如此大，是典型的“卡脖子項”，以CAD、CAE、EDA類軟件尤甚。不同于互聯(lián)網(wǎng)軟件，任一成熟工業(yè)軟件都需要經(jīng)過長時間的迭代發(fā)展才能達到可靠好用，國內(nèi)很難在短時間內(nèi)把洞補起來^[2]。MBSE工具就是典型的新興CAD工業(yè)軟件，所以，在工業(yè)軟件受國外掣肘的背景下，對于此類落后不多工業(yè)軟件更需要加快步伐跟上業(yè)界先進水平。索為公司杉石團隊6年前就開始進行MBSE相關(guān)技術(shù)研究儲備，現(xiàn)形成以Modelook為核心的復(fù)雜工程系統(tǒng)建模仿真平臺，并積極在國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，取得不錯的反饋。

建模語言、方法論和工具（圖1）作為MBSE的三大支柱，是MBSE能否有效落地的重要影響因素，本文從MBSE三大支柱角度簡述基于Modelook的自主可控的MBSE建模與仿真解決方案。

圖1 MBSE的三大支柱

 

一、系統(tǒng)模型

      描述語言

與傳統(tǒng)的基于文檔的系統(tǒng)工程不同，MBSE將系統(tǒng)的表達由“以文檔報告為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙阅Ｐ蜑橹行摹保琈BSE要求通過一系列活動產(chǎn)出一份集成、清晰且一致的系統(tǒng)模型，基于這個整合的模型，給生命周期不同階段、不同領(lǐng)域、不同學科的人提供唯一真實的數(shù)據(jù)模型，因此能夠?qū)ο到y(tǒng)進行準確描述的模型語言成為MBSE的核心基礎(chǔ)。

系統(tǒng)建模語言（SysML）是一種圖形化建模語言，可以支持系統(tǒng)的規(guī)范、分析、設(shè)計、驗證和確認，并且不依賴方法學和工具，是MBSE的關(guān)鍵使能方法。MBSE解決方案通常使用SysML來創(chuàng)建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、行為、需求、和約束的模型。但SysML并不是唯一的建模語言，對于其他領(lǐng)域的工程師（例如體系、軟件、性能、業(yè)務(wù)過程等）都有更適合的建模語言，例如UML、UPDM、AADL等圖形化建模語言及Modelica等文本建模語言。

在S-MASP解決方案中，對SysML標準和DSL（領(lǐng)域模型）都做了很好的支持。

 

1.1 支持SysML1.6標準

在S-MASP解決方案中，對SysML最新標準中定義的元模型及9種圖（圖2）進行了完整的支持^[3]。

圖2  SysML 9種圖

• 活動圖用于表示系統(tǒng)所需要的行為，以及輸入通過一系列動作轉(zhuǎn)換為輸出的過程；

• 順序圖用于表示系統(tǒng)內(nèi)部與外部環(huán)境如何通過操作調(diào)用和異步信號進行交互；

• 狀態(tài)機圖用于表示系統(tǒng)的一系列狀態(tài)，以及響應(yīng)事件時狀態(tài)之間的可能轉(zhuǎn)換；

• 用例圖用于表示系統(tǒng)所執(zhí)行的用例及相關(guān)參與者；

• 需求圖用于表示基于文本的需求、及需求之間的關(guān)系。

• 模塊定義圖用于表示模塊和值類型之間的元素，以及元素之間的關(guān)系；

• 內(nèi)部模塊圖用于定義單個模塊之間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包含內(nèi)部組成、接口及關(guān)系；

• 參數(shù)圖用于表示約束與系統(tǒng)屬性的綁定，支持工程分析；

• 包圖用于顯示模型以包的層級結(jié)構(gòu)關(guān)系形式所組織的方式；

 

除此以外，在S-MASP解決方案中，在SysML建模語言的基礎(chǔ)上又擴展了一些領(lǐng)域模型，以更好的支持不同領(lǐng)域的MBSE實踐者進行系統(tǒng)建模。

