航天领域应用MBSE方法的思考和建议（下）
Modeler
编者注：基于模型的系统工程（MBSE）是从需求到产品架构的数字化架构设计技术流程和活动，包括相关过程、方法和工具的集合，为解决需求分析、功能分析和架构设计一致性问题提供了有效途径。中国航天科技集团有限公司开展了MBSE的学习、研究和探索实践，我们邀请技术专家撰写了MBSE系列文章，介绍实施方法、工具、国内外应用现状、工作难点和实施建议。本篇为下篇。
6 实施MBSE的建议
6.1 MBSE应用定位
MBSE是在传统研制模式的基础上，融入新的设计理念、方法和工具，通过模型的应用来解决当前型号研制中存在的问题和困难，是对传统系统工程方法和流程的再造与优化，而不是另起炉灶，重新开始。MBSE方法的工作重点是在复杂产品或系统设计的前期，包括在可行性论证、方案设计等方面提升系统设计的能力，优化产品的性能与质量。应用MBSE方法的核心是在产品架构或逻辑层面进行设计和验证，不能期望或要求MBSE方法解决各专业产生的所有问题。
根据国内航空航天企业MBSE方法的应用实践效果，以及对MBSE方法的研究和理解，我们认为，近几年MBSE方法在航天型号的数字化研发过程中的应用定位，大体可聚焦如下图中黄色部分所示。
产品生命周期中MBSE方法应用的主要阶段
在较长的时间段（5～10年左右）内，航天领域的MBSE应用实施工作主要覆盖工程立项之前的概念研究和可行性论证与评估活动，以及工程立项之后的方案设计阶段的早期。这一时期的主要活动围绕系统架构设计展开，其成果是采用通用系统建模语言构造的系统架构模型，指导和牵引产品生命周期后续各阶段的工程研制和运维等工作。
6.2 MBSE实施评估
这两年制造业领域谈论MBSE 的比较多，不仅有搞系统工程领域的专家学者在宣讲介绍，单位的领导也在谈，设计师和信息化人员也谈，用户也关注，包括信息化数字化领域的厂商也在积极地推介。但作为具体的产品研制单位，在决定实施MBSE之前，首先应该搞清楚如下几个问题：
1） 本单位在产品研制中的角色作用是什么
确定本单位在产品研制中承担的任务是总体研制？分系统研制？还是单机研制？因为MBSE方法在复杂产品的研制体系中，对不同层级或阶段的工作，其能够发挥的作用和贡献度是不同的，可在此基础上评估实施MBSE方法所能产生的收益大小，也就是实施MBSE方法的性价比。
2） 实施MBSE的目标是什么
应该明确本单位实施MBSE方法的目标。比如通过实施应用MBSE方法，提升产品的研制质量，提高产品的研制效率，支持产品研发设计的创新，在总体上控制产品研制的成本，等等。对这些目标尽可能制订一些具体的、量化的指标，用来指导和牵引MBSE的实施应用，同时也有利于考核管理。
3） 实施MBSE的措施
首先是采用什么技术路径？目前支持MBSE的方法论和工具有多种选择，有些还形成了相应的生态环境，实施单位要进行研究和选择。同样，背景型号如何选择？实施团队如何组建？投入的人力物力如何确定等，都是在启动实施MBSE之前需要研究确定的。
虽然这两年MBSE有了一定的舆论热度，一些企业也开始试用，但对具体实施MBSE的单位而言，切忌跟风，更不能以摸着石头过河的态度来应对，而是要想明白上面几个问题。下面再简单地给出一些参考建议。
6.3 MBSE实施主要工作
1） 理念灌输和能力培训
新理念的灌输和新方法、新语言、新工具的培训是必不可少的。可以在包括型号两总的设计师系统中逐级逐步开展MBSE概念、方法、语言、工具的培训。有些单位采用一刀切式的集中培训方式，但更推荐结合型号研制工作的具体情况，采用分期分批、逐层逐级、长期迭代地针对不同人员开展各有侧重的培训。
