复杂系统数字孪生：系统工程MBSE方法论.docx

MBSE方法论 MBSE概述 系统工程概念 系统工程是一种使系统能成功实现的跨学科的方法和手段 REF _Re\r \h [1]。系统工程是复杂系统实现正向研发转型的根基。现代系统工程理论的起源可追溯到1930s，从1937年英国多学科团队分析防务系统，1954年兰德公司推荐使用术语“系统工程”，1962年Hall出版《系统工程方法论》，2002年系统工程国际标准ISO/IEC 15288发布，到2008年ISO、IEC、IEEE、INCOSE、PSM以及其他机构全面统一系统工程概念，并发布ISO/IEC/IEEE 15288:2008权威标准，系统工程学科被很多组织在产品开发和提供服务业务中定为优选机制。 INCOSE官网上指出系统工程主要任务是把利益攸关者需要变成专业解决方案，其中系统工程师是新系统成功实现的核心 REF _Re\r \h [2]。他们负责系统概念定义、架构定义和设计定义，他们分析和管理复杂性与风险，他们决策如何测量已部署的系统是否按预期工作，当然他们还负责系统创建的许多其他方面，如 REF _Re\h 图4- 1所示。 图4- SEQ 图4- \* ARABIC 1系统工程跨学科 系统工程是一个视角，一个流程和一门专业，它有三个代表性定义 REF _Re\r \h [1]： （1）系统工程是一种使系统成功实现的跨学科的方法和手段。系统工程专注于：在系统开发的早期，定义客户的需要和所要求的功能，将需求文件化，然后进行设计综合和系统确认，并同时考虑完整的问题： Operation（运行） Cost（成本） Schedule（进度） Performance（性能） Training（培训） Support （支持） Test（测试） Manufacturing（制造） Disposal（退出） 系统工程把所有学科和专业群体组成一个团队，形成从概念到生产到运行的结构化开发流程。系统工程以提供满足用户需要的高质量产品为目的，同时考虑所有客户的业务和技术需要。 （2）系统工程是一种自上而下的综合、开发和运行一个真实系统的迭代过程，以接近于最优的方式满足系统的全部需求，如 REF _Re\h 图4- 2自顶向下的分解和定义、自底向上的综合和验证， REF _Re\h 图4- 3系统工程中的迭代和递归。 图4- SEQ 图4- \* ARABIC 2自顶向下的分解和定义、自底向上的综合和验证 图4- SEQ 图4- \* ARABIC 3系统工程中的迭代和递归 （3）系统工程是一门专注于整体（系统）设计和应用的学科而不是各个部分，这涉及从问题的整体性来审视，将问题的所有方面和所有变量都考虑在内，并将社会与技术方面相关联。 总结起来，系统工程有四个关键词： MBSE定义 INCOSE在2007年9月发布了系统工程愿景2020，在《INCOSE SE Vision 2020》该文件中对MBSE(Model Based Systems Engineering)进行了定义：MBSE是一种建模的正规化应用，支持从概念设计阶段开始，持续贯穿开发阶段，直至后期的生命周期阶段的系统需求、设计、分析、验证和确认活动 REF _Re\r \h [3]。 MBSE是基于模型的方法长期转型趋势的一部分，该方法也在运用到其他领域，如基于模型的机械工程，基于模型的电气工程和基于模型的软件工程。特别地，MBSE将取代过去系统工程师所采用的基于文档的方法（Document Based Approach），并把基于模型的方法完全集成到系统工程流程定义中，从而影响到系统工程的未来实践。 MBSE经常与传统的基于文档的方法形成对比 REF _Re\r \h [1]。在基于文档的系统工程方法中，往往把产生的系统大量信息存储在文档（Documents）中，或者其他文件中，如规范文件、ICD文件、系统描述文件、权衡分析报告、以及验证计划、程序和报告。这些文档所包含的信息往往很难维护和同步，并且很难评估其质量（正确性、完整性和一致性）。 在MBSE方法中，大量的信息存储在系统模型或模型集中。系统模型是系统工程流程的基础，MBSE通过使用这些模型让系统工程的应用正规化。存储哪些信息在模型中，哪些信息持续贯穿生命周期的程度取决于MBSE工作的范围。 图4- SEQ 图4- \* ARABIC 4由“基于文档”向“基于模型”转变 MBSE强调建模和仿真贯穿系统的整个生命周期，如 REF _Re\h 图4- 5所示，在系统的生命周期中，系统工程的利益攸