MBSE建模的案例
系統工程大講堂——實施MBSE，如何選擇建模工具？MBSE建模平臺的選擇和使用
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）。
展開 行業案例 | MBSE解決方案（四）：基于SysML的武器裝備系統建模與驗證
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建模方法論
建模方法是MBSE里重要的一環，也是大部分人員開始接觸MBSE的切入點，通過建模方法論能夠快速的理解整個系統設計和建模過程。以SysML為核心的建模方法論應用較多的有INCOSE提出的OOSEM，IBM基于Rhapsody工具提出的harmony SE，Dassault基于Magicdraw工具提出的MagicGrid等。
在實際應用中，為保證MBSE能力能應用并支撐型號研制，實現系統工程與MBSE能力真正落地，需要面向實際系統的研制流程，在借鑒國際上成熟方法論的基礎上，可根據系統研制過程定制建模方法論。這樣才能將MBSE方法論轉化形成企業的系統工程和MBSE能力，提高應用價值。
如下圖所示，描述了一個典型的MBSE建模流程，可按照該建模流程開展系統工程活動。
展開 自主可控的MBSE建模與仿真平臺（S-MASP）
MBSE工具就是典型的新興CAD工業軟件，所以，在工業軟件受國外掣肘的背景下，對于此類落后不多工業軟件更需要加快步伐跟上業界先進水平。索為公司杉石團隊6年前就開始進行MBSE相關技術研究儲備，現形成以Modelook為核心的復雜工程系統建模仿真平臺，并積極在國內相關領域推廣應用，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、系統模型
描述語言
與傳統的基于文檔的系統工程不同，MBSE將系統的表達由“以文檔報告為中心”轉變為“以模型為中心”，MBSE要求通過一系列活動產出一份集成、清晰且一致的系統模型，基于這個整合的模型，給生命周期不同階段、不同領域、不同學科的人提供唯一真實的數據模型，因此能夠對系統進行準確描述的模型語言成為MBSE的核心基礎。
系統建模語言（SysML）是一種圖形化建模語言，可以支持系統的規范、分析、設計、驗證和確認，并且不依賴方法學和工具，是MBSE的關鍵使能方法。MBSE解決方案通常使用SysML來創建系統結構、行為、需求、和約束的模型。但SysML并不是唯一的建模語言，對于其他領域的工程師（例如體系、軟件、性能、業務過程等）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（領域模型）都做了很好的支持。
展開 MBSE建模學習之一：有26種分區，先說說模塊（Block）建模
MBSE建模技術中最重要的方法就是面向對象（Object Oriented, OO）的方法。幾種不同技術路線中（OOSEM、Harmony-SE、RUP、OPM），主要的也都是把整個系統當作對象來建模。“模塊”（Block）是面向對象模型中最重要的概念。下面說說模塊是啥、怎么來的、怎么建模。先從面向對象技術的三大特征說起。
面向對象技術三大特征
面向對象技術有三大特征，如下：
（1）抽象
抽象是將具有一致結構和行為的對象抽象成類。一個類就是一種抽象，它反映了與應用有關的重要性質，而忽略其他一些無關內容。從某種意義上講，人類的知識體系就是不斷“抽象”世界中的各種物體（Object，對象）、進行分類、形成的各種概念。
（2）繼承
繼承是在定義和實現一個類的時候，可以在一個已經存在的類的基礎之上來進行，把這個已經存在的類（稱為“基類”或“父類”）所定義的內容作為自己的內容，并加入若干新的內容。繼承得到的新類稱為“子類”。繼承的過程是一個從一般到特殊的過程。
（3）多態
