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(图片来自网络) 文/侯哥 1. 最近几年，系统工程的概念越来越火热。其中MBSE是目前最受大家推崇的，也可以说是最时髦的。在复杂系统的开发领域，如果你不能说出一些跟MBSE有关的一些词儿，那么你是无法号称自己站在时代前沿的。 国外把基于MBSE视为系统工程的“革命”、“系统工程的未来”、“系统工程的转型”等。国内的很多大型组织也已经在开展了相关研究和应用了。其中，包括大飞机和汽车等复杂的系统设计。 在汽车的开发，尤其是汽车的电气架构开发领域，MBSE已经被越来越多的公司所引入，并且通过使用相关的软件工具，把MBSE应用到电子电器开发的各个领域。包括用户场景的描述、功能的开发、系统的详细设计和相应的测试验证。由于现在已经有了直接把模型转换为代码的工具，所以，很多OEM可以通过MBSE的使用，具备或提高了一定的上层应用软件的开发能力。 以前的文章介绍过SDV（软件定义汽车）的概念，无论是否达到了SDV的阶段，OEM开发部分软件已经是一个明显的趋势和不争的事实了。而MBSE的应用和推广必将助力OEM和整个行业的软件质量的提升和开发速度的提高。 有个大佬曾经说过：MBSE下，工程研制工作由过去的“80%劳动、20%创造”转变为“20%劳动、80%创造”。为啥呢？一句话：MBSE可以让工程师更多的时间投入在设计中，而不是文档上。 2. 那么MBSE究竟是何方神圣？今天给大家介绍一下相关的概念，让大家有一个初步的认识。MBSE是Model-Based SystemsEngineering的缩写，翻译成中文就是：基于模型的系统工程。这里面有三个关键词：模型，系统和工程。 模型是一个含义丰富的词。在MBSE里，特指描述待研究的对象，把待研究的对象的一些特性抽象出来，并使用标准化的表达方式来进行描述，从而能够进一步进行研究的一种形象化的表达方法。 工程这个词就不需要解释了。 什么才是“系统”呢？系统的定义：系统是由两个以上有机联系、相互作用的要素所组成，具有特定功能、结构和环境的整体。系统并不是独立的。系统又可以被分解为子系统，而子系统又可以继续拆分。系统和子系统是一个相对概念，这和我们描述系统的大小和范围相关。构成系统的多要素间相互联系，在系统内部构成一定的结构和秩序。系统具有“统则唯一，分则无限”的特点。 有了系统的定义，我们再把系统和工程连在一起解释一下： 钱学森对系统工程的定义是：系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统具有普遍意义的科学方法。系统工程是一种组织管理的技术。 既然系统工程是一种技术，那么它就有所有技术的共同的用处：为了更好的达到目标。总之，系统工程是一项工程学科。因为系统是一个跨领域的概念，那么系统工程就必然是一门交叉科学，不限于某一特定的工程领域。这些被研究的系统的共同特点是：大型、复杂。涉及到运筹学、系统理论、管理科学等学科。 3. 系统工程是一个有很长历史的学科了。传统系统工程（Traditional Systems Engineering，TSE）是基于文本的系统工程（Text-Based Systems Engineering）。随着人们所研制的工程系统越来越复杂，传统系统工程（Traditional Systems Engineering，TSE）越来越难以应对，与此同时，以模型化为代表的信息技术也在快速发展，因此在需求牵引和技术推动下，基于模型的系统工程（Model-Based Systems Engineering，MBSE）应运而生了。 传统系统工程中，系统工程活动的产出是一系列基于自然语言的文档，比如用户的需求、设计方案。这个文档又是“文本格式的”，所以也可以说传统的系统工程是“基于文本的系统工程”（Text-BasedSystems Engineering，TSE）。在这种模式下，要把散落在各个论证报告、设计报告、分析报告、试验报告中的工程系统的信息集成关联在一起，费时费力且容易出错。 尤其在汽车领域，主机厂如果把几千上万条对供应商的需求都通过文本格式传递给供应商的话，双方都是一个极其痛苦的事情，不但耗时耗力，而且容易出错。不过，这种现象在现在的确还在继续着。 2007年，国际系统工程学会（INCOSE）在《系统工程2020年愿景》中，正式提出了MBSE的定义：MBSE是建模方法的形式化应用，以使建模方法支持系统要求、设计、分析、验证和确认等活动，这些活动从概念性设计阶段开始，持续贯穿到设计开发以及后来的所有寿命周期阶段。 