MBSE實施的案例
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
2月28日安世亞太系統工程大講堂將邀請No Magic公司專家來華介紹MBSE方法學、產品工具、解決方案和案例。相關消息發布后，引起業內很大關注[1]。大家共同關心的問題包括：No Magic公司的MBSE解決方案與業界其他公司的產品和方案孰優孰劣？在國外的應用情況如何？面對各個供應商的產品和方案，用戶該如何選擇？本文力圖站在盡量客觀的立場上，盡量采用具有公信力的材料，嘗試對上述問題進行簡要回答。敬請各位專家同仁拍磚指正。
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從系統工程的視角看待MBSE的實施過程
系統工程從傳統的以文檔為中心的模式向現代的基于模型的范式的演變[2]，在國外正方興未艾、日趨成熟，在航空航天國防軍工等傳統系統工程行業開始步入取得巨大收益的階段，并開始進入能源、交通、醫療、建筑、乃至公共安全等幾乎所有人類生產生活相關領域；在國內則剛剛起步，目前還只是復雜裝備研制相關行業有所關注。在這種受客觀規律支配、沒多大中國特色的復雜工業品（既包括硬件、也包括軟件）研發和應用領域，學習國外的最佳實踐是實現望其項背到并駕齊驅的后發超越之路的最有效途徑。
圖1 能力成熟度提升過程
一切能力成熟度提升的過程都是系統工程過程，需要系統工程的方法和過程指導，MBSE的實施過程也是如此。
圖2 MBSE實施四要素[3]
圖3 建模工具三要素[4]
我們選取MBSE實施過程中的一項重要工作（圖2）——建模工具的選擇（圖3），來闡述如何將系統工程的方法和過程應用進來。
展開 MBSE產品模型架構應用流程——以火災衛星為例
MBSE實施流程是對基于MBSE思想的系統設計愿景的擴展與開發，并且為數字化變革提供基礎，以確保整個未來狀態與其對應執行的解決方案集保持一致。它初步定義了落地計劃，規范了各數字化項目需要實現的主線內容，加快項目進程。
文章來源：杭州華望MBSE
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 MBSE:基于模型的系統工程在航空發動機控制設計中的應用
MBSE的優勢
相對基于文檔的系統工程方法，MBSE的優勢主要體現在以下 4個方面：（1）信息表達唯一性。系統模型具有直觀、準確唯一、結構化的優點，可以準確統一地描述系統的各個方面，對整個系統內部的各個細節形成統一的理解。（2）一體化設計。系統模型提供了一個覆蓋全生命周期的完整的、信息一致且可追溯的系統設計方案，避免各組成部分間的設計沖突，降低風險。（3）知識積累和沉淀。成熟型號的知識是以系統模型的形式表示和存儲的，便于捕獲、查詢、理解和重用，而且重用的級別可以大幅度提高。（4）早期全系統仿真。利用系統建模語言及支持軟件，可以建立動態可執行的系統模型，對系統模型進行全系統仿真、隨時仿真和全周期仿真，及時發現設計的問題并加以修改。
MBSE 過程最終的輸出是一個可重用的系統數據模型。MBSE的落地實施依賴于3個方面：建模語言、建模工具和方法論。
系統建模語言SysML
為了支持 MBSE，INCOSE 和對象管理組織（Object Management Group，OMG）聯合提出一種通用的針對系統工程應用的“標準系統建模語言”SysML（Systems Modeling Language），它可以支持系統工程應用的多領域系統，包含硬件、軟件、信息等系統的需求分析、系統設計、功能描述及系統驗證等。
建模工具
建模工具是利用SysML實現MBSE的關鍵，業界主流建模工具包括Rhapsody、CORE等，建模工具廠商結合各自對MBSE的不同理解，開發出各具特色的建模工具。
展開 
MBSE建模學習之十：包圖及模型擴展
下面是解決方案系統架構圖中顯示邏輯架構中模塊的例子，為了建立和顯示兩個架構之間的抽象映射關系（解決方案架構中模塊應該都有邏輯架構的模塊對應），上圖是沒有導入關系的視圖，下圖是建立了導入關系后的視圖（在MBSES軟件中，模型瀏覽器上包節點可以通過右鍵菜單直接建立包導入關系，也不一定要顯示到圖中）。
模型庫（ModelLibrary）
模型庫是指一套通用的、可以重復使用的元素。這些元素通常用“模型庫”元素作為它們的命名空間。“模型庫”就是這樣一種專門存放模型庫元素的“包”。
在實施MBSE的過程中，需要將那些通用的、或者以后會重復使用的模型作為模型庫管理起來。在新產品研制、建模的時候，引用這些通用的或已有的模型，會使建模工作起到事半功倍的效果。當然，萬事開頭難，剛開始應用MBSE技術需要打基礎的過程。打好基礎了才能見到成效。
一般企業實施MBSE，需要建立這些模型庫：
（1）企業通用的值類型、單位模型庫。產品的性能參數屬性一般建為模塊的值屬性。如果這個性能參數具有專業的工程意義，需要建立對應的值類型及單位。企業建立統一的庫，可以在每個項目中使用，避免重復。
