活動圖建模的案例
MBSE建模學習之四：活動（Activity）及活動圖
在示例圖中，“當前命令：轉移命令”是活動參數節點（一般放在活動圖左邊）；“：命令響應”是輸出的活動參數節點（一般放在活動圖下邊緣，或右邊緣）；
“中心緩存節點”（CentralBufferNode）：作為緩存作用的對象節點。
“數據存儲節點”（DataStoreNode）：數據存儲節點中的令牌對象被輸出活動邊拿走后，仍然會保留一份值相等的令牌對象，永遠拿不完。而“中心緩存節點”中的令牌對象被取走后就沒有了。但是“數據存儲節點”中存儲的對象按ID保存，相同ID的對象僅存儲一份。
控制節點（ControlNode）
控制節點的類型主要有以下幾種：
“決定節點”（DecisionNode）：最少一個、最多兩個輸入的活動邊，最少一個輸出的活動邊。如果有兩個輸入的活動邊，則其中一個必須是對象流，這個輸入對象流的數據用于決定節點輸出的對象流活動邊守衛條件的判斷。在示例圖中有兩個“決定節點”。
“合并節點”（MergeNode）：合并節點只能有一條輸出活動邊、多條輸入的活動邊。當任何一條輸入活動邊有令牌到達，則轉發到輸出的活動邊。在示例圖中有兩個“合并節點”。
“分支節點”（ForkNode）：分支節點只有一個輸入的活動邊、多條輸出的活動邊。分支節點的輸出活動邊是“并行”的，相當于把一條輸入活動邊的令牌數據分發到全部輸出活動邊。分支節點可用于并行流程的建模。在示例圖中，開始節點下面是一個“分支節點”，分出來的兩個控制流并行發生，說明驗證命令、點火推進器的那個分支，和測量高度、計算軌道半徑的那個分支是并行的。
“集合節點”（JoinNode）：集合節點有多個輸入活動邊、僅僅一個輸出活動邊。只有所有輸入活動邊有令牌到達的時候，輸出活動邊才有令牌輸出。這個和“合并節點”是不同的，合并節點輸入邊是“或”的關系，集合節點是“與”的關系。
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工程系統動力學、建模、仿真與設計：拉格朗日圖與鍵圖方法
工程系統動力學、建模、仿真與設計.epub
保存到收藏
英文 |EPUB（真實）|2021年 |217頁 |ISBN ：無 |20.4 MB
本書介紹了有效的系統建模方法，包括拉格朗日圖和鍵圖，以及相關工程軟件工具20-sim的應用。內容面向工程學生和該領域的專業人士，支持他們理解和應用這些建模、仿真和工程系統設計方法。文本還包含展示部分已完成示例的視頻。
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工程系統動力學、建模、仿真與設計：拉格朗日圖與鍵圖方法
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肋環型網殼結構 ANSYS 參數化建模與自動出圖案例介紹 ￥19.89
本案例展示了一個基于 ANSYS APDL 的肋環型網殼結構精細建模與分析過程。模型采用純參數化方式定義，通過輸入少量幾何參數即可自動生成可計算模型，并支持自動出圖功能。案例適用于從事空間結構建模、穩定性分析以及二次開發研究的工程技術人員與科研人員。
模型的核心特點是實現了幾何參數與單元類型的高度可控化，能夠根據用戶輸入的矢高、環數、徑數自動生成肋環型網殼結構的有限元模型。模型在腳本中設置了單元類型選擇功能，可自由切換使用 BEAM4 或 LINK8 元素，以適應不同的分析需求。
1.1. 建模思路與功能設計
模型采用基于經線與緯線構成的空間網殼結構體系。通過參數化控制環向與徑向劃分，自動生成節點坐標與單元連接關系，從而構建出完整的肋環型空間結構。
圖1-1 實際結構
在建模邏輯上，腳本通過循環與參數變量控制節點分布，自動完成節點生成、單元連接、截面與材料定義。模型在生成完成后，可直接進入求解階段，無需手工建模。
用戶僅需修改輸入參數，如矢高（網殼曲率）、環數、徑數、單元類型及材料屬性，即可快速得到不同結構形態下的分析結果。
圖1-2實際變形圖
圖1-3屈曲模態圖
此外，模型內置了自動出圖命令，能夠在分析完成后自動生成結構形態與變形圖，方便用戶直接查看結果，減少重復操作。
