MBSE實踐的案例
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
5 MBSE的采用和改進
FSDM已經開始使用建模框架來表達新的飛行系統硬件設計，即科學儀器和樣品緩存系統，并已擴展到考慮電氣符合等具有概念性的功能，同時還能夠在為更廣泛的團隊成員提供生成產品技術文檔。事實上，我們的努力已經變成了設計表達、接口和質量的標準，允許FSSE團隊把大部分時間花在設計新元素上。此外，設計團隊開始將FSDM擴展到他們特定的主題領域。目前有一個端到端的信息系統（EEIS）原型工作正在進行中，希望連接FSDM的數據接口，將其進一步擴展以連接到地面數據系統（GDS）模型。最終的EEIS模型將用來更加精準的評估MSL和Mars2020運行差異。
當兩年前FSDM工作開始時，FSSE團隊的很大一部分人不熟悉SysML和與之配套的建模軟件。6位MBSE專業人員加入到團隊引導設計實踐。首先，六名MBSE專業人員的工作人員用MSL的歷史數據填充了FSDM的飛行設計信息。在六個月的時間里，整體框架被確定，大量的模型被梳理并創建，并從這些生成初步文件。當時因為MBSE專業人員中的一個成員轉移到其他項目，導致剩下的FSSE團隊成員維持并為項目付出更大的努力。FSSE團隊使用MBSE的一個障礙是，所有人員不能每天都有時間開展MBSE的學習。該小組嘗試通過利用公司的MBSE wiki門戶，其中包含MBSE相關軟件、網站、文檔和視頻的鏈接來實現成員的培訓，以及發布學習計劃、制定個人目標、學習成果分享等。MBSE專業人員中另一位培訓師將注意力集中在如何使用模型生成擴展報告上面。此外，MBSE培訓師也要負責模型設計的具體工作。MBSE的實踐是一個真正的雙向工作，MBSE培訓師們也要學習Mars2020產品的其他專業知識。
在系統工程師的日常工作流程中引入MBSE還有很多工作要做。而模型作為設計的權威來源，FSSE團隊成員仍在探索其他輔助工具來提高他們的工作效率。
展開 MBSE實踐之建模語言SysML
隨著系統復雜性的不斷增長，需要更加嚴格和形式化的系統工程實踐。為了滿足這種需求，以及計算機技術的進步，系統工程實踐正在經歷從基于文檔的方法到基于模型的方法的根本性轉變。在基于模型的方法中，重點從生成和控制關于系統的文檔轉移到生成和控制系統的一致模型。基于模型的系統工程(MBSE)可以幫助管理復雜性，同時提高設計質量和周期時間，增強不同開發團隊之間的溝通，并促進知識獲取和設計演進。
MBSE實踐的三大構成為：建模語言+方法論+建模工具。其中，標準化和健壯的建模語言被認為是實現MBSE的關鍵因素。系統建模語言(OMG SysML? System modeling language)就是這樣一種通用建模語言，是UML在系統工程應用領域的延續和擴展，它支持系統的規范、設計、分析和驗證，這些系統可能包括硬件和設備、軟件、數據、人員、過程和設施。SysML是一種圖形化建模語言，為建模系統需求、行為、結構和參數提供了語義基礎，用于與其他工程分析模型集成。它是MBSE實踐者在創建系統模型時“說”的語言，可以把他們的系統設計觀點可視化，并與利益相關者溝通。
一、SymML與UML的區別與聯系
SysML是統一建模語言(UML 2.0)的擴展，其擴展需要滿足UML?對系統工程征詢方案( UML for Systems Engineering Request For Proposal)的需求，由對象管理組織(OMG)和國際系統工程委員會(INCOSE)聯合開發，并由OMG在2003年3月發布。SysML規范是根據工具供應商、最終用戶、學術界和政府代表的不同團體的需求而開發的。對象管理組在2006年7月6日宣布采用OMG SysML?v1.0，并在2007年9月宣布了OMG SysML?v1.0的可用性。目前，最新的版本是2019年12月份發布的Sysml 1.6。
