MBSE系統工程
關注創建者：一起學MBSE 創建時間：2023-06-07
MBSE系統工程的視頻教程
如何通過產品定義和基于模型的系統工程 (MBSE) 應對現代汽車開發的復雜性
通過我們的產品定義軟件和系統工程網絡研討會了解詳情。在本次網絡研討會中，您可以了解集成式基于模型的系統工程 (MBSE) 方法如何幫助應對這些行業挑戰所帶來的復雜性。 使用 MBSE 方法輕松管理現代車輛不斷演變的產品定義 利用產品開發過程的概念階段，并通過多領域架構中的功能和系統建模來整合全面的參數和需求管理。
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系統級剛柔耦合仿真-RecurDyn 在工程實例中的應用
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MBSE系統工程的實例教程
目前，MBSE方法已廣泛應用于國外航空、航天、航運等領域，也是中國研究和實踐的熱點課題。
MBSE發展史
20世紀中后期，許多學者對完美系統模型理論進行了深入研究，發展了各種系統建模思想和理論。代表性的系統模型理論有的建模理論、克里爾和林的一般系統方法論、的物理化學設計理論等。在過去的幾十年中，學者們在模型理論的研究方面取得了顯著的成就，形成了許多基于模型的方法來描述、分析和設計系統。在實踐中，一些基于數理邏輯的圖形化建模方法，更直觀、更容易理解、更容易溝通，已經逐漸應用到軟件工程和系統工程中。
1993年，美國,學者Wymore提出了通過嚴格的數學表達式抽象表達系統工程過程中各種狀態和元素的方法，并通過數學模型系統建立了系統工程中各種狀態元素之間的聯系。這是面向系統工程的建模描述方法的雛形。1997年，對象管理集團(OMG)發布了統一建模語言(UML)，用于對軟件工程過程進行建模，以提高軟件開發效率和降低開發成本。UML在軟件工程中的成功促進了系統工程界對建模方法的認識，即使用可視化的可執行標準建模語言來提高系統工程過程的效率。
2007年，國際系統工程學會(INCOSE)在《基于模型的系統工程》中提出了MBSE的定義:“將形式化和標準化應用于系統需求、設計、分析、驗證和驗證活動的建模行為，從系統的概念設計階段開始，貫穿系統開發和隨后的生命周期。”INCOSE強調，MBSE是未來系統工程方法和技術的發展趨勢，是系統工程領域的一場革命。會上，MBSE首次提出了長期計劃。計劃從2007年到2020年實現MBSE理論與實踐體系的逐步成熟，這標志著MBSE將成為未來系統工程的一個重要發展方向。顯示了INCOSE到MBSE的計劃路徑如圖1。
展開 【關鍵詞：系統工程、MBSE、INCOSE】
近幾年，在國家產業創新升級的大背景下，和國內以航空航天先進軍工為主的科研型單位的引領下，系統工程和MBSE在國內得到了長足的發展。隨后，隨著華為、核工業、兵器等行業集團的加入，尤其是汽車行業正在開展“智能+網聯”汽車創新研制的剛性需求的增長，系統工程和MBSE大有爆發之勢。如今，小編經常聽到周圍探討各自的“系統工程”和“MBSE”，其中不乏概念的混淆甚至錯誤的論述。例如很多人誤認為：
系統工程=MBSE
MBSE=SysML建模
系統工程就是SysML建模
MBSE就是需求工程和功能建模與分析
……
本期小編就結合ISO15288、INCOSE SE HANDBOOK、INCOSE SystemsEngineering Vision 2020 (2007)、網絡搜集的相關資料，和10年有余的行業工作經驗，來簡單介紹和明晰系統工程與MBSE的概念定義和主要內容。也歡迎有不同見解或獨到見解的同仁在后臺留言與小編交流心得。
1 系統工程
INCOSE SEHANDBOOK V4版本基本與ISO 15288 2015版本保持了內容的同步，此外INCOSE SEHANDBOOK V4包含了更多內容。
根據INCOSE SEHANDBOOK V4中的內容介紹，系統工程因不同視角和領域，定義稍有不同，但本質內涵是一致的。其中主流的“系統工程”概念定義如下：
系統工程是一個視角、一個流程、一門專業。
系統工程是一種使系統能成功實現的跨學科的方法和手段。
展開 ·子系統間不一致的信息和接口。
·工程師很難從自上而下的系統視角理解產品。
·文件準備對每個人來說都是耗時的任務。
2.基于模型的系統工程(MBSE)的價值與目標