1.2. 案例文件說明
Ribbed-typeSphericalSteelReticulatedShell.mac 為該案例的核心命令流文件，文件內包含完整的建模、求解與繪圖命令。
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成圖大賽 | Altair 助力第十八屆“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽圓滿落幕
2025年7月28日，第十八屆"高教杯"全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽全國總決賽在太原理工大學圓滿收官。本次大賽再次彰顯了工程圖學教育在培養新時代工程人才中的關鍵作用。
以圖載道，傳承創新
太原理工大學黨委書記沈興全在開幕式致辭中強調“中華民族的工程智慧始終以圖為媒、薪火相傳”。他勉勵參賽學子“執筆為劍，在三維空間勾勒青春經緯”，既要“以尺規丈量毫厘”，又要“用創意翱翔九天”。 這一理念與Altair六年來持續支持大賽的初心高度契合。通過深度參與賽事，Altair不僅助力提升大學生的工程實踐能力，更在教師教學科研、社會服務等方面發揮了重要推動作用，完美詮釋了大賽"以賽促教、以賽促學、以賽促改"的核心宗旨。
2025年輕量化設計與 AI 應用賽道賽事規模再創新高
省賽階段共覆蓋29個賽區，694名專業教師帶隊，618所高校參與，共計1704支參賽團隊報名，3408名選手同場競技；
國賽階賽事版圖擴展至31個省級賽區，由522名專業老師帶隊，550所高校的991支精英團隊晉級決賽，1982名決賽選手展開最終角逐；
經組委會隨機抽取20支隊伍參與線上答辯和嚴苛審核，最終評選出一等獎53項、二等獎86項、三等獎130項。
展開 MBSE建模學習之十：包圖及模型擴展
包圖（PackageDiagram）
包圖是定義模型架構的圖。模型的架構主要是通過“包”（Package）來組織的。包圖的代表元素是一個“包”元素（元素-Element，是指模型中任何一種數據），圖中定義的元素默認的命名空間就是這個包。除了“包”之外，包圖的代表元素也可以是一個“模型”（Model）、“模型庫”（ModelLibrary），或者是一個“概要文件”（Profile）元素。
包圖經常用來定義整體的模型架構，也就是模型的層級關系。這種情況下，包圖中一般顯示的元素是各層級的“包”或其它作為類型的元素。也可以在包圖中直接定義各種類型元素，例如通用的“模塊”（Block）、“值類型”（ValueType）、“接口模塊”（InterfaceBlock）等。這時候，包圖和模塊定義圖的作用并沒有太大差別（模塊定義圖的代表元素一般也是一個包）。在智睿思維基于模型的系統工程軟件中，你只需要切換包圖的默認圖形工具欄為模塊定義圖的工具欄，就可以在包圖中添加各種類型。另外，包圖也可以定義擴展標準模型元素的構造型，為標準元素添加建模時的構造型屬性。
例如，下面的包圖定義了MagicGrid方法論中“問題域”的模型架構（我們接下來會用幾篇文章詳細說明MagicGrid方法論，敬請關注公眾號）
包（Package）
包的作用是用來組織模型中元素數據，相當于元素數據存放的一個目錄。包是包中元素的“命名空間”。“命名空間”是為了唯一標識一個模型元素的空間，在一個“命名空間”中，不允許元素的名稱重復。例如，在一個房子中每個人的名字是唯一的，在一層樓中每個房子的名稱（編號）也是唯一的。再向上，這個大樓、小區等各層空間的名稱都唯一，這樣就可以建立一套唯一的路徑名稱。
展開 MBSE建模學習之九：參數圖及其仿真
參數圖
（
ParametricDiagram
）
參數圖是
SysML
增加的一種專門用于系統參數計算的圖。參數圖本質上是一個特殊的內部模塊圖，它主要表示模塊的約束中的參數和模塊的屬性之間綁定關系。這里“綁定”的意思，可以理解為變量的“代入”。參數圖中通過綁定連接器把值屬性和約束的約束參數連起來，參數圖仿真的時候就把值屬性的值代入到約束的表達式方程中進行計算，并把計算結果返回到對應的屬性。不過這個“屬性值”和“約束參數值”代入計算、結果再返回到“屬性值”的概念，是通過仿真過程類型的實例化、屬性（
