MBSE設計
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-06-02
MBSE設計的實例教程
基于MBSE的衛星設計之結構部分初探
01. 衛星設計主要內容
衛星設計是指設計人員應用航天動力學、結構力學、工程熱物理、工程控制論、電子技術、計算機技術、推進技術等學科知識通過分析綜合和創造思維，將設計要求轉化為一組能完整描述衛星的參數的過程。從《NASA系統工程手冊（第2版）》一書正文第4頁中可知，通用技術流程包括三部分內容，它們分別是（1）系統設計流程；（2）產品實現流程；（3）技術管理流程。
衛星設計工作的輸出是什么？是衛星分解結構（SBS：Satellite Breakdown Structure）。一顆典型的衛星由不同的子系統構成，包括以下內容：
01.
展開 5個階段包含了小衛星數字化設計的全過程，其中，數字化樣機詳細設計、仿真分析、工藝設計、整星裝配、整星測試等主要研制內容包含在初樣階段和正樣階段的研制過程中。
小衛星數字化設計以并行工程、協同設計工作模式為基礎，以數據交互和信息共享為核心，通過數字化統一模型驅動整個設計、仿真、制造流程。當前小衛星數字化設計已經取得了重大的進展，小衛星數字化設計的發展還與小衛星數字化設計流程管理的水平密切相關。
采用基于模型的系統工程（MBSE）方法，完善航天型號產品數字化協同研制環境，強化虛擬設計與仿真驗證應用，全三維研制模式和仿真系統，讓試驗衛星從硬件到功能性能都實現數字化仿真，越來越接近一臺“數字化小衛星”；小到元器件和電纜接口的數字化管理。提高設計效率。構建小衛星智能制造體系，針對小衛星多品種、小批量特點，實現生產過程的柔性化、智能化以及生產現場的精細化管理，提高生產質量。構建小衛星敏捷服務和精準保障體系，實現基于數字孿生技術的裝備綜合保障、小衛星集群化在軌運行管理，提高運營效益。
設計流程從信息化到數字化，再到智能化
流程的信息化是數字化的基礎，沒有信息化，相關環節的數據沒有被采集下來，數字化就不可能實現。通過信息化和數字化對原有的傳統流程進行改造。
展開 圖20 MBSE三大支柱的實現比較
結論：
基于ARCADIA方法的Capella工具自2008年開發后，目前已廣泛應用于全球多個領域的項目（國防、航空航天、航天、交通、身份和安全等）。為復雜系統的設計和分析，提供高效、便捷、完整的架構定義支持。
文章來源Teamcenter黑帶
采用最先進的以模型為中心的方法，例如基于模型的系統工程(MBSE)，對于降低傳統的以文檔為中心的系統工程方法（DBSE：Document-Based System Engineering ）無法提供的總體系統復雜性非常有幫助。模型驅動方法（MDA：Model-Driven Approach）使用不同的建模語言和工具與各種設計和分析軟件集成來構建衛星網絡的虛擬架構。它使衛星業務的物理系統和子系統數字化，使信息流能夠無縫銜接。該方法為所有項目成員和所有利益相關方提供一致的信息、更新后的新信息和關鍵決策。系統本身的模型是衛星子系統或操作要素的圖形和數學表示的簡化版本，抽象現實以消除一些復雜性。這些模型幫助工程師在設計新系統時識別問題、丟失的信息、丟失的交互以及丟失的開發機會。這種系統的互聯性使我們能夠識別和平衡一個系統，并管理系統的復雜性。此外，適當的相互連接在項目開發的生命周期中提供模型更改時的可追溯性。
圖
最后，MBSE可以通過減少開發時間和設計更可靠的軟件來節省衛星星座的成本。當MBSE操作得當時，其結果是降低了復雜性、開發時間和成本，從而將太空應用能夠覆蓋到農村和偏遠地區。其次，數字孿生技術是指利用虛擬手段對物理系統進行描述和建模的過程和方法。該虛擬模型有助于實時模擬物理系統的行為，包括空間和地面段及其性能。通過數字孿生技術創建的模型可用于為太空設計的新型網絡威脅的建模、開發和對抗，從而實現一個全新的研究路線。
衛星網絡及其容量的擴大肯定會使國際服務提供商提供的互聯網帶寬有限的國家受益。這也將有利于位于小島嶼的發展中國家和內陸國家走向信息化和網絡化時代，加快經濟與文化的發展，以及與世界的對話與溝通。設計復雜性的降低意味著低成本，進而有助于以可負擔的價格門檻為農村和偏遠地區的中低收入消費者提供衛星互聯網服務。
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概念?
