MBSE發展的案例
基于模型的系統工程（MBSE）的發展史以及典型應用分析
目前，MBSE方法已廣泛應用于國外航空、航天、航運等領域，也是中國研究和實踐的熱點課題。
MBSE發展史
20世紀中后期，許多學者對完美系統模型理論進行了深入研究，發展了各種系統建模思想和理論。代表性的系統模型理論有的建模理論、克里爾和林的一般系統方法論、的物理化學設計理論等。在過去的幾十年中，學者們在模型理論的研究方面取得了顯著的成就，形成了許多基于模型的方法來描述、分析和設計系統。在實踐中，一些基于數理邏輯的圖形化建模方法，更直觀、更容易理解、更容易溝通，已經逐漸應用到軟件工程和系統工程中。
1993年，美國,學者Wymore提出了通過嚴格的數學表達式抽象表達系統工程過程中各種狀態和元素的方法，并通過數學模型系統建立了系統工程中各種狀態元素之間的聯系。這是面向系統工程的建模描述方法的雛形。1997年，對象管理集團(OMG)發布了統一建模語言(UML)，用于對軟件工程過程進行建模，以提高軟件開發效率和降低開發成本。UML在軟件工程中的成功促進了系統工程界對建模方法的認識，即使用可視化的可執行標準建模語言來提高系統工程過程的效率。
2007年，國際系統工程學會(INCOSE)在《基于模型的系統工程》中提出了MBSE的定義:“將形式化和標準化應用于系統需求、設計、分析、驗證和驗證活動的建模行為，從系統的概念設計階段開始，貫穿系統開發和隨后的生命周期?！盜NCOSE強調，MBSE是未來系統工程方法和技術的發展趨勢，是系統工程領域的一場革命。會上，MBSE首次提出了長期計劃。計劃從2007年到2020年實現MBSE理論與實踐體系的逐步成熟，這標志著MBSE將成為未來系統工程的一個重要發展方向。顯示了INCOSE到MBSE的計劃路徑如圖1。
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 借助基于模型的系統工程 (MBSE) 應對如今的汽車行業和可持續發展難題
對于汽車行業而言，滿足如今日益增長的可持續發展和互聯互通需求至關重要。
客戶和政府機構都要求汽車更加清潔、更加環保。同時，這些客戶還要求汽車更加智能、互聯性更強。
要在如此復雜的行業中蓬勃發展，汽車制造商必須轉變既有觀念并改變多年來使用的方法，才能打造出滿足如今需求的車輛。
基于模型的集成式系統工程方法恰好可以發揮用武之地，助力您的團隊開始集成并保持集成。
這樣一來，就可以每次都在正確的時機交付正確的車輛。
詳細了解軟件和系統工程，推動改變汽車駕駛的變革。
借助西門子基于模型的系統工程 (MBSE) 應對汽車開發的復雜性問題
在本電子書中，CIMdata 探討了汽車行業普遍面臨的諸多挑戰，因為軟件如今已成為汽車中最關鍵的一個方面。這導致客戶和政府機構提出了越來越多的要求。最終，這便導致汽車的復雜性遠遠超過了汽車制造商先前所開發的汽車。汽車制造商該如何應對呢？他們如何解決這些難題，并搶在競爭對手之前解決呢？基于模型的集成式系統工程 (MBSE) 方法能夠幫助打造這樣的車輛。
推動汽車行業的可持續發展，滿足并超越政府法規要求
隨著消費者對于更加清潔、更加環保的車輛需求的不斷增加，各個國家和地區政府機構紛紛頒布各項法律法規，以推動汽車行業的進一步可持續發展。實際上，已經有 13 個國家和 31 個地區政府機構宣布實施逐步禁止內燃機車輛銷售的計劃。從挪威到法國、英國等國家正在推進相應計劃，旨在于未來 10-20 年內實現這一目標。汽車制造商目前面臨著嚴峻的現實，即如何應對這樣大規模的行業變革。
展開 MBSE演變的五個階段
在本公眾號《嫁接MBSE》一文中，作者提出MBSE需要經歷爬行、走路和奔跑三個階段。Jon Holt教授持相似的觀點，并具體提出系統工程實踐從基于文檔到基于模型要經歷五個階段。本文對這五個階段作了深入探討。
Jon Holt是基于模型的系統工程領域國際公認的專家。Holt是克蘭菲爾德大學系統工程教授，并且是IET和英國計算機學會的會員。他目前是英國INCOSE的技術總監，2015年被INCOSE評為過去25年中最具影響力的25位系統工程師之一。
圖1 Jon Holt
本文摘自Jon Holt的著作《Systems Engineering Demystified》。
圖2《Systems Engineering Demystified》封面
在一個組織中實施MBSE時，必須考慮的一個關鍵因素是MBSE活動的成熟度，為此有必要考察MBSE的演變過程。