建模軟件中一般也有通用的庫。最基礎的值類型庫就是SysML標準中的“基本數值類型”（PrimitiveValueTypes）庫，這個庫中包含最原始的數據類型，有“Real”（實數）、“Integer”(整數)、“Boolean”(布爾，值只能是True、False這樣數據)、“Complex”（復數，有實部、虛部）、“String”（字符串）。更復雜的值類型，需要從這些基本數據類型繼承、再定義。
在SysML標準的附錄中有“ISO 80000”國際標準計量單位庫，包含各專業常用的值類型和單位。（有需要這個庫的用戶請微信聯系“智睿思維MBSE”18022886980獲取）。
展開 基于模型的系統工程（MBSE）的發展史以及典型應用分析
（圖 1 INCOSE規劃 MBSE的發展愿景與路徑）
與基于模型的設計和計算機輔助設計的概念不同，MBSE并不專注于解決特定學科的設計問題。MBSE強調面向系統工程過程的建模，建模并形成系統需求、系統分析、系統設計、系統驗證和其他過程中所涉及的分析元素的有機聯系，以再現系統演示和設計思想，并在整個生命周期中保持系統信息的一致性和可追溯性。總之，多媒體設計和計算機輔助設計是面向設計的，而MBSE是面向系統工程的。就MBSE概念的內涵而言，“基于模型”是一種手段，屬于媒體的范疇，“系統工程”是商業的范疇。因此，MBSE不是一個可以立即使用的通用方法。在MBSE的具體應用過程中，建模理念應結合實際業務進行深入的定制設計。通過清晰的系統工程業務流程的指導，以模型為工作介質，合理組織系統工程工作流，并通過模型輸出表達系統工程各工作節點的結果和結論，最終實現建模方法的實施。
MBSE典型應用分析
2010年，OMG對美國各軍工企業的MBSE應用進行了調查，結果顯示，47.2%的企業將系統建模集成到業務流程中，24.1%的企業正在制定系統建模應用計劃，19.4%的企業正在考慮制定計劃，只有9.3%的企業根本沒有計劃。此外，66.3%的企業愿意參與系統建模語言的開發。德國's“工業4.0實施計劃”將“通過使用模型來控制系統復雜性”列為未來活動的八個重要領域之一。這些數據和信息表明，以美國和德國,為代表的工業強國充分重視MBSE，并在MBSE進行了廣泛的實際應用和不斷創新。一些外國案例已經在中國得到解釋和介紹論文。本文強調了典型MBSE應用的目的，并對國內外一些典型應用案例進行了分類和分析。
展開 為什么MBSE是系統復雜性應對之道
它以圖像化的方式定義了不同類型的視圖表達方式，例如需求視圖，結構視圖，流程視圖，狀態視圖等等，這些視圖相互補充，可以用于表達MBSE設計過程中關注對象的不同側面(View)，進而形成完整的系統架構模型。
但應該如何通過這些視圖將SE方法論中的工作內容盡可能有層次地，可追溯地，完整地統一在一個系統化模型中，實現一體化的模型設計呢？
答案就是RFLP方法。
所謂的RFLP 方法就是：
R: 需求(Requirement)
F: 功能(Function)
L: 邏輯(Logical)
P: 物理(Physical)
RFLP認為我們應該從以上四個角度(Viewpoint)去對待系統，通過建立相應的架構模型，將復雜技術產品的實現過程進行完整映射。關于RFLP進一步內容我會在架構專題中進一步探討。
工具是指在實施MBSE過程中建立，建立及管理模型所使用的軟件工具，它們可能是多個工具，包括了需求定義及管理工具，架構建模工具，測試驗證管理工具等，它們之間通過接口可以進行交互，建立可追溯性，也可以是自主開發的綜合性設計工具，將MBSE過程建模統一在一起。
個人認為，MBSE方法論大家都比較熟悉，MBSE落地實施的關鍵除了思維轉換，擯棄原有基于零部件的開發，以及開發流程匹配外，模型的建立是關鍵，而有效的工具支持是建立及管理模型的必要條件，它能幫助將工程師從繁雜的文檔工作中解放出來，專注于可視化模型的建立，整個產品研發以模型作為驅動，提高產品開發效率。
聊了這么多關于SE或MBSE基本內容，我們現在回過頭來再看下標題中的問題:
為什么MBSE是系統復雜性的應對之道？
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咨詢服務與工具——MBSE在汽車行業的應用
將基于模型的系統工程（Model Based System Engineering, MBSE）方法應用于整車開發過程中，可解決傳統整車研發過程中的工程數據一致性、可驗證性、可追溯性的問題，降低整車產品開發難度、盡早發現和避免潛在風險，進而提升開發效率和降低開發成本以及后期維護成本。
MBSE在功能開發和驗證中的應用
咨詢服務
MBSE流程咨詢與實施:車載嵌入式軟件流程、需求管理、需求采集、需求分析、功能設計、架構設計、需求形式化驗證、功能驗證、架構驗證、需求發布和復用過程和工具咨詢及實施
MBSE相關培訓:用例分析、基于模型的需求分析、SysML/UML建模語言、基于Rhapsody的系統工程仿真等方法培訓
MBD流程咨詢及服務:嵌入式高性能多核異構平臺的前沿智能算法快速驗證咨詢,基于模型的嵌入式軟件國產化平臺快速驗證定制服務
相關工具
展開 MBSE方法論專題 | OOSEM-Modelook綜合設計候選架構