2） 团队组织
建立MBSE实施应用团队，须以型号研制人员（两总、设计师系统）作为MBSE实施团队的牵引者和核心力量，信息化人员作为IT方面的支持者，做好IT保障工作，确保团队所用的工具、平台稳定运行。
在MBSE工程推进的早期阶段，可以聘请在MBSE实操方面有经验的第三方团队（外部咨询团队）辅助单位的实施团队开展工作。外部咨询团队与实施团队可及时开展交流，并结合实际工作对实施团队做进一步的实操培训。在MBSE工程推进的中后期，型号团队成员逐渐掌握并可熟练运用MBSE方法、语言和工具之后，外部咨询团队可逐渐撤出具体的工作，最终由单位实施团队独立采用MBSE方法开展型号的研制工作。
MBSE的团队组织的稳定性必须得到保障。一个稳定的团队，有助于知识的持续传承，有利于MBSE探索工作持续开展。
3） 与型号研制工作的关系
实施MBSE方法，不仅仅是技术模式上的变化，同时也会导致业务流程和协作模式方面的一些变化。不能因为推行MBSE方法而过度影响现有型号的研制活动。建议采用旁观辅助→融合参与→渐次替代的策略，使用步步为营、增量迭代的方式，使得MBSE理念逐步被用户接受，MBSE语言和工具逐步被用户掌握和熟悉，MBSE方法逐步融入到型号研制工作中，逐步形成以MBSE方法为基础的全新一代的型号研制模式。
4） 方法和工具的选择
同一型号、同一领域内应采用相同的MBSE方法、语言和工具，以避免因方法、语言和工具的差异而导致活动脱节和信息交换差错等情况的出现。在选择 MBSE 实施方法、语言和工具时应优先考虑可借鉴性，不建议选用小众化的 MBSE 方法、语言和工具。
方法和工具的选择宜在试点阶段开展工作，比较各种方法和工具的优劣和适用性，同时必须要满足总体单位与专业配套单位上下游协同工作的需要，最终选定一种方法和一族工具。亦可组织专人团队，采用若干种方法和工具分别对同一种产品开展模拟系统设计工作，评价各方法和工具的优劣，最终选定一种方法及其适用的工具和平台。
5） 标准规范制定
由总体单位牵头，配套单位协助，结合产品研制领域的特点，研究探索与之匹配的MBSE工作模式的标准与规范。对系统工程各阶段建模内容、建模颗粒度、产出形式等基本问题进行标准化定义，形成适合相关单位研制现状、匹配单位特色文化与习惯的MBSE标准规范体系。
6） 准备工作
MBSE是系统工程应用实践方法的一次重要革新，它需要在理念、政策、环境等方面做好充分准备。
从提供学习培训机会、物质奖励、上升通道等多方因素考虑，制定必要的激励机制，激发相关人员参与MBSE实施应用工作的积极性，多方面营造推动MBSE工作的氛围，一般可从物质奖励和上升通道两方面着手。
7） 环境构建
工作环境的准备非常必要，好的协同工作环境有助于MBSE团队成员即时交流，开展头脑风暴，有利于促进MBSE方法的快速迭代和进步。由总体单位牵头，配套专业所协助，组织设计师团队和IT团队协同完成面向具体型号产品的MBSE实施工程环境的构建和标准规范的制定。
早在1990年代，美国NASA的JPL和欧空局ESA的Estec就在面向航天产品研发的可行性评估与方案论证中，分别构建了并行工程环境PDC和CDF，形成了快捷成熟的并行协同研发模式，积累了丰富的专业学科设计模板库，编制了相关的并行协同研发标准规范，在欧美航天任务的研发中发挥了“快、好、省”的作用。近几年欧美航天机构及日本航天署在应用MBSE方法时，广泛地借鉴或直接借用了之前构建的并行工程环境和协同工作模式，对MBSE的实施起到了事半功倍的作用。国内企业在实施应用MBSE时，不妨对欧美航天机构的并行工程环境模式和实施MBSE的方法进行研究和借鉴。
