MBSE實(shí)施
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-06-02
MBSE實(shí)施的實(shí)例教程
2月28日安世亞太系統(tǒng)工程大講堂將邀請(qǐng)No Magic公司專家來(lái)華介紹MBSE方法學(xué)、產(chǎn)品工具、解決方案和案例。相關(guān)消息發(fā)布后，引起業(yè)內(nèi)很大關(guān)注[1]。大家共同關(guān)心的問(wèn)題包括：No Magic公司的MBSE解決方案與業(yè)界其他公司的產(chǎn)品和方案孰優(yōu)孰劣？在國(guó)外的應(yīng)用情況如何？面對(duì)各個(gè)供應(yīng)商的產(chǎn)品和方案，用戶該如何選擇？本文力圖站在盡量客觀的立場(chǎng)上，盡量采用具有公信力的材料，嘗試對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要回答。敬請(qǐng)各位專家同仁拍磚指正。
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從系統(tǒng)工程的視角看待MBSE的實(shí)施過(guò)程
系統(tǒng)工程從傳統(tǒng)的以文檔為中心的模式向現(xiàn)代的基于模型的范式的演變[2]，在國(guó)外正方興未艾、日趨成熟，在航空航天國(guó)防軍工等傳統(tǒng)系統(tǒng)工程行業(yè)開(kāi)始步入取得巨大收益的階段，并開(kāi)始進(jìn)入能源、交通、醫(yī)療、建筑、乃至公共安全等幾乎所有人類生產(chǎn)生活相關(guān)領(lǐng)域；在國(guó)內(nèi)則剛剛起步，目前還只是復(fù)雜裝備研制相關(guān)行業(yè)有所關(guān)注。在這種受客觀規(guī)律支配、沒(méi)多大中國(guó)特色的復(fù)雜工業(yè)品（既包括硬件、也包括軟件）研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域，學(xué)習(xí)國(guó)外的最佳實(shí)踐是實(shí)現(xiàn)望其項(xiàng)背到并駕齊驅(qū)的后發(fā)超越之路的最有效途徑。
圖1 能力成熟度提升過(guò)程
一切能力成熟度提升的過(guò)程都是系統(tǒng)工程過(guò)程，需要系統(tǒng)工程的方法和過(guò)程指導(dǎo)，MBSE的實(shí)施過(guò)程也是如此。
圖2 MBSE實(shí)施四要素[3]
圖3 建模工具三要素[4]
我們選取MBSE實(shí)施過(guò)程中的一項(xiàng)重要工作（圖2）——建模工具的選擇（圖3），來(lái)闡述如何將系統(tǒng)工程的方法和過(guò)程應(yīng)用進(jìn)來(lái)。
展開(kāi) MBSE實(shí)施流程是對(duì)基于MBSE思想的系統(tǒng)設(shè)計(jì)愿景的擴(kuò)展與開(kāi)發(fā)，并且為數(shù)字化變革提供基礎(chǔ)，以確保整個(gè)未來(lái)狀態(tài)與其對(duì)應(yīng)執(zhí)行的解決方案集保持一致。它初步定義了落地計(jì)劃，規(guī)范了各數(shù)字化項(xiàng)目需要實(shí)現(xiàn)的主線內(nèi)容，加快項(xiàng)目進(jìn)程。
文章來(lái)源：杭州華望MBSE
在本公眾號(hào)《嫁接MBSE》一文中，作者提出MBSE需要經(jīng)歷爬行、走路和奔跑三個(gè)階段。Jon Holt教授持相似的觀點(diǎn)，并具體提出系統(tǒng)工程實(shí)踐從基于文檔到基于模型要經(jīng)歷五個(gè)階段。本文對(duì)這五個(gè)階段作了深入探討。
Jon Holt是基于模型的系統(tǒng)工程領(lǐng)域國(guó)際公認(rèn)的專家。Holt是克蘭菲爾德大學(xué)系統(tǒng)工程教授，并且是IET和英國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)的會(huì)員。他目前是英國(guó)INCOSE的技術(shù)總監(jiān)，2015年被INCOSE評(píng)為過(guò)去25年中最具影響力的25位系統(tǒng)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(gè)組織中實(shí)施MBSE時(shí)，必須考慮的一個(gè)關(guān)鍵因素是MBSE活動(dòng)的成熟度，為此有必要考察MBSE的演變過(guò)程。
MBSE的演變可以被認(rèn)為是從基于文檔的系統(tǒng)工程方法，一直到完全基于模型的系統(tǒng)工程方法。然而，這不是一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)變，必須考慮五個(gè)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(guò)確定的五個(gè)關(guān)鍵階段展示了MBSE的演變，這五個(gè)階段有助于理解如何在組織中實(shí)施和部署MBSE。
階段1–基于文檔的系統(tǒng)工程
