MBSE系統(tǒng)架構(gòu)
關(guān)注創(chuàng)建者：一起學(xué)MBSE 創(chuàng)建時(shí)間：2023-06-09
MBSE系統(tǒng)架構(gòu)的視頻教程
新能源汽車-燃料電池動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)
新能源汽車-燃料電池動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)
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MBSE系統(tǒng)架構(gòu)的實(shí)例教程
上下文圖/背景圖：
○ 代表系統(tǒng)與外部環(huán)境的交互
○ 交互系統(tǒng)被定義為“黑盒”
P-圖：
○ 擴(kuò)展和細(xì)化上下文以獲得更詳細(xì)的黑匣子
○ 包括有關(guān)輸入信號(hào)、控制因素、噪聲因素、輸出和潛在故障模式的詳細(xì)信息
MBSE
○ 建模語(yǔ)言（SysML、UML 等）
○ 建模方法
○ 建模工具（Magicdraw、IBM Rational Rhapsody 等）
基于模型的系統(tǒng)工程概念：系統(tǒng)需求
● 需求以技術(shù)術(shù)語(yǔ)定義客戶和利益相關(guān)者的需求
● 在 SysML 中，系統(tǒng)需求陳述被定義為對(duì)象
● 每個(gè)對(duì)象都包含需求文本和唯一標(biāo)識(shí)符
● 需求類型定義了需求可以關(guān)聯(lián)的特征
● 泛化通過繼承關(guān)系管理和分配需求
● 需求必須通過測(cè)試用例進(jìn)行驗(yàn)證
● 測(cè)試用例是檢查點(diǎn)，例如設(shè)計(jì)評(píng)審或物理測(cè)試
SysML中的標(biāo)準(zhǔn)類型需求用于在定義系統(tǒng)時(shí)提供嚴(yán)格性和清晰性
基于模型的系統(tǒng)工程概念：功能和邏輯架構(gòu)
● 功能定義必須完成或完成哪些動(dòng)作/活動(dòng)才能獲得預(yù)期結(jié)果
● 操作是塊的屬性
● 塊是系統(tǒng)任何部分的抽象表示，如物理硬件或信號(hào)
● 功能通過與各個(gè)子系統(tǒng)和組件的邏輯關(guān)系相互關(guān)聯(lián)
● 邏輯架構(gòu)描述了系統(tǒng)將如何實(shí)現(xiàn)
● 邏輯架構(gòu)抽象地定義了基于系統(tǒng)所需的子系統(tǒng)、組件及其關(guān)系的技術(shù)解決方案
● 邏輯架構(gòu)只能在明確定義系統(tǒng)的功能和需求后創(chuàng)建
● 邏輯架構(gòu)沒有定義任何特定的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，而是定義通用指南，以保持解決方案中立
建模方法：功能分解
● 從 P 圖中識(shí)別出傳動(dòng)系統(tǒng)的五個(gè)基本操作
● 系統(tǒng)需要
○ 傳遞扭矩
展開 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)。
2 需求分析
需求分析是指對(duì)空空導(dǎo)彈進(jìn)行詳細(xì)的分析，弄清楚空空導(dǎo)彈的戰(zhàn)術(shù)要求，包括需要輸入什么命令、什么數(shù)據(jù)，最后應(yīng)該輸出什么、做出什么機(jī)動(dòng)動(dòng)作。具體的需求分析包括功能需求、性能需求、接口需求和約束需求等。首先將DOORS中條目化的軍方需求和量化的性能需求逐條轉(zhuǎn)化為SysML的需求圖，使得每條細(xì)化后的需求都能夠以用例圖來進(jìn)行動(dòng)態(tài)行為分析。需求模型的功能主要是將軍方提出的戰(zhàn)術(shù)需求轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)需求，軍方需求是以自然語(yǔ)言表達(dá)的，如飛行速度達(dá)到馬赫數(shù)5等，其中系統(tǒng)需求的表達(dá)形式要符合空空導(dǎo)彈領(lǐng)域?qū)I(yè)術(shù)語(yǔ)規(guī)范。需求模型既包含軍方對(duì)空空導(dǎo)彈提出的各種需求，如空空導(dǎo)彈的功能需求和非功能性需求等，還包含相關(guān)的空空導(dǎo)彈設(shè)計(jì)規(guī)范和空空導(dǎo)彈設(shè)計(jì)相關(guān)的國(guó)軍標(biāo)。
展開 圖2 整體MBSE集成方案架構(gòu)
此方案從需求出發(fā)（需求可以來自Excel或者Doors等），將需求導(dǎo)入到Sysml建模工具（如IBM Rational Rhapsody或NO Magic Magic Draw等），使用Rhapsody或Magic Draw創(chuàng)建系統(tǒng)架構(gòu)，使用領(lǐng)域?qū)I(yè)工具建立分析模型，在SysML參數(shù)圖中將系統(tǒng)模型與分析模型建立連接，使用Model Center的MBSE Pak建立中間連接層，執(zhí)行權(quán)衡分析等，并將分析后的結(jié)果反饋到描述模型以更新模型。
