基于模型的系统工程MBSE如何落地

说到MBSE,目前好像很多领域都在火热的进行中,但是,很多都浅尝辄止,找不到具体的落脚点,大家都想找一个可行的落地思路和实施路线,但是,说句心里话,每家公司自己的情况都各不相同:业务不同,基础不同,人员的认识不同,使用的工具不同,合作伙伴不同……,想要有一个普遍适用的方案是肯定不切合实际的。 MBSE是一个好的方法论,但是要结合各自不同情况进行裁剪和结合才能实施,不能全面推翻前面的基础,也不能所有领域一概而论。

MBSE是方法学、是相关流程、方法和工具的集合。MBSE解决的问题就是复杂系统的设计和维护,以及更新迭代的问题,可以提升系统的设计质量和迭代速度。在当前这个时代——电子电气架构EEA被普遍关注、软件定义汽车(SDV)被奉为汽车OEM救命稻草的这个时代——MBSE基本就是一个如同盘尼西林(青霉素)诞生时的新型处方。虽然这个处方也一定有副作用,但是它确实是目前可见的最好的处方。

ModelBased Systems Engineering (MBSE) is the FORMALIZED application of MODELING to support system requirements, design,analysis, verification and validation, beginning in the conceptual design phaseand continuing throughout development and later lifecycle phases.

CourtesyInternational Council on Systems Engineering

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。

系统工程国际标准委员会(INCOSE)

要了解MBSE,首先要了解MBSE的三大支柱:

  1. 建模语言
  2. 建模工具
  3. 建模方法

下面就简单介绍一下这三大支柱。

1.  建模语言

       INCOSE指定的建模语言是SysML。SYS指的是系统System。ML是建模语言Modeling Language的意思,千万不要想歪了。如果你想歪了,请先自己检讨一下自己的思想。       OMG 系统建模语言™ OMGSysML®是一种通用图形建模语言,用于指定、分析、设计和验证可能包含硬件、软件、信息、人员、程序和设施的复杂系统。特别是,该语言为建模系统要求、行为、结构和参数化提供了图形表示,用于与其他工程分析模型集成。UML 是用来统一软件工程中使用的建模语言,SysML 的目的是统一系统工程中使用的建模语言。

在这里,你可以下载SysML的规范。SysML当前的最新版本是V1.5。

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SysML的定义包括SysML语义和SysML表示法两个部分。SysML的图形表示是SysML 的可视化表示,是用来为系统建模的工具。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(Structure Diagram)、参数图(Parametric Diagram),需求图(Requirement Diagram)和行为图(Behavior Diagram) 。

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 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)。具体示例可以参考上面的图。

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上图是SysML的四大支柱:结构、行为、需求和参数。

2. 建模工具 

关于建模工具,可以了解一下IBM、西门子、Vector、达索和国内的楚凡科技的相关工具链。具体谁家更强,很难说,每一家都有自己的特点和不足,具体怎么选还是要看使用者各自的需求。但是他们都有一个共同的特点:贵。 

3. 建模方法  

建模方法指如何具体去搭建模型。虽然前面已经有了建模语言和工具,但是具体如何搭建模型却是有着不同的方法的。尽管大家开发都是从需求开始,到具体系统的实现,然后再完成验证工作,从而结束了整个系统的开发过程。但是,如何从各种需求落实到系统、零部件,再如何完成测试验证,却是有着不同的方法论的。目前主要看到两大流派:IBM的Harmony System Engineering,和Magic GRID。       Harmony System Engineering全称为“RationalIntegrated Systems / Embedded Software Development Process Harmony ”,Harmony的整体架构如下图所示。

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  从图中可以看出HarmonySE方法论基本是映射V模型的,V模型包含需求分析、系统功能分析、设计综合、软件分析及设计、软件实现以及与之相对应的单元测试、模块集成及测试、(子)系统集成及测试、系统验收测试。   下面的图被称为Magic Grid。单单从图形上看,和Harmony SE就是完全不同的风格。据说,Harmony SE是主要面向软件的,而Magic Grid是从航空航天行业发展起来的。两者思路虽然不同,但是理论上来说应该都是可以解决复杂的系统设计问题。至于哪一个更好,没有办法去评论,这个世界上的东西只有合适与不合适的差异,好与不好,都是针对某一个具体的个案来讲的。

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 不过,要提醒大家的是,建模工具都是依据某种建模方法论设计的,在选择建模工具前,一定要先搞清楚哪种建模方法论更适合自己,否则一旦选择了不合适的工具和建模方法,后续想要转向就很痛苦了。
 

MBSE的三大支柱:建模语言、建模工具和建模方法都是极其复杂的,需要大家静下心来去多读一些相关的书籍和资料,尤其是一些外文资料,而且这是一个漫长的过程,不可能三两个月就能拿下,而且要想真正去投入金钱实施前还是要仔细的搞清楚各种细节。

汉德天下拥有10多年聚焦以UML、SysML建模规范的模型驱动MBSE实施经验,熟悉业内各类工具,拥有航天、机械、工业、汽车、船舶、军工、软件等领域实施经验,可结合实际业务进行MBSE具体实施方案咨询和培训、可根据不同业务进行工具链的定制研发。欢迎联系了解

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