基于模型的系统工程在产品研发中的应用研究 孙憬 南京中车浦镇海泰制动设备有限公司 江苏省南京市 210000 摘要：本文在介绍了基于模型的系统工程方法，包括其建模语言、建模方法和建模工具，并基于该方法，结合 Capella工具，开展机载娱乐系统的设计，通过操作性分析建模、系统分析建模、逻辑架构建模、物理架构建模 4步实现了产品的研发，加快了系统设计的进度，提升了复杂产品的正向研发能力和灵活管控能力。 关键词：产品研发、模型、系统工程、系统建模 1 引言
传统的系统工程信息的传递是完全基于文件。这种信息传递方法的缺陷是文件相互之间的依赖性是隐形的，而且使工程人员只看到结构看不到行为。因为文件传递的是静态信息，缺乏整体。而模型传递的是动态信息，包括了需求、结构、行为和参数，可以使整个组织包含的各个专业、各技术领域的对象更容易理解系统。以前的机械设计都是二维设计，后来到三维设计，现在既能三维设计，又能三维标注尺寸，还可以用于三维加工仿真。基于模型，在整个过程中，任何时候工艺对设计提出更改，加工对工艺提出更改，大家传递和使用的还是同一种模型，不会产生歧义。任何时候发生变化，就去修改模型，不管在哪个点上修改，都能实现全程传递。
而基于模型的系统工程方法论（Model Based Systems Engineering，简称MBSE）包括需求分析、系统功能分析和设计综合等核心技术环节，在MBSE方法论应用于广义系统工程技术流程的利益攸关者需求定义、需求分析和架构设计阶段，通过系统需求、功能、架构模型的定义，可实现系统需求、功能项架构的分解、分配，并通过模型执行实现系统需求及功能逻辑的验证和确认。在实际产品研发过程中将应用多V模型，在研发的同一层级以需求、功能、架构及逻辑设计的V&V为核心开展MBSE迭代，在研发的不同层级之间开展MBSE递归。
2.基于模型的系统工程
国际系统工程学会（INCOSE）对基于模型的系统工程（MBSE）这样定义：基于模型的系统工程是对系统工程活动中建模方法应用的正式认同，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续的所有的寿命周期阶段。
从MBSE的定义可以看出，MBSE强调了建模方法的应用问题。我们知道，模型就是针对建模对象（研究对象）中建模者感兴趣的某些方面特征的近似表征，建模就是运用某种建
奇人趣事系谱模语言和建模工具来建立模型的过程，仿真是对模型的实施与执行。模型是我们思考问题的基本方法，是设计工作的思维基础。实际上，各专业学科及系统工程一直在使用建模与仿真方法，MBSE并不是对建模方法的首次采用，也就是说，MBSE与传统系统工程的区别并不在是否采用建模方法。
在MBSE方法中，用系统建模语言来描述系统架构模型，作为系统开发全过程中首要的工件，并且对它进行管理、控制，并和系统技术基线的其它部分进行集成。用面向对象的、图形化、可视化的系统建模语言描述系统的底层元素，进而逐层向上组成集成化、具体化、可视化的系统架构模型，增加了对系统描述的全面性、准确性和一致性。借助相关的软件环境及模型和数据交换标准，可以对系统架构模型进行存取操作：系统架构模型存储在一个共同的数据库中，相关参数之间是自动关联的；可以生成系统的多个视图，比如任务剖面、结构图、电气图等，因此，各个学科的专业工程师、各种角，都可以基于这个系统架构模型来工作，从共同的数据库中取数，并用本学科的模型及软件工具来进行分析。
要实现基于模型的系统工程（MBSE）必须有相应的建模语言、建模方法来进行系统建模
和系统设计，并有相应的工具进行建模活动和管理活动，这样才可以让基于模型的系统工程不仅停留在理论上，在实践中也可以直接让系统工程师来进行工作。
2.1 质量对企业的重要性建模语言
UML语言创建于1997年，又称统一建模语言（Unified Modeling Language），是一种为面向对象系统的产品进行说明、可视化和编制文档的一种标准语言。UML使用面向对象设计的的建模工具，独立于任何具体程序设计语言，UML为软件系统建立可视化模型，为软件系统建立构件以及文档。
为了满足系统工程的实际需要，国际系统工程学会（INCOSE）和对象管理组织（OMG）决定在对UML的子集进行重用和扩展的基础上，提出一种新的SysML系统建模语言（Systems Modeling Language），作为系统工程的标准建模语言。和UML用来统一软件工程中使用的建模语言一样，SysML的目的是统一系统工程的标准建模语言。SysML语言2006年被采纳，2012年发布规范。SysML是一种通用的图形化建模语言，用于描述、分析、设计和验证那些包含了硬件、软件、设备、人员、信息的复杂系统。
Arcadia DSML（Domain Specific Modeling Language）语言是在SysML语言基础上，或者说基于DSML语言的Arcadia方法论将语言、方法、工具融为一体，这样，图形化的建模语言和方法不仅面对的是建模的专家，同时也为普通用户对于这一语言和方法的使用打下了基础。
2.2 建模方法
Arcadia系统工程方法主要关注功能分析、综合架构定义以及早期验证，Thales公司已经将Arcadia方法广泛应用于航天、航空、轨道交通等多个领域，主要包括操作性分析建模、系统需要分析建模、逻辑架构建模和物理架构建模4个过程。
1.操作性分析（Operational Analysis）
定义了用户需要和环境，从相关方捕获和巩固操作性需要，它定义了系统的用户要实现什么，并确定了实体、参与者、活动、概念等。操作性分析的重点放在系统以某种方式贡献在操作的需要上。所以，在这个阶段还没有引出系统的精确范围或内容。这个阶段的流程和图形主要包括：
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代表开发目标的操作能力。
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代表实现目标而执行活动的高层级预期活动。
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代表实现目标而执行活动的详细业务活动和实体。寂寞人
锂合金2.系统需要分析（System Need Analysis）
要形成系统需求，确定系统的边界，定于系统要为用户实现什么，包括功能数据流和动态行为建模。系统需要分析的重点放在我们要研究和开发的系统本身。这个阶段的流程和图形主要包括：
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代表系统能力的所有任务和能力。
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列出所有与系统活动有关的系统参与者。
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首次提供参与者活动以及与系统进行何种交流的顶层功能概览和顶层系统概览。
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以能力作为驱动功能链和场景，以更好地了解如何实现能力。
3.逻辑架构（Logical Architecture）
的目的是开发系统逻辑架构，将系统看作白盒来定义系统如何工作以便满足期望，并为了多方案执行首个权衡分析。逻辑架构分析的重点放在系统的中间设计上。这个阶段的流程和图形主要包括：
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