1.2 面向綜合電子的領(lǐng)域模型

面向綜合電子系統(tǒng)領(lǐng)域的實例化模型，是基于SysML標準的元模型，并結(jié)合專業(yè)領(lǐng)域知識進行構(gòu)造型的擴展，形成面向綜合電子系統(tǒng)領(lǐng)域所應(yīng)用的配置文件，為綜合電子系統(tǒng)工程師提供系統(tǒng)建模。在該領(lǐng)域模型中，主要包含以下內(nèi)容：

• 保留了SysML標準中的行為圖（用例圖、活動圖、順序圖、狀態(tài)圖）和需求圖；

• 針對SysML標準中的結(jié)構(gòu)圖（模塊定義圖和內(nèi)部模塊圖）進行了實例化應(yīng)用，提供了功能組成圖、邏輯組成圖、功能架構(gòu)圖、物理架構(gòu)圖、接口數(shù)據(jù)圖等實例化模型，以更好地對系統(tǒng)架構(gòu)進行描述。其中邏輯組成圖用于表達實現(xiàn)系統(tǒng)功能的邏輯模塊；功能架構(gòu)圖用于描述完整的邏輯組成及邏輯模塊間的拓撲關(guān)系、功能分配及功能間的交互功能流，是對系統(tǒng)架構(gòu)的完整靜態(tài)描述（圖3）。

圖3  面向綜合電子系統(tǒng)領(lǐng)域的實例化模型

1.3 面向嵌入式系統(tǒng)的領(lǐng)域架構(gòu)模型

面向嵌入式領(lǐng)域的架構(gòu)模型，是基于AADL標準進行架構(gòu)建模，并支持AADL圖形與AADL文本的轉(zhuǎn)換。基于AADL模型可以進行調(diào)度、可靠性、安全性、實時性、資源使用等分析，以此來對系統(tǒng)架構(gòu)進行驗證和評估。主要提供了物理架構(gòu)圖和軟硬件架構(gòu)圖（圖4）兩種領(lǐng)域模型，作為對系統(tǒng)級SysML標準模型的補充，以更好地支持系統(tǒng)架構(gòu)的落地，彌補了SysML對非功能需求驗證能力的不足。

• 物理架構(gòu)圖用于描述滿足系統(tǒng)的物理設(shè)備組成及設(shè)備間的通信關(guān)聯(lián)關(guān)系，設(shè)備可以分為功能設(shè)備及計算設(shè)備，設(shè)備上可定義端口，端口分為通信端口、電源端口、人機端口等，端口間通過對應(yīng)的總線網(wǎng)絡(luò)、通信連接、電源連接、人機連接等進行關(guān)聯(lián)；

• 軟硬件架構(gòu)圖用于對設(shè)備中的軟硬件進行建模，包括對數(shù)據(jù)流、資源進行建模和映射，滿足AADL標準中的模型元素，如進程、線程、數(shù)據(jù)、子程序、處理器、存儲器、總線等。

圖4 面向嵌入式領(lǐng)域的架構(gòu)模型

1.4 配置文件和模型庫的應(yīng)用

SysML是一種通用系統(tǒng)建模語言，在進行系統(tǒng)建模時直接使用元模型。而針對一些專業(yè)領(lǐng)域的特殊要求，例如為汽車領(lǐng)域定制SysML，包括特定的汽車概念和標準元素的表示（例如引擎、底盤和制動器）。為了實現(xiàn)這一點，在S-MASP解決方案中，使用了SysML構(gòu)造型的擴展機制，即針對元類進行附加屬性和約束的擴展，并對構(gòu)造型進行組合形成配置文件，以實現(xiàn)對專業(yè)領(lǐng)域建模語言的擴展定制。在S-MASP解決方案中同時也支持模型庫的應(yīng)用，模型庫通常指在工程領(lǐng)域中使用的可重用模型元素，如針對特定領(lǐng)域應(yīng)用的電子元器件模型庫，或通用的單位量綱模型庫。具體體現(xiàn)在：