property
）生成“槽”（
slot
），對“槽”賦值來實現的。以下我們通過參數圖中的各種元素的意義、仿真的實際過程來說明這個原理，以及如何進行仿真。
建立仿真的語境
SysML
的仿真方法是對“類”模型的實例化。我們建立的“模型”主要是建立了一套“類”以及它們相互的關系。在
SysML
中，對系統建模主要是使用“模塊”（
Block
，是對類
--Class
的擴展）類。仿真過程中所謂的實例化，是生成用戶建立的“模塊”的實例。在模型中，用“實例說明”（
Instance Specification
）來表示一個實例。“實例說明”的“類目”是這個模塊，“實例說明”的“槽”（
Slot
）對應模塊每個屬性。每個槽有一個“值”，這個“值”又是對應屬性的類型的實例。如果屬性有默認值的話，當生成槽的時候，這個默認值作為槽的初始值。如果在內部模塊圖中指定了屬性的初始值，初始值比默認值優先。
下面這個案例中定義了“電動牙刷系統”，它有五個子系統。
展開 聯方型網殼結構 ANSYS 參數化建模與自動出圖 ￥14.9
概述
本案例展示了一個基于 ANSYS APDL 的聯方型網殼結構精細建模與自動化分析過程。模型采用全參數化建模思路，通過少量參數輸入即可自動生成可計算模型，并完成振動模態分析與自動出圖。該模型適用于快速建立空間網殼結構、進行振型特性分析等多種場景。
圖1-1 實際圖1
圖1-2 實際圖2
模型中，經線與緯線桿件可自定義采用 BEAM4 或 LINK8 單元，用戶可根據精度與計算需求自由切換。輸入參數包括矢高、環數、徑數等幾何控制量，修改后模型會自動更新。模型還支持自動生成結果圖形與可視化輸出，并配套有輔助動圖與教學視頻，幫助用戶理解模型構建與運行過程。
圖1-3 振動模態
1.2. 建模思路與功能設計
聯方型網殼結構是一種常用于屋蓋與空間結構的高效受力體系，特點是桿件布置規律、整體剛度高。本案例通過 ANSYS APDL 參數化腳本實現自動化建模，采用經、緯桿交織的空間幾何布局構建聯方形網格結構。
在腳本中，節點位置、單元連接、材料屬性與截面特性均通過參數化控制生成。用戶只需在開頭部分輸入矢高（決定網殼曲率）、環數（決定網殼分層）、徑數（決定分區數量），模型即可自動完成節點分布計算與單元劃分。
同時，腳本允許用戶選擇 單元類型（BEAM4 或 LINK8），以適配不同分析類型。
模型生成完成后，程序將自動執行求解步驟，并輸出幾何圖形、模態振型及結果云圖。
自動出圖功能可生成靜態圖形與模態變形圖，結合教學視頻或動圖展示，可直觀觀察網殼結構的動力學特征。
1.3.
展開 MBSE建模學習之八：需求和需求圖
例如用一個用例、用例的活動場景來改善一個需求的說明。
滿足關系：建立具體的設計元素實現了一個需求的關系。
驗證關系：建立測試方法和需求之間的驗證關系。測試方法在模型中一般是一個活動或其它的行為，SysML中建立了一種構造型“測試用例”來標記這些專門用于驗證需求的行為（測試用例不是“用例”，而是具體的行為）。
下面這個模型圖中舉出上面所述的各種關系：
需求圖
需求圖是展示需求元素的圖。需求圖的代表元素一般是一個包，需求圖中頂層的需求元素屬于這個包。在需求圖中最常見的表示方法是用需求包含關系把各層需求連接成一棵樹。包含關系表示需求的分解關系。把一個需求逐步分解為更細、更具體的需求項目，也是需求分析的常規工作。進行需求覆蓋分析的時候，如果是按組進行統計，則下層子需求全部滿足了，上層需求就認為也滿足了；如果是按“獨立”的統計方式，則不考慮上下層需求之間的包含關系。在需求圖中也可以顯示其它元素，然后用其它6種關系把這個元素和需求連起來。但為了更方便的建立需求和其它元素的關系，軟件工具中一般用“矩陣”表格的方式建立和顯示需求和其它元素的關系。
下圖是一個表示需求分解的需求圖。
除了用圖，軟件工具中也經常提供表格的方式來顯示和管理需求。表格一般也展示為一棵樹的形式。如下所示上面需求的表格表示方式。
在需求表格中，還會有需求導入、導出的功能，可以和其它系統進行需求數據的交換。
建模過程中的需求分析工作
