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MBSE體系

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創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-06-02
MBSE體系圖1

MBSE體系的實(shí)例教程

基于MBSE的作戰(zhàn)概念建模框架研究[J]. 指揮控制與仿真，2020,42(3):14-20. 作者簡(jiǎn)介 杜國(guó)紅（1982—），男，河南周口人，副教授，研究方向?yàn)檐娛逻\(yùn)籌。 陸樹林（1978—），女，碩士，副教授。 摘要 作戰(zhàn)概念建模框架是規(guī)范和指導(dǎo)作戰(zhàn)概念開發(fā)的基礎(chǔ)和前提。基于MBSE方法，提出了涵蓋總體描述、作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)對(duì)手、作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)能力需求、作戰(zhàn)力量體系、作戰(zhàn)活動(dòng)、作戰(zhàn)行動(dòng)構(gòu)想等視圖模型的作戰(zhàn)概念建模框架，分析了各視圖模型之間的邏輯關(guān)系和詳細(xì)構(gòu)成，并對(duì)作戰(zhàn)概念建模框架開發(fā)策略進(jìn)行了具體設(shè)計(jì)。可為作戰(zhàn)概念體系化研究和工程化設(shè)計(jì)提供理論方法和手段支撐。 作戰(zhàn)概念是軍事理論創(chuàng)新的橋頭堡，是推進(jìn)部隊(duì)轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新作戰(zhàn)模式、顛覆制勝機(jī)理的驅(qū)動(dòng)引擎，其核心是通過分析戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，構(gòu)建作戰(zhàn)體系，塑造作戰(zhàn)能力，革新作戰(zhàn)方式，生成作戰(zhàn)構(gòu)想。作戰(zhàn)概念的研究是一項(xiàng)軍事科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)交叉的復(fù)雜領(lǐng)域，需要將理論創(chuàng)新與技術(shù)運(yùn)用相融合，通過戰(zhàn)術(shù)與技術(shù)的相互驅(qū)動(dòng)，才能促進(jìn)作戰(zhàn)概念的持續(xù)生成和迭代優(yōu)化。在這一研究過程中，首要的是為軍事理論專家、部隊(duì)實(shí)踐專家、軍事設(shè)計(jì)人員以及工程技術(shù)人員之間進(jìn)行思想碰撞和交流提供一種標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言，即采取系統(tǒng)工程的思維和方法對(duì)作戰(zhàn)概念進(jìn)行建模，形成用于描述作戰(zhàn)概念一致、無歧義、規(guī)范化的建模框架和模型規(guī)范。當(dāng)前，針對(duì)作戰(zhàn)概念建模，已有成果主要集中于利用外軍體系結(jié)構(gòu)建模框架，通過提煉和裁剪進(jìn)行模型描述。
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近年來，基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）技術(shù)越來越得到工業(yè)界的認(rèn)可[3-5]，MBSE 是系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作通過數(shù)字化設(shè)計(jì)手段的實(shí)現(xiàn)，因此在工作流程上與傳統(tǒng)系統(tǒng)工程并無太大差異，仍然分為需求分析、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)步驟[6-8]。MBSE與傳統(tǒng)系統(tǒng)工程方法主要的區(qū)別是利用模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的文檔方式，模型具有的唯一性和可執(zhí)行性是其最大的特點(diǎn)。基于此，本文引入基于SysML的系統(tǒng)架構(gòu)建模方法[9,10]，在方案設(shè)計(jì)階段利用基于MBSE的設(shè)計(jì)方法對(duì)空空導(dǎo)彈系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行建模，并對(duì)不同系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行仿真分析，最終獲得最優(yōu)系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在方案論證階段減少甚至消除設(shè)計(jì)中的邏輯錯(cuò)誤，避免到設(shè)計(jì)后期才發(fā)現(xiàn)由于邏輯錯(cuò)誤而造成循環(huán)設(shè)計(jì)[11-13]。 