多態是指相同的操作或過程可作用于多種類型的對象上并獲得不同的結果。不同的對象，收到同一消息可以產生不同的結果，這種現象稱為多態性。多態是在子類繼承父類的基礎上，通過重定義方法過程從而實現不同的操作結果。
模塊（Block）
MBSE主要的建模語言UML/SysML是面向對象的語言。SysML（SystemsModeling Language，系統建模語言）是對UML（Unified Modeling Language，統一建模語言）的擴展。在UML中最重要的概念是“類”（Class）。SysML中，對“類”進行了擴展，稱為“模塊”（Block）。MBSE的建模工作，可以說就是把要設計的系統及其各部分抽象為“模塊”的過程。
展開 
MBSE建模學習之六：狀態機和狀態機圖
文章來源：智睿思維MBSE
面向MBSE的一體化智能建模與仿真語言：X語言
基于SysML的主要建模工具包括Rhapsody，MagicDarw等。一些大型軟件供應商也開發了相應的支持SysML的工具，并且把SysML的建模工具和已有的專業建模分析軟件進行了集成，為實際開發系統模型奠定了基礎。一些大型企業也開始在其產品開發中引入MBSE的思想和方法。很遺憾的是，無論是建模語言、建模方法還是主流的
MBSE建模工具，都鮮有國產的影子。
基于MBSE的研發模式的本質是從傳統的基于文檔和物理模型的研發模式，轉變為模型驅動的研發模式。基于MBSE的研發模式強調：工程系統研制也是一個借助系統模型來實現技術溝通的過程。因為復雜工程系統研制過程中，各參與方之間要進行良好地分工、協作，分工協作的基礎是技術溝通，技術溝通的基礎是系統模型。比如，用戶向設計部門提出要求，設計部門提出解決方案(設計方案)，雙方提出的都是模型，是系統模型的不同視圖。這是一個需求模型和設計模型溝通的過程，是一個任務提出方給出“定義”，任務承接方給出“說明”的過程。總體設計部門和分系統設計部門之間的技術溝通，也是類似的過程。工程師依據上述過程可以完成系統設計。但到此只解決了問題的一半。系統集成階段如果還是采用物理系統集成的方式，效率仍然很低，成本仍然很高，局限性仍然很大。因此，現有的基于MBSE的系統研制實踐中，一般先基于系統建模語言(如SysML，IDEF等)進行需求建模和架構設計,再基于物理建模語言（如Modelica，Bond Graph等）并配合集成標準規范（FMI,HLA等），實現物理模型的開發和集成。然而基于SysML的MBSE研發模式亦存在著明顯的不足，影響了研發效率。原因有如下三點：其一，SysML等建模語言只支持系統級架構建模，無法仿真運行；其二，基于SysML所建立的模型只能進行系統的設計與規劃，無法有效的驗證系統設計的正確性、有效性。
展開 MBSE建模案例：法馬通集團復雜核電設備MBSE應用案例
需求工程：需求工程和MBSE比較密切，包括需求的捕獲和分析，協商，早期的驗證與確認，需求記錄和追溯性。頂層需求是MBSE架構設計的基礎，通過需求建模與架構分析，對需求進行分解、細化或者刪除相互沖突的需求。
4 小結
Arcadia方法提供了通用的建模步驟和方法，但該方法和步驟是靈活的，可以根據工程產品的實際情況進行裁剪，以適應具體的工程需求，實踐證明Arcadia方法是面向工程的方法，符合系統工程師的思維。
法馬通集團采用了Arcadia方法實施系統工程后，提高了工程相關方人員之間的交流效率，消除了不同團隊的歧義性，MBSE保證了信息的一致性，同時系統模型也提高了設計質量。
法馬通集團實施MBSE的待深入研究的工作還有：增加更多的視點，如用于安全性分析的視點，評估關鍵功能鏈路的性能的視點，以及支撐架構組件權衡選擇的視點等；與其他工程流程集成，如可以做完安全性評估、人因工程、IVVQ等流程的輸入；MBSE系統建模工具與領域工程工具：仿真、3D設計工具的集成；MBSE技術流程與項目管理的集成，如MBSE的構型項，能為構型管理提供幫助，有助于針對變更快速開展影響性分析。