展開 達索析統公司的MBSE方法實踐-MagicGrid
任何理論都需要實踐。
而實踐要經得起檢驗的方法是在實際工作中對那些使用該實踐的項目成員有充分的指導性和充足的自洽，若此，則該實踐方才有用。當然，達索析統公司的MagicGrid方法也不例外。
關于達索析統公司收購No Magic后及其所屬CATIA品牌下的產品矩陣關系不在我們本次討論范圍，同樣，達索析統原生的MBSE最佳實踐 Modeling Methodology for Systems(簡稱，MMS)我們會另選時間詳細分享。
在與國防，汽車，航空航天和高科技等各行各業的企業及組織合作時，大家需要一種明確的方法來使用SysML開發系統模型，SysML是國際系統工程理事會（INCOSE）定義的MBSE事實上的建模語言。當然，目前市場上有很多MBSE方法可供使用，而現有的方法對于解決現實世界的問題來說過于抽象。達索析統的MagicGrid方法恰好是通過總結和提煉眾多企業在MBSE項目的最佳實踐經驗而來，所以，MagicGrid方法反過來又可以通過修改或擴展以靈活有效地支持特定客戶需求。
何來如此底氣呢？
因為默識在實際工作中，體會最深的就是MagicGrid方法的以下三方面在實踐中得到了充分的驗證：
它明確定義了建模框架(Framework)及詳細過程，該過程又是基于行業中系統工程過程的最佳實踐。
它與SysML完全兼容。絕大多數情況下不需要對SysML進行擴展。
它與工具無關，只要該工具支持SysML即可。
MagicGrid方法基于框架
是的，MagicGrid方法基于框架。首先，框架無論從支持復雜體系的系統系建模到具體的工程建模，乃至嵌入式軟件建模，都是旨在指導工程師完成建模過程并回答他們的如下問題：
如何組織模型？
展開 MBSE建模應用案例和實踐經驗：挖掘機傾覆解決方案（工業設備行業MBSE方法實踐）
小結
本文的案例項目通過系統中的集成系統，在其設計過程中引入模塊化實踐，以實現對新部件開發的控制。得益于3DEXPERIENCE平臺和MBSE方法，項目經理和工程師們可以在產品開發過程中驗證市場和消費者需求之間的正確聯系，對市場和客戶需求做出非常積極的反應。
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。MBSE起源于航空航天領域，致力于解決復雜系統的研發問題，而現在隨著各行業領域產品復雜度的不斷提升，MBSE方法也逐漸“出圈”，開始應用于各行各業。
展開 
基于模型的系統工程MBSE探索和實踐
3.基于模型的系統工程(MBSE)實踐
(1)案例
提前發現主備倒換時鐘死鎖問題,提高功能需求質量；大規模自動生成文檔,實現設計、測試一致性和數字化可追溯性；提高溝通效率,降低串講和反串講時間。
(2)經驗分享
整體戰略:思考袋——從小事做起——采取行動——進化(中文)
·統一語言,建立領域標準語言；
·統一價值評估和衡量標準至關重要；
·建立專門建模能力組織,集中統一賦能培訓；
·改革文化和激勵機制,建立新的相關組織。
(3)COMAC文化變革的需求
a.COMAC進程需要
·衡量MBSE/MBD(有形價值)影響的流程方法
·使用一級、二級和三級培訓優秀的建模者
·確保MBSE/MBD持久性的過程方法
·建模指南和標準
b.COMAC MBSE工具需求-與工具供應商一起
·為所有企業中的分布式用戶提供工具支持
·對參考模型和模型化rouse的工具支持
