基於模型的系統工程是建模方法的形式化套用。
基本介紹
- 中文名：基於模型的系統工程
- 外文名：MBSE
國外把基於模型的系統工程（Model-Based Systems Engineering，MBSE）視為系統工程的“革命”、“系統工程的未來”、“系統工程的轉型”等。國內中航工業集團也開展了相關研究和套用。本文首先對“系統工程是組織管理的技術”這一定義進行分析，從根子上探究系統工程的本質是什麼，進而從系統建模的角度認識系統工程與系統建模技術的關係，從系統建模技術的顛覆性發展來對比MBSE和傳統系統工程，分析MBSE的基本原理，闡明其優勢。
系統工程包括技術過程和管理過程兩個層面，技術過程遵循分解－集成的系統論思路和漸進有序的開發步驟，即V型圖所示。管理過程包括技術管理過程和項目管理過程。工程系統的研製，實質是建立工程系統模型的過程，在技術過程層面主要是系統模型的構建、分析、最佳化、驗證工作，在管理過程層面，包括對系統建模工作的計畫、組織、領導、控制。因此，系統工程這種“組織管理的技術”，實質上應該包括系統建模技術和建模工作的組織管理技術兩個層面，其中系統建模技術包括建模語言、建模思路和建模工具。傳統系統工程（Traditional Systems Engineering，TSE，也是Text-Based Systems Engineering的簡稱）自產生以來，系統建模技術中的建模語言變化較小。基於模型的系統工程在建模語言、建模思路、建模工具上有重大轉變，相對傳統系統工程有諸多不可替代的優勢，是系統工程的顛覆性技術。
隨著人們所研製的工程系統越來越複雜，傳統系統工程（Traditional Systems Engineering，TSE）越來越難以應對，與此同時，以模型化為代表的信息技術也在快速發展，因此在需求牽引和技術推動下，基於模型的系統工程（Model-Based Systems Engineering，MBSE）應運而生了。
傳統系統工程中，系統工程活動的產出是一系列基於自然語言的文檔，比如用戶的需求、設計方案。這個文檔又是“文本格式的”，所以也可以說傳統的系統工程是“基於文本的系統工程”（Text-Based Systems Engineering，TSE）。在這種模式下，要把散落在各個論證報告、設計報告、分析報告、試驗報告中的工程系統的信息集成關聯在一起，費時費力且容易出錯。
2007年，國際系統工程學會（INCOSE）在《系統工程2020年願景》中，正式提出了MBSE的定義：MBSE以使建模方法支持系統要求、設計、分析、驗證和確認等活動，這些活動從概念性設計階段開始，持續貫穿到設計開發以及後來的所有壽命周期階段。
在具體實現上，INCOSE聯合對象管理組織（OMG）在統一建模語言（Unified Modeling Language，UML）的基礎上，開發出了適宜於描述工程系統的系統建模語言的（System Modeling Language，SysML），軟體提供商也開發了相應的支持SysML的工具，並且把SysML的建模工具和已有的專業分析軟體如FEA、CAD等進行了集成，提出了MBSE的整體解決方案，具備了實際開發工程系統的基礎。NASA、波音、洛馬也積極採用MBSE開發各類工程系統，取得了很好的效果。
建模工具是工程實踐中重要的工具。馬克思說，“最蹩腳的建築師從一開始就比最靈巧的蜜蜂高明的地方，是他在用蜂蠟建築蜂房以前，已經在自己的頭腦中把它建成了”。工程系統的研製過程，實際上是建立工程系統模型的過程，也是一個藉助模型來實現技術溝通的過程。工程研製中建立並使用工程系統模型，需要合適的建模語言、建模工具和建模思路，因此，系統工程工具、建模工具，是系統工程的重要組成部分。
建模仿真工具的發展進步推動了系統工程的發展，使其從“基於文本”向“基於模型”發展。MBSE的提出，實質是基於自然語言的系統工程轉到模型化的系統工程，把人們對工程系統的全部認識、設計、試驗、仿真、評估、判據等全部以模型的形式進行保存和利用。
1、MBSE促進工程系統和系統工程從伴生到融合
MBSE下系統模型成為各專業學科模型的集線器。各專業學科的模型已經被大量套用於工程設計的各個方面，但模型缺乏統一的編碼，也無法共享，建模工作仍處於“煙囪式”的信息傳遞模式，形成了一個個的“模型孤島”，沒有與系統工程工作流良好結合。在MBSE下，系統模型成了各學科模型的“集線器”，各方人員圍繞系統模型開展需求分析、系統設計、仿真等工作，便於工程團隊的協同工作。這就使整個設計團隊可以更好地利用各專業學科在模型、軟體工具上的先進成果。
2、MBSE推動系統工程的智慧型化發展
MBSE出現後，系統工程的本質沒有變，只是運行的形態發生了變化。MBSE下，工程研製工作由過去的“80%勞動、20%創造”轉變為“20%勞動、80%創造”。如同能戰勝人類圍棋高手的AlphaGo軟體，其實質是讓機器模仿人，發揮機器海量存儲、高速計算、不知疲勞的優點，代替人從事繁重、繁雜、重複性的腦力勞動，實現人與計算機的更最佳化的分工，從而推動系統工程向智慧型化發展。