文章來源：iMBSE online
展開 MBSE建模學習之八：需求和需求圖
從利益相關者需求到建立系統需求、物理需求，整個系統建模過程都是一個需求不斷更具體、更細化的過程。通過系統架構的設計分析，系統性能參數的分配和分析，逐步生成子系統的需求，以及開展機械結構設計、電子電路設計的物理需求。
需求跟蹤和需求覆蓋分析
在整個系統建模過程中，通過建立需求和需求、需求和其它設計元素之間的關系，可以跟蹤需求變動對設計的影響，統計建模工作的完成度。
例如利益相關者需求到功能分析的關系，通過一個需求改善關系矩陣，設置用例行為分析中的“活動”對利益相關者需求中“功能需求”改善關系，如下圖所示：
利益相關者需求改善關系的覆蓋分析，按組統計，結果是
66.66%
，如下所示：
查看沒有被改善的需求項，可以看到，是“自主行走”需求沒有進行用例及功能分析，沒有改善關系。因為是“按組”統計，“總需求”下面如果有一個子需求沒有被改善，就認為它也沒有被改善。需求數量的統計，是包括最上層的“總需求”，所以總數是6個，2個沒有改善，總的改善率是“66.66%”。
文章來源：智睿思維MBSE
展開 MBSE中對能力建模
使用MBSE的建模功能解決了構建系統體系的幾個關鍵方面。能力建模通過抽象系統的特定特性，幫助系統工程師管理需求的復雜性和數量。這種抽象級別也有助于利益相關者之間的溝通，并有助于創建項目路線圖。通過幫助產生分析和理解良好的能力，建模支持創建更好的系統和企業架構。MBSE實踐支持能力對需求的可追溯性，以及能力對操作和邏輯架構（從解決方案架構過渡到解決方案架構）的可追溯。增強的可追溯性提高了系統的質量，并確保了系統將按照要求構建的信心。
From：Modeling Capabilities with Model-Based Systems Engineering (MBSE) (cmu.edu)
展開 MBSE建模學習之七：用例和用例圖的說明
活動圖如下所示：
（4）設置需求的跟蹤關系
通過一個需求關系矩陣，我們設置用例行為分析中的“活動”對“功能需求的”改善關系，如下圖所示：
文章來源：智睿思維MBSE
MBSE建模學習之五：交互和序列圖
文章來源：智睿思維MBSE
跟著NASA學習MBSE：關于系統模型和SysML建模語言
關于MBSE的幾個誤區（2）
誤區4: MBSE僅使用SysML
否. SysML 是一種用來描述系統的建模語言，而MBSE是建模語言、建模方法、建模工具和領域知識的綜合應用，從而實現對系統的分析、定義、設計和驗證。
誤區5: MBSE不是全新的概念，系統工程師已經創建了很多類型的模型
建模并不是全新的概念，MBSE的獨特之處在于采用形式化建模語言來描述系統, 同時系統模型發揮了將源自其它模型的信息加以集成的重要作用。
誤區6: SysML工具僅僅類似 Visio? 和 PowerPoint? 的畫圖工具
錯. 模型信息存在數據倉庫中，可以進行一致性和完整性分析，可以據此生成技術文檔報告，可以與其它專業的模型進行交互。
（未完待續）
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文章來源：數字化轉型與系統工程
展開 【技術動態】MBSE系統建模語言SysML 2.0發展動態
MBSE系統建模語言SysML 2.0發展動態
中國航空綜合技術研究所 郭泰、江雨航
2021年5月，Sanford Friedenthal發表演示《SysML v2語言圖形符號介紹》（Introductionto the sysmlv2 language graphical notation），該演示文稿簡述了基于模型的系統工程建模語言SysML v2.0語言的改進，介紹了SysMLv2.0的功能和基本元素改進情況，使用了擬在規范中提出的圖形建模符號，旨在使用圖形語法補充文本語法。SysML v2.0已發布過程稿，正式版尚未發布。