·所有對象的配置和版本控制工具
·聯盟工程數據的交換和同步
·管理大量模型用戶的工具支持
4.展望
未來研究問題：跟隨式思維到引領式創新思維變化
世界上,最有力量的是劍；而比劍更有力量的是思想。——拿破侖
MBSE支持正向研發原始創新思考：知識通過模型傳承實現真正站在巨人肩膀上。構建全生命周期內數字化模型資產,例如波音747飛機和中國商飛C919飛機周期比較,波音構思基于模型工程的鉆石模式,在物理空間上孿生數字空間設計探索,通過數字打樣提前窮舉試錯,減少物理打樣成本和TTM周期。
新統一思想,定義思想競爭力和思想領導力,以及系統綜合競爭力。
蘋果史蒂夫·喬布斯通過"思想統一"來領導公司設計開發引領世界的新產品；華為如何定義思想競爭力、思想領導力、系統綜合競爭力等方面引來未來,應對進入無人區的不確定性與模糊性？
展開 MBSE實踐之基于SMW的多領域系統建模和應用
作為MBSE理論與實踐中的最重要的部分，模型貫穿MBSE理念的始終。最近工程界有一句話比較流行，“Talk is cheap. Show me the model”。
MBSE建模應用案例和實踐經驗：MBSE在鐵路基礎設施安全自動化中的案例
1. 如何減少鐵路基礎設施安全自動化系統的鑒定時間
每天乘客運輸量高達1000萬人次的RATP，一直在投資交通現代化以應對交通的持續增長，響應乘客的需求，并優化經濟和環境性能。作為巴黎地鐵現代化項目的一部分，RATP選擇開發一種名為OCTYS的新型地鐵管理系統。利用基于通信的列車控制，交通運營商可以在完全安全的情況下減少兩列火車之間的間隔時間，這樣在高峰時段有更多列車可供乘客使用。這樣的系統變得越來越復雜，也越來越難以集成和鑒定。本文將介紹用于減少現場測試的時間和成本的具體工具和方法。
2. 介紹
其中最大的困難在于安全系統（分布在網絡上的電子控制單元）與原有的安全信號系統的連接和集成，這些系統響應時間和輸入數據都不同。
圖1 巴黎地鐵，已有110多年歷史
傳統的測試通常在夜間交通關閉時進行。要完成現場測試，需要大量的時間（大約1000個晚上）和人力資源（測試工程師、司機和交通操作員）。RATP考慮可交換性，將其定位為通用OCTYS項目。該策略要求靈活性，確保系統支持多個供應商，考慮成本效率。
因此，可用于規范定義、驗證和培訓的基于新的“虛擬化”概念的方法和工具變得非常重要。
為了符合OCTYS系統的要求，RATP啟動了“系統集成和鑒定測試平臺”(BIQS)項目。該項目采用特定方法和工具，應用到OCTYS等復雜系統，使系統集成和鑒定階段更加高效。
2.1 OCTYS硬件架構
關鍵問題是如何將OCTYS系統與現有的線路中的設備、本地控制站和中央控制連接起來。
圖2 場景下的OCTYS
OCTYS是由多個計算機組成的分布式體系結構，通過通信系統（一個專用的現場網絡和一個列車無線電網絡）相互連接。
OCTYS由五個模塊組成:
· PAE: 列車嵌入自動駕駛儀 (一個列車電子計算機單元),
· MES: 與線路設備有接口的遠程
展開 MBSE實踐之基于模型的軟件開發
圖- 6 基于Polarion和Capital Software的軟件開發測試驗證流程
國內外眾多的主機廠的實踐表明，基于模型的軟件開發能夠滿足軟件的一系列要求，包括實時響應、分布式功能開發、滿足標準特性競爭需要、軟件的確認和驗證、軟硬件的整合等，進而能夠給主機廠帶來極大的收益，包括縮短時間、減少成本、提高質量、增強協同、滿足合規、大大提高軟件生產力等。
圖- 7 基于模型的軟件開發滿足不同的軟件開發要求
文章來源Teamcenter黑帶
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。