2
需要遵循的通用原則
集成建模和多學(xué)科分析的方案需要基于一些通用的原則。首先，需要具備支持不同抽象級(jí)別的模型。SysML提供了許多建模構(gòu)圖來支持抽象模型，但模型的抽象需要包含多學(xué)科分析模型。第二，需要尋求通用系統(tǒng)工程模型和領(lǐng)域特定模型之間適當(dāng)?shù)钠胶猓驗(yàn)樗麄冇懈髯缘膬?yōu)缺點(diǎn)。SysML在定義系統(tǒng)架構(gòu)和關(guān)系時(shí)非常有用，也需要結(jié)合很多專門特定領(lǐng)域的建模和分析工具。相比通用的SysML模型，領(lǐng)域特定模型可以更有效地準(zhǔn)確地描述系統(tǒng)的特定方面。第三，工程分析需要更好的與整體系統(tǒng)開發(fā)的上下文關(guān)聯(lián)。因?yàn)楫?dāng)執(zhí)行一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)的分析時(shí)，不能很好的把握大局。第四， 在創(chuàng)建模型時(shí)需要結(jié)合自頂向下和自底向上的方法。SysML模型通常使用自頂向下方法創(chuàng)建，從高度抽象演變到更多細(xì)節(jié)。但SysML模型可能基于負(fù)責(zé)創(chuàng)建分析模型的領(lǐng)域/多學(xué)科工程師的輸入去做更新。
展開 敏捷范式
研究和創(chuàng)新敏捷項(xiàng)目開發(fā)了一種方法，即所謂的敏捷范式，重點(diǎn)是加速協(xié)作MDAO系統(tǒng)的部署和運(yùn)行，反過來可以加速?gòu)?fù)雜產(chǎn)品的開發(fā)，如新型航空航天系統(tǒng)。相對(duì)于傳統(tǒng)的MDAO方法，人們已經(jīng)證明為實(shí)現(xiàn)范例而開發(fā)的技術(shù)可以將部署和操作時(shí)間減少40%以上，但是在數(shù)字設(shè)計(jì)工程實(shí)踐中，還沒有將敏捷范例加以正式化和模型化處理。
這項(xiàng)工作介紹了一種新穎的方法，利用MBSE原則簡(jiǎn)化敏捷MDAO設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)，并在MBSE和MDAO之間架起了一座橋梁。這里介紹的主要成果是MBSE驅(qū)動(dòng)的所謂敏捷MDAO系統(tǒng)的模型，代表了MDAO系統(tǒng)的架構(gòu)、需求、組織方面以及在生命周期階段實(shí)施的所有交互和活動(dòng)。MBSE架構(gòu)框架，定義了驅(qū)動(dòng)敏捷MDAO系統(tǒng)模型開發(fā)的基本本體論概念和觀點(diǎn)，也被建模和呈現(xiàn)。
敏捷范式-MDAO系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
當(dāng)前一代MDAO系統(tǒng)的主要障礙在很大程度上與建立復(fù)雜協(xié)作框架所需的努力有關(guān)。據(jù)Ciampa等人的研究結(jié)果表明，可能60%~80%的項(xiàng)目時(shí)間來設(shè)置這樣的過程。歐盟委員會(huì)資助了一個(gè)敏捷項(xiàng)目，于2018年結(jié)束，開發(fā)了一種名為敏捷范式的新方法，以簡(jiǎn)化協(xié)作MDAO系統(tǒng)的設(shè)置、部署和操作。敏捷范式的核心是加速M(fèi)DAO系統(tǒng)的部署和操作，反過來可以有效地利用這一點(diǎn)來加速?gòu)?fù)雜產(chǎn)品(例如新型飛機(jī))的開發(fā)。為實(shí)現(xiàn)這種方法而開發(fā)的技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)協(xié)同飛機(jī)設(shè)計(jì)和優(yōu)化應(yīng)用中得到證明，與傳統(tǒng)的MDAO方法相比，設(shè)置時(shí)間縮短了40%以上。
然而，盡管個(gè)別技術(shù)已經(jīng)以開源的方式發(fā)布，但敏捷范式還沒有通過利用數(shù)字設(shè)計(jì)工程實(shí)踐進(jìn)行形式化和建模。
展開 因此，工程師和設(shè)計(jì)人員面臨著新的挑戰(zhàn)，而傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程流程已難以為繼。此外，企業(yè)規(guī)模越來越大、越來越復(fù)雜，這會(huì)進(jìn)一步加劇挑戰(zhàn)，因此需要可擴(kuò)展且可供所有利益相關(guān)方訪問的解決方案。
以設(shè)計(jì)無人駕駛月球車為例，該月球車將探索月球表面，并為研究人員收集重要數(shù)據(jù)。月球車的復(fù)雜設(shè)計(jì)不僅依賴于最新技術(shù)，還依賴于具有多學(xué)科背景的大型研究團(tuán)隊(duì)的專業(yè)知識(shí)。