SysMLv2.0功能域劃分為：包&元素名稱、定義元素、使用元素、部件分解、部件內部關系、可變性、行為、行為流、狀態、時序、個體、時間間隔&快照、公式&計算、量化&單位、約束、需求、分析用例、驗證用例、依賴&分配關系、注釋、元素篩選、視圖&視點、語言擴展。具體如圖1所示。
展開 MBSE建模學習之二：+-#~/^*都啥意思？詳細說說屬性
在MBSE的模型中，我們經常看到屬性的定義中有“+-#~/^*”這些符號，它們可不是運算符，理解錯了要鬧笑話。請大家耐住性子看下去，只有理解了系統結構建模中的“屬性”，才能記住這些符號的意義。
MBSE建模工作從哪里入手這個問題，往往都是剛開始對大家造成困惑的問題。如果從學習的角度，一般是從學習模型中各類元素的概念開始，先大概了解一遍MBSE模型中都有哪些元素、有什么用處、什么時候用。然后結合一個自己工作中的項目，把建模工作做一遍。如果按照正常的產品研發過程，一般按照“需求分析”—>“方案分析”—>“確定架構”這個過程，可能會依次用到需求圖、用例圖、行為圖（活動圖、序列圖、狀態機圖）、包圖或模塊定義圖、內部模塊圖、參數圖。但是我們拿來當作“作業”的項目，也可能已經完成，也不妨直接從架構建模開始，先把系統結構模型化，然后逐步完善系統的行為模型、需求模型。這樣從簡到繁的過程，也許是更有效的學習方法。
在上一篇文章中，介紹了表示系統結構（系統的整體架構，不是指機械結構，機械結構是專業模型，用CAD軟件建模）模型的元素“模塊”（Block）。我們在系統模型中，多次提到“元素”（Element）這個術語，這個術語也是UML標準中的一個概念。在UML\SysML模型概念中，“元素”是最基本的概念，模型中的其它概念都是從“元素”繼承的，是所有模型概念的根（Root）。所以，我們把每個模型概念都統稱為“元素”。那么繼續說“模塊”。“模塊”代表我們設計的產品，以及任何層級的產品。當我們說明這個產品的時候，用它有什么“特征”（Feature，也是UML標準中的元素）來說明它。這個“特征”分兩大類，一類表示它的結構的，稱為“結構特征”（StructuralFeature）；另一類稱為“行為特征”（BehavioralFeature）。
展開 MBSE體系架構模型的理論研究：基于MBSE的作戰概念建模框架研究
基于MBSE的作戰概念建模框架研究[J]. 指揮控制與仿真，2020,42(3):14-20.
作者簡介
杜國紅（1982—），男，河南周口人，副教授，研究方向為軍事運籌。
陸樹林（1978—），女，碩士，副教授。
摘要
作戰概念建模框架是規范和指導作戰概念開發的基礎和前提。基于MBSE方法，提出了涵蓋總體描述、作戰環境、作戰對手、作戰任務、作戰能力需求、作戰力量體系、作戰活動、作戰行動構想等視圖模型的作戰概念建模框架，分析了各視圖模型之間的邏輯關系和詳細構成，并對作戰概念建模框架開發策略進行了具體設計。可為作戰概念體系化研究和工程化設計提供理論方法和手段支撐。
作戰概念是軍事理論創新的橋頭堡，是推進部隊轉型、創新作戰模式、顛覆制勝機理的驅動引擎，其核心是通過分析戰場環境，構建作戰體系，塑造作戰能力，革新作戰方式，生成作戰構想。作戰概念的研究是一項軍事科學與系統科學交叉的復雜領域，需要將理論創新與技術運用相融合，通過戰術與技術的相互驅動，才能促進作戰概念的持續生成和迭代優化。在這一研究過程中，首要的是為軍事理論專家、部隊實踐專家、軍事設計人員以及工程技術人員之間進行思想碰撞和交流提供一種標準化語言，即采取系統工程的思維和方法對作戰概念進行建模，形成用于描述作戰概念一致、無歧義、規范化的建模框架和模型規范。當前，針對作戰概念建模，已有成果主要集中于利用外軍體系結構建模框架，通過提煉和裁剪進行模型描述。
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