在MBSE建模工作中，有多個工作階段涉及需求。系統建模的開始工作，就是從建立利益相關者需求。經過用例分析、功能分析，進一步總結出系統需求。再經過系統架構分析，最終形成能夠作為機械結構或電子電路設計輸入的物理需求。
（1）建立利益相關者需求。
展開 MBSE建模學習之五：交互和序列圖
組合片段（CombinedFragment）
除了上述序列圖中的常用元素，對于復雜的行為過程，包括循環、并行、可選等，可以通過一個“組合片段”（CombinedFragment）來表示。
組合片段有多種操作類型。其中常用的如下：
可選（opt）：代表一系列可選的事件，如果條件（稱為守衛）成立，那么就會在交互的執行過程中發生。相當于程序語言中的“if”條件語句
備選（alt）：代表兩個或多個可替換的系列事件，他們會在交互的一次執行中發生。其中只能有一個條件為真的事件發生。相當于編程語言的“if..else if..else..”語句。
循環（loop）：代表一系列事件，只要條件成立，可以在交互的一次執行過程中發生多次。
并行（par）:代表兩個或多個系列的事件，他們會在交互的執行過程中并行進行。
其它操作符，請參考MBSES軟件的在線手冊。（請關注“智睿思維MBSE”公眾號，可以隨時查看在線幫助手冊）
狀態不變量（StateInvariant）
包含一個約束條件，這個約束條件是對生命線的屬性、當前范圍的變量，或者一個狀態的值進行約束。在約束條件滿足的時候，繼續下面的過程。
狀態不變量有兩種表示方式。一種是包含約束表達式的一個文本框（如下面的序列圖案例中所示）；另一種是像一個狀態機圖中的狀態一樣的表示方式，中間是一個狀態的名稱。這個狀態對應生命線的一個狀態（這個狀態應該也有一個“狀態不變量”的約束屬性，表示當對象處于這個狀態時，某個屬性保持不變，所以這個約束才稱為“狀態不變量”，例如“{狀態==工作}”表示工作狀態的約束）。
序列圖案例
我們還是看一個應用了組合片段的序列圖案例。這個案例是我們在“MBSE建模學習之四：活動（Activity）及活動圖”中所舉案例“執行霍曼轉移”活動的序列圖表示方式。霍曼轉移的原理見這篇文章。
展開 COMSOL晶體斷裂基于維諾圖Voronoi泰森多邊形建模
在COMSOL中對兩種斷裂形式進行模擬，模型采用Voronoi泰森多邊形構建晶體的晶粒組織，幾何模型采用CAD Voronoi插件進行參數化建模生成。
插件采用合理的多邊形約束模式，可使得泰森多邊形晶粒結構生成大小均勻，且可避免存在三角形晶體及角度過小的情況。模型對晶格及邊界分別定義不同的材料參數，以實現開裂模式上的差異。力學模型采用軸向拉伸模擬，左側邊界設置為輥支撐，右側設置水平向的位移。
COMSOL晶體材料的穿晶斷裂及沿晶斷裂位移：
COMSOL晶體材料的穿晶斷裂及沿晶斷裂裂縫擴展：
需要進行模擬的可在下面鏈接下載Voronoi的模型樣圖，CAD格式的，需要自己導入的COMSOL內：
CAD Voronoi
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MBSE建模學習之六：狀態機和狀態機圖
下圖是一個系統簡單的狀態機圖，其中“開機”狀態是一個組合狀態，其中包含兩個狀態“加載”和“工作”。
偽狀態（Pseudostate）
偽狀態即狀態機圖上不是系統真實狀態的節點，這些偽狀態節點為了表示狀態機的開始、結束、分支等等。偽狀態有如下幾種類型：
“初始偽狀態”（InitialPseudostate）：表示狀態機的開始。用一個實心圓形表示；如●。
“選擇偽狀態”（ChoicePseudostate）：類似活動圖中的決定節點，從一個菱形節點分支出去多個轉移，每個轉移有各自的“守衛”條件，只有符合條件的轉移才發生。
“連接偽狀態”（JunctionPseudostate）：連接偽狀態可以有多個“入”及多個“出”的轉移。從連接偽狀態“出”的轉移應該具有不同的觸發器及守衛條件。要記住，在一個區域中是不能有多個“當前狀態”，所以從連接偽狀態一次只能一個轉移生效。
“分支”和“集合”偽狀態：分支節點從一個狀態分支到兩個或多個并行狀態區域；集合節點合并多個并行的區域。如下所示“分支”和“集合”的應用：