在MBSE实施应用的后续阶段，需要对现有的设计仿真信息系统（如PDM、SDM等）进行相应的完善改造，以管理和支撑系统架构模型与详细设计模型之间的关联关系，由此也牵引出了MBSE工具/平台与现有的信息系统之间的集成需求，需要对集成方式、接口、规范等做进一步的论证研究。
8） 试点型号选取原则
由总体单位牵头分别选择试点型号。试点型号选择可采用两种办法：①已经进入稳定研制阶段的型号，应用MBSE方法对已有成果重新建模，一是用新的方法验证已有成果的完备性，二是用已有成果佐证MBSE方法的可行性，三是为MBSE的推广应用积累知识成果。②刚开始研发尚未进入繁忙阶段的型号，可以选择某些分系统或复杂单机采用MBSE方法，梳理提炼MBSE正向研发流程、积累知识成果。
试点时应明确规定有限度的、努力即可达到的目标，切勿好高骛远。过高的目标会导致难以达成，进而挫伤团队的积极性。适当的目标应该是经过一定的努力即可达到的。确定适当的目标有助于保护团队成员的积极性，起到鼓励前进的作用。
6.4 推进步骤
本文建议分四个阶段推进MBSE实施应用工程。
第一阶段：理念灌输。本阶段目标是统一认识，初具能力。工作内容以理念灌输和技能培训为主，重点培训试点型号和产品的骨干设计师，对其他设计师做大范围基础培训。这一阶段将面临应用战略、管理层认可和支持，意识和变革阻力的挑战与反弹，是考验顶层领导力的关键阶段。
第二阶段：型号试点。本阶段目标是建立感性认识，梳理基于MBSE的业务模式。初步确定试点型号，确定业务组织模式，初步形成MBSE相关标准规范的草案。开展通用系统模型库的建设工作，开展可复用的系统模型构建研究工作，开展基于系统模型组织产品研发的研究工作。
第三阶段：巩固总结。本阶段目标是固化团队，固化和稳定方法流程。本阶段应以科学和实事求是的态度对试点阶段的工作进行分析总结，既要总结经验和提炼成果，也不回避问题和教训。要持续地宣贯MBSE从系统层面带来的益处，推介标杆案例，为全面推行打基础，做准备。
第四阶段：全面推行。本阶段目标是在全领域、全型号普及应用MBSE，将MBSE应用常态化。这是长期的持续性工作，无法一蹴而就。不同层级人员的持续培训、方法的总结与优化、知识库的扩充与完善、标准的修改与补充等，所有这些工作伴随着MBSE在型号研制中的持续扩大应用，将会长期地、常态化地持续开展。
前三个阶段将是漫长和艰苦的过程。近期我们与航空、航天等单位致力于研究和推动MBSE工作的专家交流，不约而同地得出一个共识，都认为上述前三个阶段可能会长达10年之久，期间一定会出现很多预想不到的困难。在实施过程中应不断总结经验教训，并适时地修正阶段目标和规划策略。
7 结束语
MBSE方法的实施和应用本身就是一项繁杂的系统工程，切忌形式主义和过度炒作，必须结合实际，脚踏实地，稳步推进。
对于国内的复杂装备研制企业来说，MBSE是新生事物，不同于以往的CAD、CAE等软件平台或工具所展示的技术与方法，对各级科研生产团队是很大的挑战。但是，MBSE方法代表了未来系统工程方法论发展的一个重要的方向，应该以积极的态度、科学的精神，看待、组织、推动和落实MBSE的实施。只有将MBSE过程活动融入到产品型号的研制过程中，才能真正发挥MBSE的作用，获得MBSE应用的成效，最终助推复杂装备产品研制任务实现“高质量、高效率、高效益”的发展目标。