1 MBSE理論概述 本文展開基于MBSE 的空空導(dǎo)彈系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)工作。從需求分析和用例出發(fā)，利用RHAPSODY 建模工具，基于MBSE 方法和SysML建模語(yǔ)言，對(duì)空空導(dǎo)彈系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行建模與仿真，主要包括基于SysML 的需求分析、系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)部分，最終實(shí)現(xiàn)在空空導(dǎo)彈系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)階段對(duì)其架構(gòu)進(jìn)行仿真，獲得最優(yōu)系統(tǒng)架構(gòu)。 （1）需求分析 該階段目的是將軍方原始需求轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)需求，同時(shí)依據(jù)需求定義空空導(dǎo)彈用例，詳細(xì)描述系統(tǒng)的行為，主要通過SysML的需求圖和用例圖表達(dá)。 （2）系統(tǒng)分析 該階段主要是把系統(tǒng)需求分解為功能性需求和非功能性需求，同時(shí)將系統(tǒng)功能性需求轉(zhuǎn)化為若干個(gè)可執(zhí)行模型，利用SysML 的順序圖、活動(dòng)圖和狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)每一個(gè)用例的分析。 （3）系統(tǒng)設(shè)計(jì) 該階段分為架構(gòu)分析與架構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。架構(gòu)分析階段是利用順序圖、活動(dòng)圖和狀態(tài)圖對(duì)不同的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行評(píng)估分析，獲得最佳系統(tǒng)架構(gòu)。架構(gòu)設(shè)計(jì)階段功能性需求分配到系統(tǒng)架構(gòu)的結(jié)構(gòu)中，從而完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
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圖 1 體系架構(gòu)框架DoDAF 2 體系架構(gòu)建模工具 Modelook.EA 體系架構(gòu)建模工具M(jìn)odelook.EA支持UPDM建模語(yǔ)言和DoDAF模型框架，用于開展面向復(fù)雜軍事組織體系和裝備體系的多視角、多視圖的體系架構(gòu)設(shè)計(jì)建模，開展任務(wù)需求分析，任務(wù)場(chǎng)景分析、體系架構(gòu)分析及體系架構(gòu)邏輯驗(yàn)證等。 支持美國(guó)國(guó)防部體系架構(gòu)框架DoDAF2.0標(biāo)準(zhǔn)，全面支持8個(gè)視角52張視圖的圖形化建模，這些模型通過圖形、文檔、矩陣、表格等形式對(duì)視圖進(jìn)行分析，提供統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)，保證各數(shù)據(jù)項(xiàng)目之間的一致性，實(shí)現(xiàn)了以數(shù)據(jù)為中心的體系結(jié)構(gòu)開發(fā)方法。同時(shí)具備與多種仿真環(huán)境接口，可利用作戰(zhàn)場(chǎng)景的三維時(shí)空物理模型與信息模型、體系信息交互的時(shí)序圖與系統(tǒng)內(nèi)部行為的狀態(tài)圖及可視化仿真技術(shù)完成模型的動(dòng)態(tài)特性、協(xié)調(diào)性和時(shí)間特性的驗(yàn)證；在此基礎(chǔ)上，通過作戰(zhàn)場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)任務(wù)與體系架構(gòu)的行為模型，可視化仿真裝備系統(tǒng)的運(yùn)行，完成系統(tǒng)的作戰(zhàn)概念、系統(tǒng)體系架構(gòu)、系統(tǒng)的主要功能、接口驗(yàn)證，從而實(shí)現(xiàn)體系架構(gòu)在全局戰(zhàn)場(chǎng)背景下的驅(qū)動(dòng)和論證。