• 針對配置文件，應(yīng)用可視化的方式使用戶可自定義對象庫并支持封裝，從而形成面向特定領(lǐng)域的領(lǐng)域模型，用戶通過一個簡單的SysML模塊定義圖進行構(gòu)造型擴展，可將元模型修改成特定的領(lǐng)域模型。

• 針對模型庫，對設(shè)計領(lǐng)域常用的單位、量綱等（如kg、km）進行了模型定義及封裝，這些單位模型庫可被調(diào)用并應(yīng)用到任何SysML項目中。

 

二、MBSE方法論

2.1 常見的MBSE方法論

建模方法論是MBSE里重要的一環(huán)，也是大部分人員開始接觸MBSE的切入點。例如，2012年，中航工業(yè)與IBM開展合作引入HarmonySE方法論開始，航空工業(yè)集團內(nèi)部掀起了一股學習MBSE的熱潮。其中大部分工程技術(shù)人員接觸MBSE都是從HarmonySE開始的。HarmonySE方法^[4]是IBM Rhapsody工具及相關(guān)產(chǎn)品主推的方法論，以SysML模型為基礎(chǔ)，它核心強調(diào)需求分析及基于用例的功能分析，由系統(tǒng)的動態(tài)行為分析權(quán)衡得到系統(tǒng)的靜態(tài)架構(gòu)（圖5）。

圖5 HarmonySE方法論

以SysML為核心的方法論除harmony SE外，推廣應(yīng)用較多還有INCOSE提出的OOSEM ^[5] （Object-Oriented Systems Engineering Method）（圖6），Dassault的Magicdraw提出的MagicGrid（圖7） ^[6] 。

圖6 OOSEM方法論

圖7 MagicGrid方法論

除了常見的以SysML為基礎(chǔ)模型的方法論外，還有其他以自定義模型為基礎(chǔ)的方法論，典型如Thales提出的Arcadia方法論^[7]（圖8），相比之下，其更適用于復(fù)雜電子系統(tǒng)，更利于工程實踐。

圖8 Arcadia方法論

除了上述列舉的方法論外，國外還有大量的其他維度的方法論，如Vitech的STRATA，Dori的OPM，NASA.JPL的SA（State Analysis），PTC的ASAP，Weilkiens的SYSMOD等等。

2.2 IntE-se方法論

S-MASP平臺中的系統(tǒng)建模軟件（Modelook）在前期推廣應(yīng)用過程中也形成了一套面向綜合綜合電子領(lǐng)域的方法論IntE-se（integrated electronic-SE），主要適用于例如綜合航電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)等。

IntE-se方法論的建模方法大體分為三個階段，用戶需求分析，系統(tǒng)功能分析及系統(tǒng)綜合設(shè)計（圖9）。三個階段中通常上個階段的輸出是下個階段的輸入，分別為用戶需要、用戶需求、系統(tǒng)需求和系統(tǒng)初步方案。

用戶需求分析階段主要解決用戶需要系統(tǒng)完成什么及系統(tǒng)需要具備哪些功能才能完成用戶需求兩大問題。通過參與者識別，基于用例的黑盒功能分析，用例完備性分析等方法解決。在此階段會把用戶需要（needs）轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化的用戶需求（requirements），便于后續(xù)持續(xù)分析和管理。

系統(tǒng)功能分析階段主要解決系統(tǒng)需要如何構(gòu)建和工作才能完成上階段的系統(tǒng)黑盒功能。簡單說在此階段需要把系統(tǒng)從功能的維度分解開，說清楚此目標系統(tǒng)是由什么樣的邏輯模塊和功能構(gòu)成，以及邏輯塊和邏輯塊，功能和功能之間的數(shù)據(jù)關(guān)系，具體分解顆粒度可視系統(tǒng)復(fù)雜程度和系統(tǒng)工程師關(guān)心角度而定。具體會通過邏輯組成劃分，繼承性的用例白盒分析，功能架構(gòu)定義及功能行為仿真，功能／接口完備性分析等方法完成。最終會得到系統(tǒng)的功能架構(gòu)圖及各個子系統(tǒng)需求，這里需要強調(diào)的是系統(tǒng)功能架構(gòu)圖和我們平常接觸較多的系統(tǒng)方案不一樣，它某種意義上來說還是一種需求，是功能需求的精準化表達，簡單舉例拿飛機來說，自發(fā)明以來，它的功能場景就沒發(fā)生過變化，都是起飛，爬升，巡航，做任務(wù)，返航，降落等，可能任務(wù)場景不一樣，但是核心功能，即功能架構(gòu)沒有發(fā)生大的變化，但是因為技術(shù)的進步，飛機的實現(xiàn)方式有翻天覆地的變化，從最開始的螺旋槳飛機，到噴氣式飛機，再到未來的空天飛機，組成材料更是完全不一樣，這主要是體現(xiàn)在下一個階段的物理架構(gòu)模型，即從實現(xiàn)的角度考慮系統(tǒng)架構(gòu)。