月球上的月球車
為了正確地開展協(xié)作，研究人員需要一種有效共享信息的方法，確保他們都在使用最新的設(shè)計(jì)迭代，并確認(rèn)所有設(shè)計(jì)階段都符合安全標(biāo)準(zhǔn)，而上述這些步驟都隨著設(shè)計(jì)的日益復(fù)雜而變得更具挑戰(zhàn)性。
什么解決方案有可能改善這種情況呢？航空航天與國(guó)防（A&D）、汽車、高科技和醫(yī)療等眾多行業(yè)的研究人員，都在利用系統(tǒng)架構(gòu)模型（SAM）來應(yīng)對(duì)這些現(xiàn)代挑戰(zhàn)。為了一探究竟，我們來深入了解一下為什么各行各業(yè)的工程師都在使用SAM。
在快速變化的領(lǐng)域開發(fā)日益復(fù)雜的技術(shù)
首先，作為基礎(chǔ)背景，我們先來探討基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE），這是一種不斷發(fā)展的方法，它利用數(shù)字系統(tǒng)和模型而不是文檔，來設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)復(fù)雜系統(tǒng)。
MBSE并不依賴傳統(tǒng)的靜態(tài)文檔，而是通過創(chuàng)建和使用數(shù)字系統(tǒng)和工程領(lǐng)域模型，來促進(jìn)關(guān)鍵信息、反饋和需求的交換。
對(duì)于現(xiàn)代工程師而言，MBSE提供了一種結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的方法來解決復(fù)雜的工程問題，從而簡(jiǎn)化開發(fā)流程并提高效率。MBSE包括三個(gè)主要組成部分：
1. 統(tǒng)領(lǐng)性的SAM
在SAM中，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)由一系列描述系統(tǒng)物理和功能架構(gòu)的連接方框圖表示。SAM還包含系統(tǒng)所需達(dá)到的質(zhì)量和功能的綜合列表。
在MBSE中，SAM是待研究系統(tǒng)架構(gòu)的真相源。
展開 
MBSE系統(tǒng)架構(gòu)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
MBSE系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)MBSE系統(tǒng)工程汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)預(yù)期安全系統(tǒng)架構(gòu)弱電系統(tǒng)架構(gòu)圖 系統(tǒng)工程電力系統(tǒng) mbse 架構(gòu)建模 起落架系統(tǒng) 應(yīng)用以飛機(jī)為例的mbse系統(tǒng)架構(gòu)入門系列以飛機(jī)為例的mbse系統(tǒng)架構(gòu)入門系列(1)以飛機(jī)為例的mbse系統(tǒng)架構(gòu)入門系列(1以飛機(jī)為例的mbse系統(tǒng)架構(gòu)入門系列 活動(dòng)圖以飛機(jī)為例的mbse系統(tǒng)架構(gòu)入門系列活動(dòng)圖
MBSE系統(tǒng)架構(gòu)的最新內(nèi)容
新思科技芯課程全新RISC-V系列即將推出，本次課程內(nèi)容共4講，首場(chǎng)【從微架構(gòu)到系統(tǒng)：基于新思科技RISC-V驗(yàn)證方案構(gòu)建高效可靠的RISC-V 驗(yàn)證閉環(huán)】將于5月15日上線，深度剖析RISC-V在現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)中的核心驗(yàn)證難點(diǎn)及挑戰(zhàn)，并重點(diǎn)介紹新思科技RISC-V相關(guān)的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證方案，通過將STING的高效激勵(lì)生成能力與ImperasDV的精準(zhǔn)檢查能力與新思科技的VCS、Verdi深度融合，展示如何構(gòu)建一個(gè)涵蓋
高級(jí)軟件架構(gòu)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課程基礎(chǔ)信息 發(fā)布年份：2026年 總章節(jié)/課程數(shù)：14個(gè)專項(xiàng)模塊、169節(jié)課程 總時(shí)長(zhǎng)：7小時(shí) 文件大小：2.5GB 視頻編碼：h264，分辨率1280x720 音頻編碼：AAC，44.1千赫，雙聲道 課程語(yǔ)言：英語(yǔ) 學(xué)習(xí)收獲 掌握分布式
本文原刊登于Ansys.com：《Blueprint for Innovation: The Importance of System Architecture Models》