國內公司面臨卡脖子問題,如何發揮MBSE的價值。基于模型的系統工程(MBSE)是模型的正式應用，以支持系統要求、設計、分析、核查和驗證活動，這些活動始于概念設計階段，并貫穿整個開發和生命周期的后期階段。
—INCOSE SE Vision 2020( INCOSE-TP-2004-004-02，2007年9月)
(1)基于模型的系統工程視野
通過提高和顯著降低可行性研究、權衡分析和影響分析的成本來避免災難性錯誤。模型所捕獲的關于系統的整個規范集是一個科學和工程信息的互聯網絡。而不是分散在一組不可搜索、不可導航的文檔中，需要專門的人員來管理。
(2)MBSE價值觀
·有助于理解問題。
·開發基于標準的系統架構來改進。
·交付一致和完整的系統規范。
·有助于權衡不同的配置變量。
·驗證系統需求。
(3)目標
·管理復雜性：理解可行性。
·工程工件的生成：文件生成；需求驗證；產品變型配置生成。
·持續集成：早期需求和接口驗證；可追溯性和影響分析。
·提高質量和生產率。
(4)互聯的信息網絡
(5)MBSE轉型的驅動因素
·打破隔絕結構。
·再利用和資本化。
·進行早期驗證。
·MBSE是系統工程。它形式化了系統工程的一部分；它不會取代它。
·MBSE有助于加強溝通、管理復雜性和提高產品質量。
·系統模型對于項目中的各種規程模型起著集成的作用。
·有效的模型組織豐富的技術信息，揭示不一致性，支持分析和驗證，支持所需文檔的自動生成，并保護技術投資。
展開 Presented By: Robert Kraus, George Papaioannou and Arun Sivan
簡介與概要
當前狀態：當今的汽車傳動系統工程過程是“基于文檔的”
● 復雜的系統需求和規范通過大量電子數據進行溝通
● 經常導致要求不完整或相互沖突
● 低效、冗余、容易出錯
● 運行變更會引入潛在問題
摘要：
● 獲得并解構現有的傳動系統方法和選型工具
● 確定了在傳動系統工程中改進需求可追溯性的需求
● 使用SysML創建詳細的傳動系統模型來應用MBSE的概念
● 為選型計算添加了參數約束
● 交付功能MBSE模型作為概念證明
傳動系統定義和概念
架構：
● 傳動系統系統將動力系統輸出連接到驅動輪
● 主要功能是將驅動扭矩從動力系統傳遞到地面（車輪）
● 驅動系統子類型，例如 FWD、RWD、AWD 在 SysML 中被視為泛化
組件：
● 驅動軸/半軸 - 將扭矩傳遞到前/后或左/右
● 車軸 - 將驅動軸扭矩倍增并引導至車輪
● 附件 - 分動箱、PTU、斷開裝置、U 形接頭、CV 接頭、撓性耦合器
選型：
● 每個組件、系統和子系統的設計優化是主要目標
● 選型工具將輸入數據轉換為所有車輛變化的扭矩輸出，并使用行業標準方程和一些校正因子。
系統工程概念
V 模型：
○ 頂層需求被分解為子系統和組件級別，每個級別都有一個特定的驗證計劃，從 V 的左側向下流動并在右側返回。
展開 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。
1
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。
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本文將從客戶的實際痛點出發，詳細拆解如何在無GPS信號、環境惡劣的隧道場景中，實現高精度、多傳感器的數據融合與采集。
一、 客戶需求與場景痛點
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在快速變化的領域開發日益復雜的技術
首先，作為基礎背景，我們先來探討基于模型的系統工程（MBSE），這是一種不斷發展的方法，它利用數字系統和模型而不是文檔，來設計、制造和維護復雜系統。
MBSE并不依賴傳統的靜態文檔，而是通過創建和使用數字系統和工程領域模型，來促進關鍵信息、反饋和需求的交換。
在工程機械領域，質量管理系統的有效運行對保障產品質量、提升企業競爭力至關重要。然而，工程機械制造涉及大量零部件采購，供應商數量眾多且缺乏科學規范的供應商評估機制，企業難以全面、精準地考察供應商的產品質量；另外企業生產上下游面臨信息流通不暢，上下游系統數據格式、接口標準不統一等問題，阻礙了質量管理系統對全供應鏈質量數據的收集與分析。
此外，對于集團化系統，面臨著用戶量大、并發高、數據產生快
(MBSE)不斷發展的需求。