最后一個階段是系統(tǒng)綜合設(shè)計，主要解決系統(tǒng)該如何實現(xiàn)才能完成上述分析得到的功能需求及相應(yīng)的非功能需求。這才是體現(xiàn)系統(tǒng)工程師核心能力的地方，需要在上述功能需求的引導下，在非功能需求（成本、安全性、可靠性、重量、體積、功率等）的約束下拿出可行的系統(tǒng)方案，并且在眾多可行的方案中找出最優(yōu)方案。每個領(lǐng)域的物理架構(gòu)模型及相關(guān)屬性都不一樣，此階段需要通過不同的領(lǐng)域模型表達系統(tǒng)物理架構(gòu)設(shè)計，分配上述的功能、接口和非功能需求，并進行分析及多方案選優(yōu)。最終形成系統(tǒng)的初步方案。

圖9 IntE-se方法論

2.3 多方法論支撐

誠如上所述，各種各樣的建模方法很多，每種方法側(cè)重點也不一樣，各有優(yōu)劣。不同的建模方法就像菜譜，各種模型就如食材一樣，菜譜可能對于新手來說很有用，能保證其在較低的時間成本內(nèi)完成一道質(zhì)量有保證的食物，但是對于真正的大廚來說，可以做到眼前無譜，心中有譜，掌握不同食材（模型）的特性，依據(jù)食客當時的需求做出真正的上乘美味。所以，沒有必要去生搬硬套某一種固定的建模方法，也沒有哪一種建模方法可以包打天下，更重要的是要依據(jù)自己團隊和所構(gòu)建系統(tǒng)的特點，發(fā)展出適合自己的建模方法，且通過方法確保團隊內(nèi)所有人都以一致的方式構(gòu)建模型。

同樣，S-MASP平臺也支持根據(jù)用戶的需求裁剪或者定義適合自己的建模方法，往往這也是項目中能夠順利落地MBSE的重要影響因素。

S-MASP平臺中的Modelook軟件為用戶提供了多種方法論的選擇機制。

• 可以完全跳過方法論，通過SysML和DSL（領(lǐng)域語言）直接對系統(tǒng)進行建模描述；

• 可以選擇現(xiàn)有成熟的通用方法論，例如Harmony SE。針對不同領(lǐng)域進行裁剪或擴充定制建模方法，例如在綜合航電領(lǐng)域?qū)嵺`中形成的avic-SE方法論；

• 可以通過profile或者軟件開發(fā)的方式實現(xiàn)自定義的方法論。

 

三、系統(tǒng)建模與    仿真平臺

建模工具是MBSE的第三大支柱，也是支撐MBSE的模型和方法能夠在工程中應(yīng)用的基礎(chǔ)。國外商業(yè)化工具廠商在國外的實踐中分別推出了各自的商業(yè)化MBSE建模工具，比較有代表性的有IBM公司的Rhapsody、No Magic公司的Magicdraw等。

作為國內(nèi)的工業(yè)軟件解決方案廠商，我們在項目實踐中，逐漸形成了一套面向國內(nèi)用戶的系統(tǒng)建模仿真工具化落地方案。通過S-MASP平臺可以實現(xiàn)：