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來源：本文為安世亞太原創(chuàng)作品，上海安世亞太授權(quán)轉(zhuǎn)載 前言 工業(yè)正向設(shè)計(jì)體系是一套基于模型的系統(tǒng)工程體系，而整個(gè)MBSE體系架構(gòu)會(huì)涉及到眾多模型，如需求模型、設(shè)計(jì)模型、仿真模型等，如何有效直觀地可視化展示各個(gè)階段模型數(shù)據(jù)，輔助工程師進(jìn)行正向設(shè)計(jì)決策，是當(dāng)前工業(yè)正向設(shè)計(jì)體系的一大難題。而隨著數(shù)字孿生場(chǎng)景的不斷細(xì)化落地，如何真實(shí)高效地描述和映射物理產(chǎn)品，同樣也是當(dāng)前數(shù)字孿生領(lǐng)域急迫需要解決的問題。這些都與模型數(shù)據(jù)可視化及封裝技術(shù)息息相關(guān)。 一、產(chǎn)品數(shù)字模型可視化集成封裝 產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)過程從需求設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)到各階段逐級(jí)驗(yàn)證，每個(gè)階段都可以借助可視化手段輔助工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)決策，尤其是在物理設(shè)計(jì)和性能指標(biāo)驗(yàn)證階段。而產(chǎn)品數(shù)字化模型可視化集成封裝，是從工業(yè)產(chǎn)品問題對(duì)象出發(fā)，基于統(tǒng)一建模開發(fā)環(huán)境進(jìn)行數(shù)字化建模形成標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)學(xué)模型，通過可視化集成封裝環(huán)境實(shí)現(xiàn)組態(tài)可視化插件與模型參數(shù)的關(guān)聯(lián)映射和封裝發(fā)布，最后通過分布式調(diào)度運(yùn)行環(huán)境實(shí)現(xiàn)可視化封裝模型的智能運(yùn)行調(diào)度。 圖 1產(chǎn)品數(shù)字化模型可視化封裝過程示意圖 二、可視化集成仿真環(huán)境 可視化集成仿真環(huán)境ViSim是基于異構(gòu)設(shè)計(jì)仿真工具的一體化集成融合技術(shù)和可視化組態(tài)插件關(guān)聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字化模型集成封裝發(fā)布運(yùn)行的一體化應(yīng)用環(huán)境。為滿足異構(gòu)設(shè)計(jì)仿真模型可視化集成封裝的需求，在考慮集成封裝通用功能的前提下，采用模塊化、插件式系統(tǒng)架構(gòu)模式，支持用戶對(duì)當(dāng)前不支持的模型封裝以插件的形式進(jìn)行擴(kuò)展。 圖 2可視化集成仿真環(huán)境整體框架結(jié)構(gòu)示意圖 集成封裝主環(huán)境(AutoWrapFrame)：模型集成封裝的主要應(yīng)用環(huán)境，支持用戶進(jìn)行參數(shù)文件導(dǎo)入、參數(shù)選取識(shí)別、調(diào)用程序選擇、綁定界面選擇、試運(yùn)行等。
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MBSE目前在不同的學(xué)會(huì)有著各自的群體應(yīng)用，同時(shí)，在不同的行業(yè)企業(yè)、科研院校、研究所等都有自己針對(duì)MBSE的固定模式和理解，要加大協(xié)同和推廣力度。大家齊心協(xié)力為MBSE建模語(yǔ)言和框架、跨這些框架的內(nèi)容映射和集成以及跨應(yīng)用程序域重用的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容庫(kù)制定行之有效的標(biāo)準(zhǔn)。形成完整的標(biāo)準(zhǔn)體系型譜。實(shí)踐中，大家也可以把MBSE標(biāo)準(zhǔn)體系的制定這項(xiàng)工作本身也看做是MBSE的一個(gè)應(yīng)用例子。 積極參與國(guó)際組織，尤其是與INCOSE標(biāo)準(zhǔn)保持友好的合作和對(duì)接，提出更具有普適性的標(biāo)準(zhǔn)體系。 2025~2035的MBSE應(yīng)該怎么辦 加快MBSE標(biāo)準(zhǔn)體系的制定和完善，雖然這不是一蹴而就的事情，但是建立開放的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，吸引行業(yè)專家、科研人員、工程人員、管理和財(cái)務(wù)等等諸多方面的人士，加入其中，會(huì)打開一個(gè)新的局面，做到跨界、跨領(lǐng)域。