1.什么是MBSE（基于模型的系統(tǒng)工程）

系統(tǒng)工程（System Engineer）是為了很好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的目的，對系統(tǒng)的組成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息流、控制機(jī)構(gòu)等進(jìn)行分析研究的科學(xué)方法。它集成了所有學(xué)科和專業(yè)團(tuán)隊，形成結(jié)構(gòu)化的開發(fā)過程：從工程概念到產(chǎn)品到運(yùn)營，考慮所有客戶的業(yè)務(wù)和技術(shù)需求，提供一 個滿足用戶需求高質(zhì)量和安全的產(chǎn)品。?

系統(tǒng)工程側(cè)重于在開發(fā)早期定義客戶的需求和所需的功能，并記錄所有需求，然后進(jìn)行設(shè)計綜合和系統(tǒng)驗(yàn)證，是一個以客戶需求為導(dǎo)向的正向開發(fā)過程，以尋求系統(tǒng)很好解決方案。

而MBSE（Model Based System Engineer）將系統(tǒng)工程傳統(tǒng)的文本格式轉(zhuǎn)向了圖形化的系統(tǒng)建模語言，形成 “以模型為主，文檔為輔”的系統(tǒng)架構(gòu)方案。?

MBSE通過系統(tǒng)架構(gòu)方案的模型化，能實(shí)現(xiàn)與周邊人、機(jī)對接，從而完成需求高效準(zhǔn)確的傳遞。MBSE與傳統(tǒng)系統(tǒng)工程不同，它強(qiáng)調(diào)中央系統(tǒng)模型。該模型描述了捕捉的系統(tǒng)需求以及描述這些需求的設(shè)計決策。

2.傳統(tǒng)系統(tǒng)工程不足以應(yīng)對今天復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)系統(tǒng)工程活動中，不同利益相關(guān)方會使用一系列基于自然語言、以文本格式為主的文檔進(jìn)行知識傳遞。此時，系統(tǒng)架構(gòu)描述及研發(fā)過程由“一大包”文檔共同組成，把這些文檔“串起來”的是一系列的規(guī)范化術(shù)語及參數(shù)描述。各專業(yè)學(xué)科在進(jìn)行系統(tǒng)分析的過程中，需要先確認(rèn)術(shù)語，再使用參數(shù)，再將計算之后的相關(guān)參數(shù)寫入文檔，轉(zhuǎn)交給其它學(xué)科的相關(guān)人員查看。由于交流的信息在各個文檔之間“來回流動”，設(shè)計人員之間只能隔“墻”而聊。很顯然，在這個過程中，文檔管理機(jī)制，如版本管理、配置管理等非常重要。由于自然語言本身的存在歧義性，這種以文檔為中心的工作方式容易引起交流雙方的理解偏差。

如今產(chǎn)品的功能之多，結(jié)構(gòu)之復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，所涉及的學(xué)科和參與的人員越來越多，設(shè)計信息量爆炸式增長，使得要定位或者管理相關(guān)設(shè)計參數(shù)的狀態(tài)管理所需的工作量也在不斷增長，令人難以應(yīng)對。

此外，由于交流不完善引起的系統(tǒng)參數(shù)狀態(tài)不一致等問題也越來越突出，這導(dǎo)致了設(shè)計過程中信息不一致，為設(shè)計過程帶來嚴(yán)重的信息管理及版本管理問題。

3.達(dá)索MBSE解決方案隨著計算機(jī)及信息技術(shù)的發(fā)展，利用面向?qū)ο蟆D形化、可視化的系統(tǒng)建模語言描述系統(tǒng)越來越容易，相關(guān)工程模型在系統(tǒng)設(shè)計工作中比重越來越高，因此，基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）相關(guān)技術(shù)逐漸被更多行業(yè)接受及應(yīng)用。

達(dá)索MBSE解決方案以3DE平臺為基礎(chǔ)，串聯(lián)起MBSE全流程的工作。從系統(tǒng)之系統(tǒng)到設(shè)計仿真一體化協(xié)同，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模型和仿真結(jié)果能正向驅(qū)動產(chǎn)品設(shè)計，面對系統(tǒng)工程模型驅(qū)動的需求，達(dá)索在3DE平臺上，構(gòu)建起從需求管理、功能設(shè)計到邏輯設(shè)計再到物理設(shè)計的數(shù)據(jù)架構(gòu)，并基于RFLP數(shù)據(jù)框架統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，在深度上，保證了初步設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計階段，需求、系統(tǒng)定義和數(shù)字樣機(jī)之間的一致性；在廣度上，使系統(tǒng)架構(gòu)師和學(xué)科專家能夠預(yù)先定義和驗(yàn)證與需求匹配的系統(tǒng)。