• 圖形化建模及基于模型數(shù)據(jù)的文檔生成；

• 多專業(yè)模型聯(lián)合仿真執(zhí)行；

• 統(tǒng)一數(shù)據(jù)源；

• 版本管理、權(quán)限管理；

• 基于web的模型查看及評審。

3.1 架構(gòu)

S-MASP平臺的架構(gòu)如圖10所示：

圖10 S-MASP平臺架構(gòu)

S-MASP平臺在組成上分為四部分：

• 建模客戶端Modelook及文檔生成工具插件：為用戶提供圖形化建模環(huán)境及基于模型的文檔生成；

• 協(xié)同服務(wù)器：基于領(lǐng)域模型庫、工程數(shù)據(jù)庫及共性 服務(wù)，支持多人多地統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的協(xié)同設(shè)計；

• 仿真客戶端Simox加分布式調(diào)度服務(wù)：為用戶提供仿真場景管理、模型執(zhí)行及分布式聯(lián)合仿真調(diào)度等功能；

• 瀏覽器門戶網(wǎng)站加web服務(wù)：幫助用戶通過瀏覽器快速的查看模型及基于web的模型評審；

 

3.2 建模工具——Modelook

通過自主研發(fā)的Modelook建模工具，可以實現(xiàn)工程管理、圖形化建模及基于模型數(shù)據(jù)的文檔生成。

Modelook支持第2章中提到的SysML元模型建模及領(lǐng)域模型建模，并提供第2章中提到的靈活的方法論選擇機制。用戶可以根據(jù)自己的需要創(chuàng)建不同類型的工程來進行系統(tǒng)級建模。例如機載航電系統(tǒng)在設(shè)計時可以選用IntE-se方法論（圖9），借助領(lǐng)域模型庫中的面向綜合電子領(lǐng)域的實例化模型來進行系統(tǒng)級模型創(chuàng)建。

相比于SysML模型，面向綜合電子領(lǐng)域的模型能夠更直觀的定義系統(tǒng)的用例、功能、邏輯組成及物理組成。通過建模分析，逐步實現(xiàn)從需求到邏輯再到物理的方案演進（圖11）。

圖11 航電系統(tǒng)建模示意

3.3 文檔自動生成工具

在完成了系統(tǒng)建模之后，可以借助文檔生成工具插件，基于模型數(shù)據(jù)和文檔模板生成所需要的文檔，從而減少了重復(fù)編寫文檔的工作，有效的提高效率（圖12）。

圖12 文檔生成配置界面

 

3.4 仿真工具——Simox

通過仿真工具Simox，基于統(tǒng)一的軟件平臺對各專業(yè)模型進行仿真管理，可以在某一仿真場景中圖形化引用UI模型、系統(tǒng)模型、專業(yè)模型并創(chuàng)建模型間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系（圖13），通過系統(tǒng)級的SysML模型作為集成框架，在統(tǒng)一的仿真調(diào)度服務(wù)來驅(qū)動多專業(yè)模型執(zhí)行，實現(xiàn)面向多領(lǐng)域全生命周期的異構(gòu)模型(SysML,Modelica,Simulink等)仿真分析。

圖13 Simox仿真場景

Simox將支持以下三種聯(lián)合仿真場景：

3.4.1 基于狀態(tài)圖的聯(lián)合仿真

狀態(tài)圖作為系統(tǒng)整體運行邏輯的描述，可以有效的響應(yīng)外部觸發(fā)事件對系統(tǒng)狀態(tài)的影響，并傳遞給各分析模型，各分析模型將執(zhí)行狀態(tài)及結(jié)果再反饋給狀態(tài)圖進行同步顯示。在某案例中，通過集成系統(tǒng)的運行邏輯模型、數(shù)學模型和任務(wù)場景可視化模型，實現(xiàn)了系統(tǒng)運行邏輯及場景的可視化，使客戶對所設(shè)想產(chǎn)品進行最快和直觀的認識，而又不丟失產(chǎn)品信息的準確性（圖14）。