“終止偽狀態”（TerminatePseudostate）：用一個?來表示，表示某個分支流程的終止。
“深歷史偽狀態”（DeepHistoryPseudostate）和“淺歷史偽狀態”（ShallowHistoryPseudostate）：狀態歷史是和組合狀態的區域相關的概念。這個概念可以跟蹤從區域中退出時所處的狀態配置。當從“深歷史偽狀態”退出區域，區域再次活動的時候，恢復到區域中最深層次的那個最后狀態。當從“淺歷史偽狀態“退出區域時，區域再次成為活動區域，返回到區域中最頂層的那個最后狀態。
展開 MBSE建模學習之七：用例和用例圖的說明
如下圖所示：
在這個圖中，（飛船系統的）“交會對接”用例有一個“擴展點”。“交會對接”用例執行時，如果擴展條件“當自動方式失效”滿足的時候，就會執行“手動對接”用例。
用例分析的示例
下面我們用一個農業采摘機器人系統的案例來說明用例分析的過程。
（1）利益相關者需求
對這個機器人系統，有如下的功能需求，表格表示如下：
（2）用例圖
系統中的執行者“果農”和“果樹”我們應用SysML中“模塊”構造型，將其建模為“模塊”。這樣做的好處是“模塊”擴展了“類”的屬性類型，可以有接口，節點的模板可以顯示圖片等、各種分區等更豐富的內容，以及可以進行行為的仿真。這些對于系統“用戶”的行為分析更方便。
系統的用例圖如下，“采摘果實”用例是“果農”發起的一個事情。從果農的角度，這個用例將給“果農”帶來收到“果實”這個目標。
（3）用例場景分析
對于“采摘果實”這個用例，我們為它增加一個“采摘果實用例場景”的活動（在模型瀏覽器上，選擇用例，通過右鍵菜單添加“擁有行為”），通過這個活動的活動圖，我們分析這個過程系統需要哪些功能。
在這個活動圖中，每個“動作”都使用了“調用行為動作”，對應一個表示功能的“活動”。整個活動場景，表示“果農”對“采摘機器人”進行“開機”操作，然后“采摘機器人”行走到果樹旁，識別成熟的果實，摘下果實，然后放入收集框，（當收集框果實達到上限）運送果實到收集點，由“果農”把果實從機器人中收集，完成一次采摘過程。活動圖如下所示：
（4）設置需求的跟蹤關系
通過一個需求關系矩陣，我們設置用例行為分析中的“活動”對“功能需求的”改善關系，如下圖所示：
文章來源：智睿思維MBSE
展開 按工程圖建模技巧-Proe/Creo知識
按工程圖建模，一般先看模型大致造型，按大致造型截面畫，然后多加少補，
這樣子最快最方便，邏輯也清晰
MBSE架構圖：一種集成系統建模與多學科分析的MBSE開發框架
SysML是一種圖形化的建模語言，作為一種國際標準支持MBSE。使用SysML定義的系統工程模型本質上是描述性的，不直接產生分析結果，將導致系統工程活動和工程分析之間存在著巨大的差異。因為系統工程師和工程分析師使用不同的模型、工具、方法和術語，他們不得不依靠特別的通訊和人工翻譯的設計規范和數據。這種差異導致了效率低下并需要花費昂貴代價去修復質量問題。因此，迫切需要將SysML模型與分析模型連接起來。
圖1 系統模型與領域分析模型的差異
目前， SysML建模工具內部的系統級分析通常僅限于對簡單參數方程式的評估。這意味著盡管SysML模型能夠詳細地描述一個給定的系統配置，卻很難恰當地評估設計與需求的契合度或對性能、成本和風險執行重要的權衡分析。因為缺乏便利地可獲取的分析能力，使得系統工程師很難快速地了解需求和系統配置不可避免的變化帶來的后果，并采取必要的行動。
另一方面，域/多學科工程師(結構、熱力、電力、軟件、成本等)通常使用各種先進的分析工具來分析和設計系統。因為這些工具沒有連接到系統模型，很難使用系統模型設置分析問題或使用分析結果更新系統模型。如果可以填補這個空檔，域/多學科工程師可以使用MBSE數據存儲庫獲取所需的設計信息去創建他們的分析模型，并進行分析以支持系統開發。使用此功能，域/多學科工程師可以減少多學科建模和分析活動中由于手工數據轉換和失效信息的使用所導致的常見錯誤和修正工作。
將建模和分析集成的功能彌補了以上缺陷。
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