MBSE的演變可以被認為是從基于文檔的系統工程方法，一直到完全基于模型的系統工程方法。然而，這不是一個簡單的轉變，必須考慮五個概念階段，如下圖所示:
圖3 MBSE的演變(
Holt & Perry
，2020年)
圖3中的圖表通過確定的五個關鍵階段展示了MBSE的演變，這五個階段有助于理解如何在組織中實施和部署MBSE。
階段1–基于文檔的系統工程
MBSE發展的第一階段被稱為基于文檔的系統工程。圖3中的階段1描繪了一大堆文檔。這意味著有許多文檔與這一階段的發展相關聯。與此同時，
與系統相關的知識分散在這些文檔中，而不是集中在一個位置。
展開 
對系統建模（MBSE）語言的理解
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。
展開 基于下一代系統建模語言SysML v2的MBSE方案【6月17直播】
</p><p class="ql-align-justify"> 6月17日，Ansys 2025R1系列研討會<strong>『基于下一代系統建模語言SysML v2的MBSE方案』</strong>如期進行，下滑預約??</p><p><img src="https://mmecoa.qpic.cn/mmecoa_png/sJ5jnYn8Sicf9HzsjibZOpPzAg3P8rT9iaiazHctqMqiaeK2k1hPByVVEic8nflHYHlIUWeD3l3O1NCQbgUKPB223cgw/640?wx_fmt=png&from=appmsg&tp=webp&wxfrom=10005&wx_lazy=1" alt="圖片"></p><p><strong>時間：</strong>6月17日（星期二），16：00-17：00</p><p><strong>內容簡介：</strong>SysML v2是由國際對象管理組織(OMG)開發的下一代系統建模語言，旨在滿足基于模型的系統工程(MBSE)不斷發展的需求。</p><p>Ansys基于SysML v2開發了MBSE解決方案，該方案支持了SysML v2的先進特性，基于先進的Web技術，提供強大的多人協同，并與各種不同保真度的工程或學科模型很好集成，無縫地支持了數字工程的實施。
展開 解讀ARCADIA：MBSE方法論的卓越實踐
一
ARCADIA方法論誕生背景
01
MBSE的發展
在過去的幾十年里，系統工程領域的復雜性和挑戰性不斷增加。隨著技術的快速發展，系統工程師們需要協調不斷變化的需求、預測未來的技術趨勢以及應對潛在的風險。為了應對這些挑戰，系統工程領域的專家們提出了一種新的方法，即模型驅動系統工程 (Model-Based Systems Engineering，MBSE)。MBSE旨在通過使用模型作為系統設計和分析的核心，替代傳統的文檔驅動方法，從而提高效率和減少錯誤。
02
MBSE落地的痛點
盡管MBSE的潛力巨大，但其實施過程中也存在很多痛點，首當其沖的是缺乏有效的方法論指導，設計者常常缺乏清晰的步驟和指南來指導他們從開始到結束的整個建?；顒?，進而導致一系列后果：首先是缺乏明確的步驟和建?？蚣埽O計者在實施過程中容易迷失方向，不清楚應如何進行下一步工作。其次是工作效率下降，設計者需要花費大量時間和精力去嘗試不同方法，而不能有效地專注于實際設計任務。第三是質量和風險影響，缺乏方法指引可能導致在實施過程中出現錯誤或遺漏，這不僅可能影響系統的質量和性能，而且可能導致需要進行大量的修改和調整，從而增加工程的成本和風險。最后，由于缺乏有效的方法論指導，可能會導致工程師們在實施MBSE時感到困惑和挫敗，從而影響他們的積極性和創新性。
展開 林雪萍 | 工業軟件 無盡的邊疆：寫在十四五專項之前
推動MBSE的發展，對于制造商而言，需要一種前瞻性的視角，是面向未來數字化轉型的關鍵一環。在國際上，方法論、建模語言和規范、工具都已經很成熟，唯一跟不上來的就是團隊。而對于復雜產品的研發工程師而言，這是應該成為一種基本的門檻技能。很多工業軟件公司，戰略布局就是遵循MBSE的Vee模型進行落子。例如西門子軟件的戰略布局，可以說就是要填滿了整個Vee的山谷，這讓并購軟件的目標鎖定，變得十分容易。而工業巨頭，也加緊了推動MBSE在企業的戰略位置。全球軍火商洛克希德馬丁的數字化轉型，可以說就是從企業內部推動MBSE開始。2005年，對MBSE非常熱心的董事長，選定了MBSE專家，在所有的制造流程開始推動MBSE的落實。十五年過去了，據稱這項龐大的工程，已經完成了40%。這自然是一個漫長的過程。然而，數字化戰略，畢竟開始騰飛。
