当前位置:首页-文章-MBSE-正文

系统工程和MBSE概念定义和内容明晰

近几年,在国家产业创新升级的大背景下,和国内以航空航天先进军工为主的科研型单位的引领下,系统工程和MBSE在国内得到了长足的发展。随后,随着华为、核工业、兵器等行业集团的加入,尤其是汽车行业正在开展“智能+网联”汽车创新研制的刚性需求的增长,系统工程和MBSE大有爆发之势。如今,小编经常听到周围探讨各自的“系统工程”和“MBSE”,其中不乏概念的混淆甚至错误的论述。例如很多人误认为:

  • 系统工程=MBSE
  • MBSE=SysML建模
  • 系统工程就是SysML建模
  • MBSE就是需求工程和功能建模与分析
  • ……

本期小编就结合ISO15288、INCOSE SE HANDBOOK、INCOSE SystemsEngineering Vision 2020 (2007)、网络搜集的相关资料,和10年有余的行业工作经验,来简单介绍和明晰系统工程与MBSE的概念定义和主要内容。也欢迎有不同见解或独到见解的同仁在后台留言与小编交流心得。

1 系统工程

INCOSE SEHANDBOOK V4版本基本与ISO 15288 2015版本保持了内容的同步,此外INCOSE SEHANDBOOK V4包含了更多内容。

根据INCOSE SEHANDBOOK V4中的内容介绍,系统工程因不同视角和领域,定义稍有不同,但本质内涵是一致的。其中主流的“系统工程”概念定义如下:

  • 系统工程是一个视角、一个流程、一门专业。
  • 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。系统工程专注于:在开发周期的早期阶段定义客户需要与所要求的功能性,将需求文件化,然后再进行设计综合和系统确认,并同时考虑完整问题,即运行、成本、进度、性能、培训、支持、试验、制造和退出问题时,进行设计综合和系统确认。系统工程把所有学科和专业群体综合为一种团队的努力,形成从概念到生产再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。(INCOSE, 2004)
  • 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。(Eisner, 2008)
  • 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。(FAA, 2006)
  • 系统工程是应用系统的思维、原理和方法,解决复杂问题,保证把复杂的事情做对、做好、做快的一套方法论。系统工程的基础和核心思想是系统思维,即凡事皆系统。系统有层次性、涌现性和目的性,运用功能的观点和进化的观点从静态和动态两个方面全面认识系统。

“系统工程”的具体内容和流程活动覆盖整个“V”模型,根据INCOSE SE HANDBOOK V4版本的规定,系统工程涵盖如下图所示内容:

系统工程和MBSE概念定义和内容明晰 - 第1张

图1 系统工程内容组成

其中,蓝色内容是与ISO15288保持一致的,包括14子项的技术流程、技术管理流程、协议流程和项目使能流程。绿色是INCOSE SE HANDBOOK V4版本中的额外内容,包括系统工程裁剪流程和应用、跨领域/学科系统工程方法、专业工程活动。这些内容更好的描述了系统工程落地应用的介绍,尤其是系统工程裁剪流程相关的介绍。

划重点:

根据以上的系统工程概念介绍,我们可以明确系统工程是技术与管理都涉及的复杂工程方法(论),其覆盖了我们所熟悉的产品开发整个V模型,甚至可以认为产品开发的V模型及其配套的项目管理和项目支持活动就是系统工程的内容。

所以,开篇提到的把“系统工程”简单的认为是SysML建模,或者仅仅是技术开发流程都是片面的,也是不准确的。

系统工程和MBSE概念定义和内容明晰 - 第2张

图2 产品开发通用V模型

2 基于模型的系统工程

那基于模型的系统工程(MBSE)与系统工程又是什么关系呢?