國際系統工程學會（INCOSE）在《系統工程2020年愿景》中，給出MBSE技術的定義：基于模型的系統工程是對系統工程活動中建模方法應用的正式認同，以使建模方法支持系統要求、設計、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的所有的生命周期階段。
基本系統工程專注于功能邏輯模型，專業領域關注的是性能模型，設計和制造專注于幾何模型，MBSE的關鍵是把這幾個模型相互關聯，形成一套建模標準。
圖1 MBSE與各模型的關系
基于模型的系統工程MBSE（Model Based Systems Engineering）技術以其無歧義、便于進行設計綜合、便于進行數據更改和追溯等優勢，成為國內外復雜系統設計研究的熱點，也是解決系統綜合設計的有效手段。由于復雜系統更需要系統工程的應用，所以航空、航天及汽車領域是目前系統工程發展的主要戰場。
飛機機電系統包括燃油系統、液壓系統、環控系統、電氣系統、二動力系統等，是典型的復雜系統。隨著系統復雜度與綜合化程度的提高，飛機機電系統的設計過程呈現出需求多樣化、功能交互高度復雜、各領域物理系統交聯耦合強、系統綜合化程度高等特點，開展飛機機電系統綜合設計已成為飛機設計亟需解決的問題。美國空軍從20世紀80年代開始實施了一系列機電綜合研究計劃，這些研究計劃不僅在時間上具有連續性，在研究內容上也具備繼承性，如圖2所示。
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結合CatiaMagic進行MBSE協同設計
基于場景的需求驗證；
能耗、重量、價格、性能等多方案權衡分析，多性能指標目標優化；
時序動態行為分析；
模型與需求關聯以及模型追溯。
可以看出，需求分析是進行 MBSE 的首要步驟，同時需求分析和系統設計在 MBSE 的全流程之中也是緊密耦合的。
)正向設計模式的全面應用。
導讀：基于模型的系統工程（MBSE）采用模型的表達方法描述系統的整個生命周期過程中需求、設計等活動，以其無歧義、模塊化等優點迅速覆蓋了航空航天、船舶等相關工程領域。本文總結了 MBSE的方法論、建模語言和建模工具，通過不同角度對不同方法、工具進行對比，為尋找適合航空發動機功能建模的解決方案進行了初步探索。
建模語言、建模方法和建模工具作為MBSE的三大支柱，是MBSE能否有效落地的重要影響因素，尤其方法論尤甚，它是絕大部分人開始接觸MBSE的切入點。本文為杉石團隊在
TSE轉向MBSE，關鍵是設計思路的轉變，建模語言和工具從屬于設計思路的轉變。設計本身是一個思維過程、建模過程，而且是很多人（包括用戶、分析者、設計者、實現者、試驗者、維護者等）共同參與的團隊思維過程。而設計思維又和設計語言密切相關，SysML則是這種面向對象的設計語言、建模語言，同時也有一系列支持SysML的建模環境（如NoMagic公司的Cameo SystemModeler等）。
該方法定義了正在實施的系統的物理需求規范，但其詳細設計不是MBSE的一部分，也不是MagicGrid方法的一部分。 該系統的詳細設計是基于模型的設計（MBD）的一部分，可以使用電氣和機械CAD軟件，如果針對ESW(嵌入式軟件)，則進入詳細設計領域并/或由自動代碼生成工具等工具進行開發，這也正是體現機電軟高度協同工作的一個重要環節。
基于3DEXPERIENCE 的MBSE方法
根據國際系統工程學會給出的定義，MBSE是從概念設計出發，使用建模方法逐次支持系統需求、設計、分析、驗證和確認等活動，持續貫穿整個設計生命周期。
Mars2020選擇引入基于模型的系統工程（MBSE）來協助設計飛行系統。本文將介紹在Mars2020項目中引入MBSE的動機，并將解釋Mars2020飛行系統模型的當前狀態。此外還將討論MBSE方法的局限性。
圖表30 ModelCenter的MBSE模塊支持銜接系統架構相關的描述性模型和仿真分析相關的物理模型
ModelCenter支持將業界常用的第三方MBSE工具設計完畢的模型導入到ModelCenter中，再進行工具鏈自動化集成和多學科設計優化。