然后，可以進入制造了。
制造過程軟件
一家企業已經建立了一個復雜而多產的全球制造體系：6家工廠生產和發運來自20多個產品系列的75000多個SKU。為了滿足每年60萬份的全球訂單，這些工廠依賴于1000多臺設備、數十條連續流水線，在某些情況下，在不同地點的類似產品還需要不同的產品“配方”。如何規劃這種進進出出的訂單？
這就涉及到一類銷售與運營規劃（S&OP）的軟件，行業也稱之為“大物流計劃”。它超越了一個工廠的范疇，而是從全球的制造能力分布，來考慮海陸空的實際運力和成本，再來決定物品的移動軌跡，而這個軌跡則決定了不同工廠的排產順序。這就是全球視角下的物流規劃。美國FlexSim的軟件，就可以完成全球模型的模擬，幫助關鍵決策的制定。而達索系統的Quest、西門子的Plant Simulation也是這類物流建模的軟件。大型工業巨頭，在這些領域，市場切分得非常精細。
展開 MBSE建模應用案例和實踐經驗：MBSE技術在Mars2020火星探索項目中的應用實踐
MBSE方法能夠讓團隊更加關注其工作的困難和復雜的工程方面，并讓團隊更確信他們所使用的信息是完整的和最新的。Mars2020框架促進了MSL遺留的數據作為飛行工程產品被協調成一個有凝聚力的飛行系統模型，它的好處是在任務生命周期的早期能夠修復設計誤解/錯誤。不一致的地方就會被識別和發現，如果做不到這一點，修復成本或任務風險可能會更大，因為很可能在制造或集成之前不會被發現。
從模型生成文檔和可視化的能力也使FSSE團隊能夠快速的回答、追蹤可行性研究管理者的各種詢問，而這以往通常需要耗費大量時間。這類問題的一個例子電氣功能設計，現在工程師可以將更多精力關注那些沒有被歸類為規范的電氣功能。線束設計者和電路數據表設計者都在使用此電氣功能模型告知他們的工作日程。
6總結
Mars2020飛行系統采用MBSE方法，以克服常見的SE挑戰，這是一項持續的工作。Mars2020建?？蚣埽禾峁┝艘粋€通用術語，可用于描述飛行整個項目的系統，從而提供精確，明確的設計溝通。框架提供了一種易于擴展和添加飛行系統設計信息的機制和一種從模型提取信息的能力。規則檢查與驗證提供了一種識別信息不一致或不連續性設計信息的能力。
模型生成系統工程產品：通過模型生成一致的數據表、報告文檔。通過web界面訪問文檔可以減少信息孤島，通過提供一個公共位置來訪問飛行系統設計信息。
基于規則的圖表創建：直接從模型轉換，可單獨處理數據的布局和顯示方式，使更廣泛的團隊成員能夠多種視角訪問模型，減少信息孤島。
隨著MBSE的發展，Mars2020飛行系統將從長遠考慮注入更先進技術以期對飛行系統設計有更深入的了解。
文章來源知元創通
展開 系統工程和MBSE概念定義和內容明晰：MBSE產品的定義、特點和應用范圍
圖3 基于文檔和基于模型的區別
所以，開篇提到的把“系統工程”等價為MBSE，或者簡單的認為MBSE就是SysML建模都是片面的，也是不準確的。
那為什么這么多人都認為MBSE就是SysML建模的等同概念呢？
其實這主要是以下幾個方面的原因疊加造成的認知片面導致的。
系統建模工具廠商刻意宣傳的效果，尤其是SysML工具的供應商基本宣傳策略就是構建MBSE能力就是掌握SysML系統建模應用；
產品設計經歷了逆向仿制到正向創新的發展過程，在正向創新的產品開發流程中亟需提高和完善的能力是需求工程和系統功能分析與分配。主要集中在V流程的左半邊，越往上越欠缺。如圖 4黃色虛線圈的位置。因為欠缺，所以更關注，也就造成了用MBSE“指代”需要提高能力的那部分內容；
MBSE應用的最大優勢之一是在設計的前期充分的開展需求分析和功能分析，通過架構權衡實現早期設計缺陷的識別，并及時修復。這是一種研發范式的轉變，如圖 5所示。通過這種新范式可減少后期缺陷的數量，降低修復缺陷的經濟成本和時間成本。
一般，以上對應的MBSE內容我們姑且定義為狹義的MBSE，那么，狹義的MBSE包括需求捕獲、需求撰寫、需求分析、系統建模、功能和邏輯分析、系統仿真、需求驗證、需求和模型管理等。如此，勉強可以認為（狹義的）MBSE就是SysML建模與分析。這也是目前大多數人對MBSE概念認知的范圍。在此還是倡議溝通交流中能明確界定概念，避免造成MBSE概念和范圍的混亂，甚至認知誤區，這對于長遠發展MBSE是不利的。
展開 MBSE建模語言：基于OPM的概念建模語言研究
圖8和圖17集中體現了擴展后的OPL相對ISO/PAS 19450: 2015的改進.