最終在多層面的深度和多專業(yè)的廣度上，構(gòu)建完整全面的研發(fā)機(jī)制，連接各部門及上下游，推動實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的需求驅(qū)動以及早期驗(yàn)證。

平臺除3DE平臺外，達(dá)索還提供以MagicDraw為核心的CATIA Magic系統(tǒng)級建模工具，以及基于Modelica語言的模型仿真工具軟件Dymola等，形成了龐大且完善的達(dá)索系統(tǒng)-系統(tǒng)工程解決方案體系。

3.1 3DE需求工程產(chǎn)品被設(shè)計的目的即為滿足需求。著名學(xué)者 Crosby 對于質(zhì)量的定義也無非是“同需求保持一致”。達(dá)索定義的需求工程包含以下三方面：需求開發(fā)暨需求管理、端到端異構(gòu)數(shù)據(jù)追溯及需求仿真暨驗(yàn)證,可概括為下圖：

需求管理可以被定義為確認(rèn)證實(shí)：一、我們確知客戶的需求是什么（質(zhì)量）；二、滿足客戶需求的理想的解決辦法（一致性）的過程。需求管理是一種很高層次的系統(tǒng)行為，是開發(fā)工作有效進(jìn)行的保證。因此需求管理所用到的工具必須能夠處理和應(yīng)用于各種需求，應(yīng)當(dāng)有助于我們組織需求，開發(fā)支持工具以處理與需求相關(guān)信息，并使項目的不同部分得到關(guān)聯(lián)。

而需求追溯工作的開展，則有助于每條需求能實(shí)現(xiàn)從創(chuàng)建到驗(yàn)證的全生命管理，實(shí)現(xiàn)一條需求從捕捉到影響設(shè)計的閉環(huán)。好的需求追溯讓需求工程發(fā)揮更大的價值，實(shí)現(xiàn)需求可追溯的目標(biāo)同樣也需要好的工具。

達(dá)索通過3DE平臺TRM和TRY模塊，針對以上需求管理的工作流程和對工具的要求，始終致力于用簡單的工具將需求管理和追溯工作自動化，采用包括附有標(biāo)注說明的系統(tǒng)發(fā)布工具及關(guān)系數(shù)據(jù)庫等方法。

此外，通過復(fù)用需求管理所建立的需求模型，可以從平臺內(nèi)任何來源捕獲需求，并利用其強(qiáng)大的需求跟蹤與影響性分析能力，以及完善的自動化報告與文檔生成功能，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可追溯性，確保所有的需求在研制階段得到滿足和實(shí)現(xiàn)。

同時，需求驗(yàn)證也能在3DE平臺下展開，TRY和TRM模塊所配套的應(yīng)用能夠在架構(gòu)設(shè)計開始之前模擬需求，并檢測模糊，不正確，缺失或沖突的需求。并將這些需求具體化、詳細(xì)化以及合理化，使之成為可以知道設(shè)計的有利需求。綜合三方面功能，使客戶在需求工程部分實(shí)現(xiàn)：

• 通過控制需求管理過程來滿足標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)；

• 優(yōu)化產(chǎn)品開發(fā)流程——從需求定義直至產(chǎn)品最終驗(yàn)證；

• 支持層次迭代的系統(tǒng)工程流程，可在任何層次子系統(tǒng)以需求驅(qū)動設(shè)計；

• 能夠處理各種不同層次和類型的需求；

• 可以從任何來源捕獲需求，強(qiáng)大的需求跟蹤與影響性分析能力。

3.2?CATIA Magic基于MBSE的產(chǎn)品創(chuàng)新和正向開發(fā)工具

達(dá)索于2018年收購No Magic，并規(guī)劃至其CATIA品牌之下。該公司聚焦于基于模型的系統(tǒng)工程、軟件架構(gòu)建模和業(yè)務(wù)流程建模，核心產(chǎn)品是UML建模工具M(jìn)agicDraw。此次融合使面向“體驗(yàn)互聯(lián)網(wǎng)”開發(fā)的系統(tǒng)工程得到普及，進(jìn)一步加強(qiáng)了達(dá)索系統(tǒng)基于3DEXPERIENCE平臺的行業(yè)解決方案體驗(yàn)，即智能自動化體驗(yàn)，它能實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界中產(chǎn)品、自然和生活的數(shù)字化連接。