系統(tǒng)工程從來都是一個(gè)包容性很強(qiáng)的應(yīng)用學(xué)科和領(lǐng)域。 行業(yè)在應(yīng)用MBSE面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)、風(fēng)險(xiǎn)與回報(bào) 當(dāng)前和未來的研發(fā)計(jì)劃和重點(diǎn)是MBSE、數(shù)字化航天器、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能，尤其是要多注意數(shù)字孿生和元宇宙這樣過度熱捧的概念，不要陷入到其中的概念追蹤。
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MBSE體系圖2

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在梳理現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合各個(gè)研制單位的產(chǎn)品研制、制造和管理要求，重點(diǎn)開展航天產(chǎn)品系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系框架設(shè)計(jì)，構(gòu)建符合自身特點(diǎn)的基于協(xié)同云的航天產(chǎn)品MBSE研制標(biāo)準(zhǔn)體系。
基金項(xiàng)目 國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目（15GJ004-136） 著錄格式 杜國(guó)紅，陸樹林，鄭啟. 基于MBSE的作戰(zhàn)概念建模框架研究[J]. 指揮控制與仿真，2020,42(3):14-20. 作者簡(jiǎn)介 杜國(guó)紅（1982—），男，河南周口人，副教授，研究方向?yàn)檐娛逻\(yùn)籌。 陸樹林（1978
根據(jù)規(guī)劃，MBSE主要經(jīng)過三個(gè)階段，2010實(shí)現(xiàn)MBSE的標(biāo)準(zhǔn)化，2010-2020是MBSE理論體系走向成熟化階段，在系統(tǒng)的架構(gòu)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(gè)領(lǐng)域應(yīng)用MBSE方法。
[論文賞析]面向復(fù)雜產(chǎn)品研制的MBSE 體系架構(gòu)及其發(fā)展趨勢(shì)研究 2.
現(xiàn)有、不斷發(fā)展的MBSE標(biāo)準(zhǔn)體系（針對(duì)國(guó)內(nèi)的）應(yīng)該包括哪些內(nèi)容，通過梳理現(xiàn)有的國(guó)際和國(guó)內(nèi)在相關(guān)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，建立統(tǒng)一的模型譜架構(gòu)。在理論、語(yǔ)言、方法、應(yīng)用等方面，以及不同行業(yè)、專業(yè)之間的夸專業(yè)性方面，建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。
計(jì)劃從2007年到2020年實(shí)現(xiàn)MBSE理論與實(shí)踐體系的逐步成熟，這標(biāo)志著MBSE將成為未來系統(tǒng)工程的一個(gè)重要發(fā)展方向。顯示了INCOSE到MBSE的計(jì)劃路徑如圖1。 （圖 1 INCOSE規(guī)劃 MBSE的發(fā)展愿景與路徑） 與基于模型的設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的概念不同，MBSE并不專注于解決特定學(xué)科的設(shè)計(jì)問題。
來源：本文為安世亞太原創(chuàng)作品，上海安世亞太授權(quán)轉(zhuǎn)載 前言 工業(yè)正向設(shè)計(jì)體系是一套基于模型的系統(tǒng)工程體系，而整個(gè)MBSE體系架構(gòu)會(huì)涉及到眾多模型，如需求模型、設(shè)計(jì)模型、仿真模型等，如何有效直觀地可視化展示各個(gè)階段模型數(shù)據(jù)，輔助工程師進(jìn)行正向設(shè)計(jì)決策，是當(dāng)前工業(yè)正向設(shè)計(jì)體系的一大難題。
基于MBSE的武器裝備體系元建模與分析方法研究[D]. 長(zhǎng)沙: 國(guó)防科技大學(xué), 2015. ZHAN G X. Research on meta-modeling and analysis method for weapons system of systems based on MBSE[D].