6 總結
建模語言是基于模型的系統工程(MBSE)的基石. 在保持對象過程語言(ISO/PAS 19450: 2015) 特色和優點前提下, 增加觀測過程構造型和關聯算子過程構造型, 限定影響鏈接關系的方向, 讓對象過程語言所能表達的內容更充分、準確、細致. 為闡述問題并證明改進方案的有效性, 利用典型案例開展驗證工作. 案例雖然簡單, 但揭示了語言的底層邏輯, 具有代表性, 可作為一般性應用參考.僅僅開展語言方面的研究和改進, 其局限性是顯而易見的. 對建模語言的改進需要體現在建模軟件工具中, 并與建模方法共同促進MBSE實踐 . 面向對象方法是應對系統復雜性的有效建模方法. 但當前OPL尚不支持封裝, 這限制了它按照面向對象方法建模. 論文未涉及該問題, 這將是研究和進一步改進OPL值得探索的方向.
后記
當前版本的對象過程語言（ISO/PAS 19450：2015)已經非常強大，足以支持我們做很多工作，比如作為MBSE核心的架構定義及架構建模等工作。繼續完善對象過程語言，將更充分地發揮它的巨大潛力，更有力地推動MBSE向前發展。
另外，永遠不要忘記領域知識不可替代的重要作用。假如缺乏必要的領域知識，語言、方法和工具都無法發揮任何作用。
文章來源：對象過程方法
展開 
MBSE | 一文詳解基于ModelCenter的全流程解決方案
數字工程對已有的數字化概念不是替代的關系，而是對多年來數字化技術發展的融合與深化。
圖表10《數字工程戰略》融合了數字化轉型的既有政策、計劃、指南、框架、項目與合作伙伴
基于模型的系統工程(MBSE)就是數字工程的一個子集。MBSE支持需求、架構、設計、驗證和確認的系統工程活動。這些模型必須可以與其他諸如機械、電氣等工程學科的物理模型相關聯。當前數字工程面臨的較大挑戰依然是MBSE與基于物理模型的集成，數字工程的基礎是以所有利益相關者之間可共享的格式來表示系統數據。已經發布的《SysML版本2》和《系統工程2035愿景》都加強了這方面的考慮，是有望支撐數字工程的未來發展方向之一。
圖表11 SysML版本2和系統工程2035愿景將更有助于同其他物理模型集成等方面的功能
在實施《數字工程戰略》的過程中，洛馬、諾格、波音、雷神等軍工制造商都結合各自的工程背景、豐厚經驗和自主技術等條件，提出了不同的數字化解決方案。對于我們國內用戶，也應該借鑒這一數字化轉型的趨勢，并結合自身的實際，合理裁剪或擴展，打造出可定制的數字化解決方案。
圖表12 通用的數字工程全流程，ModelCenter在多學科設計優化和權衡階段的應用
早在2019年，Ansys已經就數字化轉型中的仿真體系建設（①企業數字化轉型中仿真的價值 | ②企業仿真體系建設的必要性 | ③仿真體系建設的要素、原則與關鍵問題）給出了方案和建議。圖表13是從另一個角度展示了怎樣結合Ansys系列產品給MBSE賦能，協助用戶實現數字化交付的解決方案。
展開 MBSE的能與不能???