圖14 基于狀態(tài)圖的聯(lián)合仿真示例

3.4.2 基于活動圖的聯(lián)合仿真

活動圖聚焦于描述系統(tǒng)行為，對動作和流（控制流、對象流）等進行建模，活動圖通過描述動作執(zhí)行的順序來描述系統(tǒng)的運行邏輯。因此活動圖可用來模擬與時間相關(guān)的活動，并通過集成專業(yè)邏輯模型進行聯(lián)合仿真執(zhí)行。在圖15展示的案例中，實現(xiàn)了SysML活動圖模型與外部可執(zhí)行模型（Matlab、VC等）的集成應(yīng)用，活動圖模型用來描述系統(tǒng)功能邏輯，外部分析模型描述算法的具體實現(xiàn)，將活動圖中的動作與外部分析模型進行綁定，可實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)行為模型和數(shù)學模型的聯(lián)合仿真，實現(xiàn)在系統(tǒng)設(shè)計早期，對功能和性能指標進行設(shè)計驗證。

圖15基于活動圖的聯(lián)合仿真示例

3.4.3 基于參數(shù)圖的聯(lián)合仿真

參數(shù)圖提供了將系統(tǒng)的參數(shù)約束模型與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、行為模型整合的方法，借助參數(shù)圖模型可以和專業(yè)分析模型打通數(shù)據(jù)接口，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的非功能需求驗證、權(quán)衡對比分析、自動設(shè)計優(yōu)化等功能。如圖16所示的案例^[8]，通過將SysML中的參數(shù)模型與工程分析模型進行數(shù)據(jù)集成，更好的實現(xiàn)系統(tǒng)多學科聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計。利用專業(yè)模型對系統(tǒng)架構(gòu)模型中的參數(shù)進行設(shè)計，具體完成如下內(nèi)容：

• 明確參數(shù)分析要達到的目標，使用需求圖構(gòu)建參數(shù)指標，如重量、結(jié)構(gòu)強度；
• 構(gòu)建參數(shù)分析模塊，并定義分析參數(shù)，使用BDD圖定義系統(tǒng)的邏輯模塊組成及約束組成；
• 定義表示參數(shù)分析方程的約束模塊，使用參數(shù)圖建立各約束模塊與參數(shù)之間的綁定關(guān)系，從而建立各參數(shù)之間的約束關(guān)系；
• 導出SysML參數(shù)模型到多學科優(yōu)化平臺或計算平臺（CATIA、Nastran、Matlab等）用于做指標分析，并根據(jù)多學科優(yōu)化仿真結(jié)果，驗證系統(tǒng)設(shè)計模型指標的正確性，以及對系統(tǒng)設(shè)計進行優(yōu)化迭代。

圖16 基于參數(shù)圖的聯(lián)合仿真示例

 

3.5 模型協(xié)同

S-MASP平臺通過協(xié)同服務(wù)器的共性 服務(wù)模塊可以提供用戶權(quán)限管理、版本管理等功能，并基于統(tǒng)一的模型數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)模型元素之間的追蹤和影響性分析，很好的解決了團隊多成員的協(xié)同問題。可以通過差異化的設(shè)置用戶賬號的功能權(quán)限、數(shù)據(jù)權(quán)限，實現(xiàn)多人并行設(shè)計，提高效率；通過有效的版本控制，確保團隊設(shè)計狀態(tài)的管理（圖17）。

圖17 協(xié)同功能示意圖

同時，S-MASP平臺還支持web查看和評審功能，幫助團隊內(nèi)部進行快速的討論與內(nèi)部評審（圖18）。

圖18 web功能示意圖

 

四、應(yīng)用實踐

S-MASP平臺在多個用戶項目中完成了大量應(yīng)用實踐，幫助用戶解決了很多難以解決的痛點。

4.1 案例一 —— 無人物流系統(tǒng)

用戶：某民用科技公司。

痛點：產(chǎn)品特點為單個系統(tǒng)不復(fù)雜，但系統(tǒng)交聯(lián)復(fù)雜（圖19為用戶產(chǎn)品示意圖）；團隊分布在三個城市，溝通成本高；產(chǎn)品、技術(shù)、運營等不同崗位的團隊成員溝通困難。