MBSE發(fā)展的第一階段被稱為基于文檔的系統(tǒng)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(fā)展相關(guān)聯(lián)。與此同時(shí)，
與系統(tǒng)相關(guān)的知識(shí)分散在這些文檔中，而不是集中在一個(gè)位置。
展開(kāi) MBSE的優(yōu)勢(shì)
相對(duì)基于文檔的系統(tǒng)工程方法，MBSE的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下 4個(gè)方面：（1）信息表達(dá)唯一性。系統(tǒng)模型具有直觀、準(zhǔn)確唯一、結(jié)構(gòu)化的優(yōu)點(diǎn)，可以準(zhǔn)確統(tǒng)一地描述系統(tǒng)的各個(gè)方面，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)細(xì)節(jié)形成統(tǒng)一的理解。（2）一體化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)模型提供了一個(gè)覆蓋全生命周期的完整的、信息一致且可追溯的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，避免各組成部分間的設(shè)計(jì)沖突，降低風(fēng)險(xiǎn)。（3）知識(shí)積累和沉淀。成熟型號(hào)的知識(shí)是以系統(tǒng)模型的形式表示和存儲(chǔ)的，便于捕獲、查詢、理解和重用，而且重用的級(jí)別可以大幅度提高。（4）早期全系統(tǒng)仿真。利用系統(tǒng)建模語(yǔ)言及支持軟件，可以建立動(dòng)態(tài)可執(zhí)行的系統(tǒng)模型，對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行全系統(tǒng)仿真、隨時(shí)仿真和全周期仿真，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的問(wèn)題并加以修改。
MBSE 過(guò)程最終的輸出是一個(gè)可重用的系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型。MBSE的落地實(shí)施依賴于3個(gè)方面：建模語(yǔ)言、建模工具和方法論。
系統(tǒng)建模語(yǔ)言SysML
為了支持 MBSE，INCOSE 和對(duì)象管理組織（Object Management Group，OMG）聯(lián)合提出一種通用的針對(duì)系統(tǒng)工程應(yīng)用的“標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)建模語(yǔ)言”SysML（Systems Modeling Language），它可以支持系統(tǒng)工程應(yīng)用的多領(lǐng)域系統(tǒng)，包含硬件、軟件、信息等系統(tǒng)的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、功能描述及系統(tǒng)驗(yàn)證等。
建模工具
建模工具是利用SysML實(shí)現(xiàn)MBSE的關(guān)鍵，業(yè)界主流建模工具包括Rhapsody、CORE等，建模工具廠商結(jié)合各自對(duì)MBSE的不同理解，開(kāi)發(fā)出各具特色的建模工具。
展開(kāi) 下面是解決方案系統(tǒng)架構(gòu)圖中顯示邏輯架構(gòu)中模塊的例子，為了建立和顯示兩個(gè)架構(gòu)之間的抽象映射關(guān)系（解決方案架構(gòu)中模塊應(yīng)該都有邏輯架構(gòu)的模塊對(duì)應(yīng)），上圖是沒(méi)有導(dǎo)入關(guān)系的視圖，下圖是建立了導(dǎo)入關(guān)系后的視圖（在MBSES軟件中，模型瀏覽器上包節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)右鍵菜單直接建立包導(dǎo)入關(guān)系，也不一定要顯示到圖中）。
模型庫(kù)（ModelLibrary）
模型庫(kù)是指一套通用的、可以重復(fù)使用的元素。這些元素通常用“模型庫(kù)”元素作為它們的命名空間。“模型庫(kù)”就是這樣一種專門(mén)存放模型庫(kù)元素的“包”。
在實(shí)施MBSE的過(guò)程中，需要將那些通用的、或者以后會(huì)重復(fù)使用的模型作為模型庫(kù)管理起來(lái)。在新產(chǎn)品研制、建模的時(shí)候，引用這些通用的或已有的模型，會(huì)使建模工作起到事半功倍的效果。當(dāng)然，萬(wàn)事開(kāi)頭難，剛開(kāi)始應(yīng)用MBSE技術(shù)需要打基礎(chǔ)的過(guò)程。打好基礎(chǔ)了才能見(jiàn)到成效。
一般企業(yè)實(shí)施MBSE，需要建立這些模型庫(kù)：
（1）企業(yè)通用的值類型、單位模型庫(kù)。產(chǎn)品的性能參數(shù)屬性一般建為模塊的值屬性。如果這個(gè)性能參數(shù)具有專業(yè)的工程意義，需要建立對(duì)應(yīng)的值類型及單位。企業(yè)建立統(tǒng)一的庫(kù)，可以在每個(gè)項(xiàng)目中使用，避免重復(fù)。