展開 MBSE建模應用案例和實踐經驗之基于模型的RAMS分析
隨著汽車新四化的發展，汽車產品的復雜性已經成為了工程師們需要面對的一個難題。而汽車產品越復雜，其安全性和可靠性就越難以得到保證。
目前汽車上電子電氣以及嵌入式系統的占比不斷增加，產品研發團隊以及制造工廠呈現跨國協作分布式模式，在產品開發周期更短，開發成本和生產成本更低的情況下，如何向客戶交付安全、可靠、可用性好且可維護性好的產品，就更加考驗了汽車OEM的創新能力。
同時，如何盡可能的降低產品的認證費用和所需資源，降低由于產品故障或者召回導致的成本和聲譽風險，也是汽車OEM重點關注的問題。而基于模型的RAMS分析，為汽車OEM解決這些問題開辟了新的思路。
RAMS分析，即在產品的開發前期，對產品的Reliability（可靠性），Availability（可用性），Maintainability（可維護性）和Safety（安全性）進行分析。
產品故障率的浴盆曲線表明，降低故障率的最優方法就是盡可能早的識別故障并將故障消除在萌芽狀態。也就是說，“最好不要讓一件壞事發生，而不要在壞事發生后再去補救。”
圖-1 故障率的浴盆曲線
通常來說，負責RAMS的工程師會關注汽車產品的故障現象，故障帶來的影響，故障的原因以及故障背后的機理等。
基于模型的RAMS解決方案MADe（Maintenance Aware Design environment），通過使用功能模擬并基于潛在技術
展開 技術交流 | MBSE技術及其在航天產品領域的應用建議
2 航天領域MBSE實踐
近年來，在航天領域開展了MBSE應用實踐，初期重點圍繞MBSE語言工具培訓、型號試點應用、建模方法研究等方面開展工作，在過程中統一理解和認知；在廣泛調研與理論探索的過程中不斷與現有流程相印證，梳理、總結、提煉出了基于模型的航天器系統設計與驗證過程及MBSE初步工作指南；將MBSE正向設計流程逐步引入型號研制中，在典型應用實踐中不斷完善航天領域的MBSE方法，為后續的推廣應用打下了基礎。
以載人月球探測飛行器研制為例，由于系統復雜度高，為提高研制與管理水平，正在推行MBSE方法在型號研制全周期的應用，探索制定數字化研制工作規范，推進數字化手段與工程現有研制流程的有機融合。目前初步開展了基于模型的需求分析、系統設計與仿真驗證工作。需求建模方面，實現了多級需求的分解和追溯關系的建立；系統設計方面完成了基于模型的功能、架構分解和飛行方案設計，并開展了基于模型的設計評審；系統級仿真驗證方面，正在開展基于Modelica語言的多學科建模和多專業耦合仿真驗證工作，目標是在方案階段完成基于MBSE的數字化設計閉環仿真驗證。
在深空、遙感、通信等領域不同航天器研制過程中均開展了MBSE實踐。實踐證明，MBSE在航天領域的發展趨勢是明確的，但初期由于建模工作量大、周期長，應用效果不容易體現，導致推廣過程中不可避免的會存在一些質疑與異議。例如：
（1）語言過于抽象，工程人員學習和理解困難，未掌握前反而影響設計效率；
（2）工具難掌握，模型資源匱乏，設計缺少基礎庫的支撐導致設計效率低、模型質量差；
（3）方法普適性強，但專業性不足，缺少針對行業領域特點本地化的方法論。
展開 
MBSE--基于模型的系統工程
會議主題：
基于模型的系統工程
會議時間：
2022/03/31，14:00-15:00
關鍵詞：
MBSE，數字化企業
活動摘要：
深度分享DS系統在MBSE實踐中提煉的實踐和案例，詳細介紹和展示MBSE的內涵暨外延，為企業在數字化演進過程中提供牢靠和可被行業檢驗的洞見。
主講人簡介：
李衛鋒，達索CATIA系統工程高級經理。