作者：Caty Fairclough | Ansys市場(chǎng)傳播經(jīng)理
編輯整理：傅金泉 | Ansys首席應(yīng)用工程師
當(dāng)今的技術(shù)發(fā)展日新月異，可能稍不留神，人們就會(huì)錯(cuò)過一項(xiàng)重大的技術(shù)發(fā)展。我們可以發(fā)現(xiàn)
原文信息
原文標(biāo)題：“Optical telescope with Cassegrain metasurfaces”
第一作者：Xuan Liu、Junhong Deng
光學(xué)元件的基本原理與應(yīng)用
光學(xué)元件致力于拓展人類的觀測(cè)極限，其工作原理基于增大像對(duì)人眼的張角，從而營(yíng)造物體被放大的視覺效果。以顯微鏡為例，在放大鏡（目鏡）前增設(shè)的凸透鏡（物鏡
<p> SysML v2 是新一代系統(tǒng)建模語(yǔ)言，在復(fù)雜系統(tǒng)研制中具有重要作用。SysML 是在 UML 基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來，專門為基于模型的系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的建模語(yǔ)言。2007年9月，SysML v1.0正式發(fā)布 ，但在使用過程中暴露出一些問題，如語(yǔ)法語(yǔ)義不符合行業(yè)要求、與其他工具打通困難、信息傳遞格式存在壁壘等。因此，OMG（國(guó)際對(duì)象管理組織）開發(fā)了全新的
<p><strong>產(chǎn)品概述</strong></p><p> CATIA Magic，原名MagicDraw，俗稱No Magic，被達(dá)索收購(gòu)后融入3DExperience產(chǎn)品協(xié)同研發(fā)管理平臺(tái)中，形成更具協(xié)同體驗(yàn)的系統(tǒng)工程解決方案。該軟件提供對(duì)SysML/UML/UAF語(yǔ)言的完整支持，提供獨(dú)有的MagicGrid方法論，涵蓋：業(yè)務(wù)和任務(wù)分析、利益攸關(guān)者需要及需求分析
基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）是一種對(duì)系統(tǒng)建模經(jīng)濟(jì)高效的應(yīng)用，它通過在系統(tǒng)開發(fā)早期進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，提升對(duì)系統(tǒng)屬性和行為的了解，并實(shí)現(xiàn)需求和設(shè)計(jì)決策的快速反饋，從而探索和記錄系統(tǒng)特性。模型提供了一種高效的，可以探索、更新和傳達(dá)系統(tǒng)各個(gè)方面信息的方式，還能減少對(duì)傳統(tǒng)文檔的依賴。
MBSE歷來注重表達(dá)和記錄需求、設(shè)計(jì)、分析和驗(yàn)證信息[1]，隨著建模技術(shù)的成熟，它通過加速學(xué)習(xí)（例如仿真）和更好地了解物理世界
1 概述
基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）是未來工業(yè)數(shù)字化的重要發(fā)展方向，而系統(tǒng)仿真則是MBSE的重要組成部分。通過Teamcenter Simulation可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)的有效管理，助力MBSE更好地為企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)工作服務(wù)，保證協(xié)作時(shí)數(shù)據(jù)的共享和唯一性，提供分布式協(xié)同工作環(huán)境和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，打造高效協(xié)同的仿真分析工作環(huán)境。
本文首先從客戶業(yè)務(wù)需求出發(fā)，分析系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)管理應(yīng)滿足的業(yè)務(wù)需求
導(dǎo)讀：基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）采用模型的表達(dá)方法描述系統(tǒng)的整個(gè)生命周期過程中需求、設(shè)計(jì)等活動(dòng)，以其無歧義、模塊化等優(yōu)點(diǎn)迅速覆蓋了航空航天、船舶等相關(guān)工程領(lǐng)域。本文總結(jié)了 MBSE的方法論、建模語(yǔ)言和建模工具，通過不同角度對(duì)不同方法、工具進(jìn)行對(duì)比，為尋找適合航空發(fā)動(dòng)機(jī)功能建模的解決方案進(jìn)行了初步探索。
建模語(yǔ)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(diǎn)。本文為杉石團(tuán)隊(duì)在
