基於模型的系統工程

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。

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們