更多詳情及服務咨詢，請掃碼聯系
Ansys ModelCenter新功能和案例介紹
Ansys MBSE&ModelCenter簡介
MBSE實踐的三個層級
M
BSE平臺及組成
描述模型與分析模型
? 描述模型(Descriptive Model)
‐ 強調系統的組成
‐ 捕獲系統內部的關聯關系
‐ 捕獲系統的功能、行為、組件、接口等
? 分析模型(Analytical Model)
‐ 基于數學的 計算或 仿真
‐ 強調性能與架構的符合性
‐ 通過分析、驗證和優化降低風險：MOE, MOP, KPP, TPM；正常運行時間、概率；可靠性或可用性、MTBF；成本
Ansys的仿真平臺助力MBSE落地
ModelCenter三大模塊：MC Integrator/Explorer/MBSE
ModelCenter Demo 1：需求變更&需求驗證
ModelCenter Demo 2：方案優化評估
ModelCenter Demo 3：概率分析
ModelCenter Demo 4：任務效能分析
ModelCenter 2023 R1新功能介紹
展開 MBSE中對能力建模
MBSE/SysML建模環境的所有主要提供商都支持最流行的架構框架。
使用MBSE的建模功能解決了構建系統體系的幾個關鍵方面。能力建模通過抽象系統的特定特性，幫助系統工程師管理需求的復雜性和數量。這種抽象級別也有助于利益相關者之間的溝通，并有助于創建項目路線圖。通過幫助產生分析和理解良好的能力，建模支持創建更好的系統和企業架構。MBSE實踐支持能力對需求的可追溯性，以及能力對操作和邏輯架構（從解決方案架構過渡到解決方案架構）的可追溯。增強的可追溯性提高了系統的質量，并確保了系統將按照要求構建的信心。
From：Modeling Capabilities with Model-Based Systems Engineering (MBSE) (cmu.edu)
展開 行業案例 | MBSE解決方案（五）：基于SysML的設備級建模與多學科聯合仿真
國際系統工程學會（INCOSE）提出“基于模型的系統工程”（MBSE）概念。定義MBSE為：“使用建模方法支持系統的需求定義、設計、分析、驗證和確認等活動，這些活動從系統概念設計階段開始，持續貫穿到系統開發以及整個產品生命周期階段。”
在進行MBSE實踐過程中，雖然在系統設計時引入了基于SysML的系統模型，解決了系統設計表達和邏輯驗證問題，然而針對復雜工程系統的研發，會涉及到多專業學科，在機械、結構、電氣、電子、液壓、控制、軟件等專業設計階段已經積累的比較成熟的模型，面臨如何在MBSE中應用的困擾。
在下文的案例中，重點展示如何實現以系統模型為核心，對不同專業學科模型的調度和聯合仿真，解決跨工具、跨領域、跨尺度的集成仿真問題，推動MBSE的進一步落地應用。
MBSE應用案例
下文以“伺服液壓系統”為例，展示MBSE在系統設計中的應用。該系統用于接收遠程電子單元的控制指令，控制飛機方向舵的舵面偏轉，由傳感器、傳動機構及一系列閥組成。在該案例中，針對伺服液壓系統從問題域、方案域和實現域三個角度進行分析，實現了系統的需求分析、架構設計和仿真驗證過程。
1）問題域
問題域定義的目的是用來分析和細化利益攸關者需要，通過SysML模型元素進行系統表達，針對系統要解決的問題得到一個清晰且一致的描述。
用例可以反映利益攸關者所重視的內容，并解決他們關切的問題。其中，伺服液壓系統的主要應用場景為：在通電通壓的情況下，接收REU的控制指令，實現對方向舵的控制，同時將系統運行狀態實時反饋到飛控系統。因此，用例可劃分為1個主用例（控制舵面）和2個子用例（控制偏轉、檢測狀態）。
展開 