在具体实现上，INCOSE联合对象管理组织（(Object Management Group，OMG）在统一建模语言UML（Unified Modeling Language）的基础上，开发出了适宜于描述工程系统的系统建模语言的（System Modeling Language，SysML），作为系统工程的标准建模语言。它可以支持系统工程应用的多领域系统包含硬件、软件、信息等系统的需求分析、系统设计、功能描述、系统验证等。 顺便提一下INCOSE。他们在自己的主页上的介绍是这样的：TheInternational Council on Systems Engineering (INCOSE) is a not-for-profitmembership organization founded to develop and disseminate theinterdisciplinary principles and practices that enable the realization ofsuccessful systems. 简单的说INCOSE--国际系统工程协会，是一个非盈利性质的会员制组织，目的是普及多学科之间交互的准则和实践，从而保证系统的成功实现。 4. MBSE的核心是SysML（系统建模语言），它是基于UML，通过块建模替换类和对象的建模，以获得更适合系统工程的词汇表。块包含所有软件，硬件，数据，流程甚至人员管理概念。 SysML 定义了九种基本图形来表示模型的各个方面。从模型的不同描述角度来划分，这九种基本图形分成四类：结构图(StructureDiagram)、参数图(Parametric Diagram)、需求图(Requirement Diagram)和行为图(Behavior Diagram) 。结构图包括类图(Class Diagram) 和装配图(Assembly Diagram)，行为图包括活动图(Activity Diagram)、顺序图(Sequence Diagram)、时间图(Timing Diagram)、状态机图(State Machine Diagram)和用例图(Use Case Diagram)。下面的图就是一个实例。 有了创建好的模型，就可以应用Digital Twin的技术了。 Digital Twin是近年来出现的新兴概念，中文翻译为数字孪生或者数字双胞胎：是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。 简单的说，有两种方式 1. 利用MBSE方法在V模型左侧的开发过程中创建的模型进行虚拟仿真的过程，也就是MIL（Model In Loop）。从而在进入事物验证阶段前就尽早发现问题。 2. 通过在实物上增加各种传感器等方式来获取实物在使用过程中的相应数据，从而发过来完善模型。 5. 基于模型的系统工程(MBSE)是规范化的应用建模技术来支持系统需求、设计、分析、验证与确认-从概念设计阶段直至生命周期的后期各个阶段，持续贯穿整个产品的开发。MBSE能够替代系统工程师已经实践的以文件为中心的方法，并且通过完全集成至系统工程流程的定义中来改变将来系统工程的实践。 MBSE 不仅仅是工具的使用，而是方法学。 MBSE的优势：
MBSE的劣势： 相应的工具链需要大量的投资，无论是建模还是仿真，都需要购买昂贵的软件，投资可能动辄上千万甚至上亿。不过，如果能够充分利用软件，并且相应的优化流程，从而真的让MBSE发挥作用的话，这笔钱绝对是超级值得的。 应用MBSE首先是思想上的转变，让一个工作了十几二十年的工程师转为在模型上工作，除了要给相应的人员大量的培训之外，思想和思路的上的转变才是最难的。相比之下，现在的很多年轻的大学毕业生在学校期间就已经接触过相应的工具和方法了，上手可能会快很多，但是他们没有相应的行业经验，怎么新老配合是一个需要解决的问题。 另外，对于很多没有应用过模型的OEM来说，应用MBSE短期并不能产生立竿见影的效果，因为模型库的建立就需要一段时间。然而，一旦有了基础之后，后续的迭代更新速度将会是惊人的。 最后提醒大家一下，千万不要把MBSE写成ME SB了。 |
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