建模軟件中一般也有通用的庫(kù)。最基礎(chǔ)的值類型庫(kù)就是SysML標(biāo)準(zhǔn)中的“基本數(shù)值類型”（PrimitiveValueTypes）庫(kù)，這個(gè)庫(kù)中包含最原始的數(shù)據(jù)類型，有“Real”（實(shí)數(shù)）、“Integer”(整數(shù))、“Boolean”(布爾，值只能是True、False這樣數(shù)據(jù))、“Complex”（復(fù)數(shù)，有實(shí)部、虛部）、“String”（字符串）。更復(fù)雜的值類型，需要從這些基本數(shù)據(jù)類型繼承、再定義。
在SysML標(biāo)準(zhǔn)的附錄中有“ISO 80000”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位庫(kù)，包含各專業(yè)常用的值類型和單位。（有需要這個(gè)庫(kù)的用戶請(qǐng)微信聯(lián)系“智睿思維MBSE”18022886980獲取）。
展開(kāi) 
MBSE實(shí)施的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
MBSE實(shí)施的最新內(nèi)容
MBSE，MapleMBSE直觀的基于Excel的用戶界面讓參與者能夠訪問(wèn)和操作SE系統(tǒng)模型，幾乎沒(méi)有學(xué)習(xí)曲線
? 擴(kuò)大系統(tǒng)工程的參與范圍：通過(guò)為項(xiàng)目相關(guān)人員提供一個(gè)熟悉的用戶界面，減少軟件使用培訓(xùn)所需的時(shí)間，讓相關(guān)部門(mén)和人員能參與到系統(tǒng)工程流程。
實(shí)施
付月磊 | 安似科技主任應(yīng)用工程師
演講主題：仿真平臺(tái)建設(shè)加速企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新
14日下午專題分會(huì)場(chǎng)
實(shí)施
傅金泉
安似科技首席應(yīng)用工程師
17:10-17:30
圖21 案例三解決方案示意圖
總結(jié)
S-MASP平臺(tái)作為國(guó)產(chǎn)化MBSE落地實(shí)施平臺(tái)為用戶提供了一套完整的基于模型的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、分析及多學(xué)科聯(lián)合仿真解決方案。S-MASP有效的解決了系統(tǒng)級(jí)的需求分析與設(shè)計(jì)表達(dá)難題，并能夠支持用戶在設(shè)計(jì)階段對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的仿真驗(yàn)證。
MBSE的落地實(shí)施依賴于3個(gè)方面：建模語(yǔ)言、建模工具和方法論。
本文為杉石團(tuán)隊(duì)在INCOSE提出的方法論OOSEM的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年來(lái)在國(guó)內(nèi)MBSE領(lǐng)域實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，梳理總結(jié)出的由Modelook工具支撐的MBSE建模方法論。
圖1 能力成熟度提升過(guò)程
一切能力成熟度提升的過(guò)程都是系統(tǒng)工程過(guò)程，需要系統(tǒng)工程的方法和過(guò)程指導(dǎo)，MBSE的實(shí)施過(guò)程也是如此。
圖2 MBSE實(shí)施四要素[3]
圖3 建模工具三要素[4]
我們選取MBSE實(shí)施過(guò)程中的一項(xiàng)重要工作（圖2）——建模工具的選擇（圖3），來(lái)闡述如何將系統(tǒng)工程的方法和過(guò)程應(yīng)用進(jìn)來(lái)。
在這一階段，MBSE將開(kāi)始得到認(rèn)真應(yīng)用，通常是在一個(gè)范圍有限的試點(diǎn)項(xiàng)目中實(shí)施新興的MBSE方法，可以在向組織的其他部門(mén)推廣之前，根據(jù)之前確定的目標(biāo)展示MBSE的優(yōu)勢(shì)。
工具:
在階段3中，通常有多個(gè)工具被用作建模的一部分。
工具是指在實(shí)施MBSE過(guò)程中建立，建立及管理模型所使用的軟件工具，它們可能是多個(gè)工具，包括了需求定義及管理工具，架構(gòu)建模工具，測(cè)試驗(yàn)證管理工具等，它們之間通過(guò)接口可以進(jìn)行交互，建立可追溯性，也可以是自主開(kāi)發(fā)的綜合性設(shè)計(jì)工具，將MBSE過(guò)程建模統(tǒng)一在一起。
火災(zāi)衛(wèi)星應(yīng)用MBSE實(shí)施流程是“不斷打開(kāi)”的過(guò)程，我們稱之為“OpenBox”，隨著實(shí)施流程推進(jìn)逐漸清晰明了。在此分為四個(gè)階段，定義為P1、P2、P3、P4四個(gè)階段。