目前，MBSE面臨的挑戰來自于數字化、智能化、網絡化等多種計算技術的快速發展，實現真正的MBSE與數字工程的有效融合，需要做什么？讓它們更好地服務于人類社會（無論是工程系統、社會系統等等）。那就應該有新的MBSE方法，可以顯著改善相關領域的任務設計和開發實踐。
現有、不斷發展的MBSE標準體系（針對國內的）應該包括哪些內容，通過梳理現有的國際和國內在相關領域的標準，建立統一的模型譜架構。在理論、語言、方法、應用等方面，以及不同行業、專業之間的夸專業性方面，建立標準規范體系。著重突出解決互操作性、語言建模到語義建模、自然語言建模等方面的作用，以支持計算技術不斷發展而帶來的MBSE的演變、標準的演變，保證系統發展演進的連續性。
MBSE重要建模標準的分類和路線圖
制定標準體系和標準發展路線圖，這就需要新標準填補目前項目開發的空白。
作為系統工程的各利益相關方，為新的建模標準提供自身的需求，并在標準開發過程中，不斷評估已有標準，預測未來的標準趨勢并能做出合理有效的評估。
吸引更多地MBSE社團（多個不同學會、協會）和標準開發組織、項目以及專家進行積極的交叉參與、溝通和開展最廣泛的協作。
展開 技術交流 | MBSE技術及其在航天產品領域的應用建議
根據規劃，MBSE主要經過三個階段，2010實現MBSE的標準化，2010-2020是MBSE理論體系走向成熟化階段，在系統的架構模型中集成分析、仿真、可視化，并定義出完善的MBSE理論體系，到2025年，在各個領域應用MBSE方法。
圖2 INCOSE發布的MBSE遠景規劃
為了支持MBSE，國際系統工程學會（INCOSE）和對象管理組織（OMG）提出了一種新的系統建模語言（Systems Modeling Language，SysML）。
MBSE是系統工程發展的大趨勢。國際系統工程學會綜合最近20年來各方面提出的基于模型的技術，提出了MBSE的概念及框架，并加以推廣應用。INCOSE在2007年發布的《系統工程2020年愿景》指出：從很多方面看，系統工程的未來可以說是“基于模型的”，該《愿景》也規劃了MBSE未來20年的發展路線圖。MBSE不是建模仿真，MBSE從工程系統初期就開始進行并一直持續到后續階段，是工程系統全生命周期的工作。MBSE中的模型主要是指系統模型，是系統層面的描述性的模型，概念理解上應當與專業的分析模型區別開來。同時，MBSE也不僅僅是信息化，現有的產品數據管理等信息化工具僅僅是對人頭腦中思考的東西、設計結果的一個記錄，從過去的紙筆畫圖到現在的電子化、信息化、網絡化、集成化，而MBSE是研制流程的再造和優化，而不僅僅是信息化工具的應用。
通過MBSE的定義可以得出， MBSE的核心思想是以模型的方式，通過對跨學科的專業知識統一表示來控制復雜系統的研發過程，強調的是系統工程過程中信息傳遞的模型化。
展開 自主可控的MBSE建模與仿真平臺（S-MASP）
編者按
六年磨一劍，終于有一套自主可控的MBSE系統可以面世了。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。
引言
2006年10月，系統工程國際委員會（INCOSE）在《Systems Engineering Vision 2020》中正式提出“基于模型的系統工程”（model-based systems engineering，MBSE）概念。MBSE使用建模方法支持系統的需求定義、設計定義、分析、驗證和確認等活動，這些活動從概念性設計階段開始，持續貫穿到設計開發以及后來所有的壽命周期階段。
自此國外基于模型的系統工程（MBSE）進入發展的快車道，一系列建模方法，模型概念和相應支撐項目層出不窮。近些年來，以SysML為基礎的系統級模型已成為大家的共識，相應商業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、標準組織和工業企業的積極參與下，MBSE技術在各個領域應用程度越來越深，相應的工具平臺也愈來愈成熟[1]。
“華為事件”以來，國內產業界才認識到工業軟件是如此的重要，而國內產品和國外同類產品差距是如此大，是典型的“卡脖子項”，以CAD、CAE、EDA類軟件尤甚。不同于互聯網軟件，任一成熟工業軟件都需要經過長時間的迭代發展才能達到可靠好用，國內很難在短時間內把洞補起來[2]。
展開 