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INCOSE提出的方法論OOSEM的基礎上，結合多年來在國內MBSE領域實施經驗的基礎上，梳理總結出的由Modelook工具支撐的MBSE建模方法論。
NO.1
流程說明
1. 定義及流程
綜合設計候選架構的目的是在系統功能需求和邏輯架構的牽引下，非功能性需求約束下，明確定義物理架構方案。物理架構由為特定子系統設計選定的有形設備組成。物理架構設計還應考慮除功能性之外約束，例如由安全性牽引得到的冗余備份設計。
展開 展望未來數字工程 | Ansys Connect線上專題研討會啟動報名
該系列活動集聚了實施工程應用、產品工程流程和數字化轉型領域的領導者，分享他們如何通過擴大仿真價值并推動數字化戰略，積極探索四大賦能領域創建仿真數字主線：優化、材料、MBSE、SPDM。
設計探索及優化（Design Exploration & Optimization）：探索工程師如何使用 Ansys optiSLang 等工具創建工作流、自動化和優化仿真設計
材料智能化（Material Intelligence）：了解團隊如何使用 Ansys Granta MI 等材料信息管理解決方案捕獲和利用材料數據
基于模型的系統工程（Model-based Systems Engineering, MBSE）：討論 MBSE 的實施和未來，同時分享 Ansys ModelCenter 的成功案例
仿真流程和數據管理（Simulation Process & Data Management, SPDM）：了解 SPDM 的重要性，如何管理仿真數據，如何連接數字工具、團隊和流程，以及如何使用 Ansys Minerva 等解決方案控制端到端仿真流程
與會者將有機會聆聽行業意見領袖的獨特洞見，本次活動邀請了來自勞斯萊斯（Rolls-Royce）、 上汽集團、Pankl、Wolfspeed、曼胡默爾（MANN+HUMMEL）、大眾汽車等企業嘉賓分享如何創建仿真數字主線來轉變產品開發流程；如何擴大現有仿真產品的優勢以創建新的工作流程，以幫助更快地將產品推向市場。
展開 
Maple—多領域系統級建模仿真和科學計算軟件
主要功能
? 與常用的基于SysML的MBSE平臺集成，包括No Magic的Cameo Systems Modeler、IBM的Rational Rhapsody以及Capella
? 在不同工具之間自動轉換系統，確保MapleMBSE與系統模型中的信息是同步的
? 針對常用系統工程任務的優化工具視圖：影響分析、失效模式和影響分析FMEA、比較研究、設計結構矩陣
? 讀取系統模型，能夠查看、輸入、修改系統設計信息，支持Requirements、Use-case、Block Definition、Internal Block、Activity、State Machine、Parametric、Package等類型得框圖的自動轉換、顯示、修改和編輯的操作
技術優勢
? 易學易用：熟悉MBSE（基于模型的系統工程方法）人員較少，與系統相關的大部分人員并不熟悉如何實施MBSE，MapleMBSE直觀的基于Excel的用戶界面讓參與者能夠訪問和操作SE系統模型，幾乎沒有學習曲線
? 擴大系統工程的參與范圍：通過為項目相關人員提供一個熟悉的用戶界面，減少軟件使用培訓所需的時間，讓相關部門和人員能參與到系統工程流程。使用MapleMBSE用戶不需要成為系統工程專家就可以為這個過程做出貢獻。
展開 Ansys 2023全球仿真大會 | 大會特邀演講嘉賓一覽
首席產品經理
演講主題：Ansys Sound 新功能全方位提升聲音品質
楊瑾婧 | 安似科技技術經理
演講主題：基于模型的系統與軟件安全最新解決方案
傅金泉 | 安似科技首席應用工程師
演講主題：Ansys MBE技術助力MBSE實施
付月磊 | 安似科技主任應用工程師
演講主題：仿真平臺建設加速企業研發創新
14日下午專題分會場
時勁松 | 安似科技區域銷售經理
演講主題：芯片半導體專題分會場歡迎致辭
趙繼芝 | 安似科技高級產品經理
演講主題：Ansys芯片-封裝-系統解決方案更新及案例分享
孫凌 | 上海天數智芯半導體有限公司Power team Leader
演講主題：一種全新改善功耗及性能的GPGPU 電源網絡設計方法
展開 Ansys 2023全球仿真大會日程發布
首席產品經理
15:50-16:30
基于模型的系統與軟件安全最新解決方案
楊瑾婧
安似科技技術經理
16:30-17:10
Ansys MBE技術助力MBSE實施
傅金泉
安似科技首席應用工程師
17:10-17:30
仿真平臺建設加速企業研發創新
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模活動，進而導致一系列后果：首先是缺乏明確的步驟和建模框架，設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。
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