目前眾多各行業(yè)企業(yè)客戶和專業(yè)人士都依靠CATIA Magic的解決方案，包括其核心產(chǎn)品MagicDraw，用于業(yè)務(wù)流程、架構(gòu)、軟件和系統(tǒng)建模領(lǐng)域，并獲得團(tuán)隊支持和巨大成功。他們能獲得動態(tài)可視化信息，降低企業(yè)風(fēng)險，減少成本，避免采用多種技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜業(yè)務(wù)和IT系統(tǒng)所造成的運(yùn)營痛點(diǎn)。

在為CATIA Magic客戶提供連續(xù)性的同時，達(dá)索系統(tǒng)還將通過其3DEXPERIENCE平臺支持CATIA Magic的解決方案，補(bǔ)充并強(qiáng)化CATIA系統(tǒng)工程的應(yīng)用。這將提供“單一數(shù)據(jù)源”，讓企業(yè)中的任何用戶都能實(shí)施持續(xù)的3D數(shù)字化流程，應(yīng)對體驗(yàn)的生命周期中方方面面的問題，包括要求、系統(tǒng)架構(gòu)模型系統(tǒng)、系統(tǒng)和子系統(tǒng)架構(gòu)以及功能、概念、邏輯和物理3D建模仿真。在體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)的時代，CATIA Magic將為用戶帶來更好的解決方案，包括建模、仿真乃至可追溯性分析功能。3.3 Dymola 多學(xué)科系統(tǒng)仿真平臺

Dymola(Dynamic Modeling Lab 動態(tài)建模實(shí)驗(yàn)室), 是基于公開Modelica系統(tǒng)建模語言的集成建模和仿真環(huán)境，是用于模型創(chuàng)建、測試、仿真和后處理的完整環(huán)境。通過使用 Modelica 語言和高超的仿真技術(shù)，快速解決復(fù)雜的多專業(yè)系統(tǒng)建模和分析問題。

主要能力包括：

系統(tǒng)建模：多工程、跨學(xué)科、直觀建模、重用多層級

仿真分析：快速的動態(tài)計算速度、符號方程式處理、3D動畫

模型設(shè)計：參數(shù)掃描、模型校準(zhǔn)、設(shè)計優(yōu)化

特色一：基于Modelica語言

特色二：符號處理

• 模型簡化：在進(jìn)行數(shù)值計算之前自動減少方程組

特色三：高效的求解器

• 針對特定問題的多種可能性(剛性-非剛性，可變積分步驟)

• 并行計算:多核/線程計算的自動分區(qū)

特色四：模型資本化

• 模型可通過模型庫分享

• 完全面向?qū)ο蟮哪Ｐ?/p>

• 加密保護(hù)IP

• 庫鎖文件管理(管理自己的庫)

特色五：模型重用

• 模型可以快速地被更詳細(xì)的表示替換（多層級），保持模型架構(gòu)不變，只要具有相同的物理連接，新的子系統(tǒng)模型 就可以插入。子系統(tǒng)可以很容易地重用于不同的分析任務(wù)，例如，反轉(zhuǎn)物理模型以確定所需的控制輸入。

3.4 設(shè)計仿真一體化協(xié)同依靠達(dá)索3DEXPERIENCE獨(dú)特且出色的平臺架構(gòu)，以上工作不僅可以集成在達(dá)索統(tǒng)一體系中，還能將MBSE的成果繼續(xù)無阻礙地向下游傳遞，實(shí)現(xiàn)需求模型到仿真模型最終指導(dǎo)設(shè)計模型地正向傳遞，實(shí)現(xiàn)研發(fā)正向化、流程化和高度自動化，達(dá)成設(shè)計仿真一體化協(xié)同的目的，大幅度縮短前期研發(fā)設(shè)計階段周期，提高產(chǎn)品初期的完成度及質(zhì)量。

4.正向研發(fā)的必經(jīng)之路

MBSE技術(shù)是新一代的產(chǎn)品正向設(shè)計研發(fā)技術(shù)，在實(shí)施過程中會與傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程、工作方式方法有不一致的地方，但同時也是制造業(yè)從舊的逆向開發(fā)模式向獨(dú)立自主正向研發(fā)的必經(jīng)之路。在這條路上，達(dá)索系統(tǒng)以先進(jìn)技術(shù)優(yōu)勢保證了企業(yè)在革新之路上，順利渡過轉(zhuǎn)型的陣痛期，幫助企業(yè)真正實(shí)現(xiàn)需求驅(qū)動的正向研發(fā)流程，打通以模型為基礎(chǔ)的同一數(shù)據(jù)流的全生命周期傳遞，助力中國制造業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品的騰飛。