从概念定义入手,通过查阅资料,选取的主流MBSE定义如下:

  • 支持以概念设计阶段开始并持续贯穿于开发和后期的生命周期阶段的系统需求、设计、分析、验证和确认活动的正规化建模应用。(INCOSE 系统工程愿景2020)
  • 基于模型的系统工程是一种形式化的建模方法学,是为了应对基于文档的传统系统工程工作模式在复杂产品和系统研发时所面临的挑战,以逻辑连贯一致的多视角通用系统模型为桥梁和框架,实现跨领域模型的可追踪、可验证和全生命周期内的动态联动,进而驱动贯穿于从概念方案、工程研制、使用维护到报废更新的人工系统全生命周期内的系统工程过程和活动。这些过程与活动包括技术过程、技术管理过程、协议过程和组织项目使能过程等,广泛存在于体系、系统及系统组件各个层级之内。除方法学本身外,广义MBSE还包括方法学所需的使能技术(如建模语言、工具软件)和人员能力,以及方法学的应用环境等所构成的体系。

划重点:

根据以上对MBSE的概念介绍,我们可以明确MBSE在技术流程、技术管理流程方面与系统工程基本一致,即覆盖了我们所熟悉的产品开发整个V模型。最大的不同之处是工作过程中体现成果的知识载体不同。一般我们说的系统工程都是基于文档来传递的,所以也叫基于文档的系统工程,而MBSE特别强调了“MB”,也就是基于模型。通过模型这种承载知识的方式,实现形式化的建模和分析,达到全流程的模型化应用。基于模型可以便捷的实现模型的传递和关系追溯,利于跨部门协作开发和设计成果的复用。构建设计产品的统一真相源数据库是基于模型追求的目标之一,可以为数字孪生应用、信息物理系统构建提供良好的基础支撑。

基于文档和基于模型的区别详见下图。

系统工程和MBSE概念定义和内容明晰 - 第3张

图3 基于文档和基于模型的区别

所以,开篇提到的把“系统工程”等价为MBSE,或者简单的认为MBSE就是SysML建模都是片面的,也是不准确的。

那为什么这么多人都认为MBSE就是SysML建模的等同概念呢?

其实这主要是以下几个方面的原因叠加造成的认知片面导致的。

  1. 系统建模工具厂商刻意宣传的效果,尤其是SysML工具的供应商基本宣传策略就是构建MBSE能力就是掌握SysML系统建模应用;
  2. 产品设计经历了逆向仿制到正向创新的发展过程,在正向创新的产品开发流程中亟需提高和完善的能力是需求工程和系统功能分析与分配。主要集中在V流程的左半边,越往上越欠缺。如图 4黄色虚线圈的位置。因为欠缺,所以更关注,也就造成了用MBSE“指代”需要提高能力的那部分内容;
  3. MBSE应用的最大优势之一是在设计的前期充分的开展需求分析和功能分析,通过架构权衡实现早期设计缺陷的识别,并及时修复。这是一种研发范式的转变,如图 5所示。通过这种新范式可减少后期缺陷的数量,降低修复缺陷的经济成本和时间成本。

一般,以上对应的MBSE内容我们姑且定义为狭义的MBSE,那么,狭义的MBSE包括需求捕获、需求撰写、需求分析、系统建模、功能和逻辑分析、系统仿真、需求验证、需求和模型管理等。如此,勉强可以认为(狭义的)MBSE就是SysML建模与分析。这也是目前大多数人对MBSE概念认知的范围。在此还是倡议沟通交流中能明确界定概念,避免造成MBSE概念和范围的混乱,甚至认知误区,这对于长远发展MBSE是不利的。

系统工程和MBSE概念定义和内容明晰 - 第4张

图 4 通常MBSE应用的关注点集中在V流程的左半边

系统工程和MBSE概念定义和内容明晰 - 第5张

图 5 基于模型的新研发范式

3 小结

本期明确给出了常见的系统工程和基于模型的系统工程概念定义和范围。指出了易混淆和认知误区的点。希望能对正在阅读的您有所帮助。

本文来源:Modelica,作者:Modelica。

相关文章

换一批