應(yīng)用實踐：為用戶提供阿里云版的協(xié)同服務(wù)，為用戶的異地團隊提供了統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的設(shè)計可能。基于系統(tǒng)模型的設(shè)計方式的引入，團隊各角色成員可以基于統(tǒng)一的認知進行溝通，降低了溝通的難度。并提供了web版瀏覽，提高了協(xié)同效率。

圖19 某物流無人機產(chǎn)品示意圖

圖20 物流無人機系統(tǒng)建模

 

4.2 案例二 —— 無人機綜合電子系統(tǒng)建模

用戶：航空某研究所。

痛點：在預(yù)研項目中，傳統(tǒng)的基于文檔的設(shè)計形式不支持快速迭代及早期仿真驗證。

應(yīng)用實踐：為用戶部署Modelook工具，并提供了面向綜合電子系統(tǒng)領(lǐng)域的實例化模型，幫助用戶快速的具備了基于模型的設(shè)計能力，提高了設(shè)計迭代效率。并通過基于狀態(tài)圖的仿真驗證，在設(shè)計階段進行系統(tǒng)的邏輯原理展示及驗證。

4.3 案例三 —— 無人機體系建模聯(lián)合仿真

用戶：某高校無人機研究院

痛點：在論證無人機裝備時，會做一些場景想定，但場景想定中的裝備缺少邏輯模型的支持。

應(yīng)用實踐：提供靈活的狀態(tài)圖建模機制，用戶可以對無人機及其他作戰(zhàn)單元進行狀態(tài)圖建模，并打通與STK及matlab的接口，通過狀態(tài)圖的仿真運行觸發(fā)STK模型的運行轉(zhuǎn)換，并接收STK運行過程中的事件來觸發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。通過該方案可將系統(tǒng)的離散邏輯模型與視景模型有效的聯(lián)合，更好的對無人機裝備進行研究（圖21）。

圖21 案例三解決方案示意圖

 

總結(jié)

S-MASP平臺作為國產(chǎn)化MBSE落地實施平臺為用戶提供了一套完整的基于模型的系統(tǒng)級設(shè)計、分析及多學科聯(lián)合仿真解決方案。S-MASP有效的解決了系統(tǒng)級的需求分析與設(shè)計表達難題，并能夠支持用戶在設(shè)計階段對系統(tǒng)進行有效的仿真驗證。相對于其他國外MBSE建模工具，S-MASP平臺具有以下優(yōu)勢：

• 國產(chǎn)自研，完全自主可控；
• 全中文環(huán)境，提高設(shè)計和溝通效率；
• 統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，支持團隊協(xié)同；
• 支持領(lǐng)域模型擴展定制，更利于MBSE落地。

任何一款工程工具的成熟度提高都依賴于持續(xù)的項目實踐迭代，S-MASP目前還處于探索階段，期待與更多領(lǐng)域的用戶進行合作，共同打造一套真正符合國內(nèi)各領(lǐng)域使用需求的成熟MBSE解決方案。

 

參考文獻

[1]數(shù)字化從業(yè)筆記公眾號，MBSE用戶畫像：NASA最新MBSE落地方案及十年探索之路

[2] 林雪萍，論工業(yè)軟件的十大趨勢

[3]OMG Systems Modeling Language（OMG SysMLTM） version 1.6

[4]IBM Rational Harmony Deskbook Rel 4.1

[5]Joe Wolfrom，Section2a：OOSM Overview

[6]No Magic，MagicGridTMFramework fo MBSE

[7]Thales，Datasheet_Arcadia

[8]David Kaslow，GrantSoremekun，Hongman Kim，SaraSpangelo，Integrated Model-Based SystemsEnginering(MBSE) Applied to the Simulation of a CubeSat Mission

 

作者簡介

本文作者：劉陽，張朋朋，劉凱越

劉陽：杭州杉石團隊技術(shù)負責人，研究方向為綜合電子系統(tǒng)建模方法，模型語言及相應(yīng)工具平臺研發(fā)

文章來源：系統(tǒng)工程