基于模型的系统工程（MBSE）及MWORKS实践 课件 9 MBSE教材讲义 第九章 可复用模型管理与协同

立足航天、面向工业、服务行业基于模型的系统工程及MWORKS实践聂兰顺教授2024年11月08日立足航天、面向工业、服务行业可复用模型管理与协同聂兰顺教授2024年11月08日概述系统工程和MBSE方法论服务于复杂系统的研制与运营，其实践必须与实际业务结合；领域化是MBSE发展的关键方向，方法、模型和工具是其三大支柱，其中模型发挥着知识积累和复用的关键作用。通过固化已有的研制经验，形成适配复杂系统结构和团队分工的模型库，可以在新装备研制中，特别是设计早期，快速支持系统论证、设计和仿真评估。模型作为MBSE落地的核心输出，成为多专业团队协同的核心数据源；在数字化研制中，需要建立基于模型的协同机制，实现统一的模型库架构，确保自顶向下的需求传递和自底向上的模型提交，形成贯穿整体研制过程的数字化模型管理流程，满足完整的MBSE交付要求。模型库架构设计系统分解与模型构建流程自顶向下系统分解首先分析仿真验证目标，将目标系统分解为若干分系统，然后将每个分系统分解为若干功能模块，得到需要建立的所有功能模块列表。模型库架构设计对所有的功能模块进行归纳概括和结构组织，进行模型库的架构设计。模型自底向上构建依据设计的模型库架构，针对其中的每个功能模块逐一建模，然后调用功能模块模型构建分系统模型，再调用分系统模型构建系统模型，最后进行系统仿真应用。模型验证在模型自底向上的构建过程中，须在每个层次分别对功能模块模型、分系统模型和系统模型进行验证。模型库架构设计模型库架构设计模型库架构设计要求模型库架构设计应满足以下要求各类型模型保持一致的基础架构，具备与复杂系统相匹配的架构组成，包括覆盖动力、探测、导航、控制、通信、能源等多专业的设计与仿真模型。各类型模型保持相互兼容的接口形式，相同对象的不同模型具备同样的接口配置，保证其接口类型、参数与实物系统相匹配，满足多模块集成关联的要求，同时满足各阶段集成与验证的需求。提供丰富的外部接口，支持通过集成其他平台模型的方式扩展模型库。建模任务与团队分工相匹配，由模型库管理人员对模型库的访问、编辑权限进行统一管理和分配。模型提交更改时，应同步提供修改信息，包含修改人员、修改时间及相对于上一版本的修改内容。结合模型库管理功能，保存历史模型库版本，保证模型库版本可回溯。模型评估评价要求描述合规性该模型正确且完全符合建模规范要求，与建模规范相比，不存在错误和/或遗漏，采用标准建模语言、具有标准接口准确性模型完整描述了RFLP（需求-功能-逻辑-物理，Requirement-Function-Logical-Physical）

完整过程，覆盖了需求、功能、架构、机理

等多种模型要素，对接口、参数的定义满足建模标准，能够体现物理特性，与实测数据相比，具有充分的准确性完整性模型的成熟度适合当前的系统生命周期阶段，模型的内容将完成模型的预期用途和被建模系统的预期用途，系统模型完整覆盖了系统需求、系统功能、系统架构与系统机理

可重用性模型开发使用从以前的模型重用的模型元素，即应用过程中，具有完善、便捷的模型积累方式，具有架构、参数以及完整结构的复用能力，适合系统平台化、谱系化的研发模式需求覆盖性系统功能、架构设计是否完成覆盖了系统需求，是否能够满足系统任务的量化指标和需求参数，能够统计需求覆盖性指标，以需求覆盖性矩阵的形式进行展示可追溯性任务场景、需求条目、技术指标、功能活动、架构组成、设计参数、仿真数据、评价指标之间，是否具有完整、清晰的传递关系，设计要素是否能够实现清晰的追溯，能够统计设计参数的追溯性数，以参数关联关系的形式进行展示接口匹配性是否对通用接口进行准确、清晰的抽象，组成结构之间的接口连接关系是否匹配正确，架构接口与功能接口是否一致，是否满足信息流、控制流、能量流的传递关系模型评估要求模型评估模型校核、验证与确认模型库的可信度是复杂系统仿真验证的基线，缺乏可信度的模型无法实际应用。模型评估通过校核、验证与确认（VV&A）过程，量化可信度并判断模型库质量，为设计和仿真模型的选择和修正提供依据；模型评估的范围包括系统设计与仿真模型，从层级上看，需要考虑系统、分系统、功能模块等不同层级的具体业务特点，以及层级间的调用和传递关系；仿真模型方面，可以分解为校核、验证和确认三部分。模型管理在复杂系统研发的长周期、跨地域协作过程中，分系统、功能模块设计部门需要向系统总体设计部门提交多版本模型。面向多个专业团队的协同建模与集成仿真应用，需要建立多层级间的模型流转机制，以保证数字化交付模型的规范性、兼容性。面向任务论证、方案设计、详细设计、试验验证等多个阶段，需要建立跨层级、多阶段间的模型流转和持续验证机制，以保证多颗粒度模型之间的一致性和准确性，系统模型管理功能逻辑。模型管理基于统一架构的跨层级流转基于系统建模语言，通过面向对象扩展、多源异构模型接口，形成统一架构模型，具备可扩展、可组构、可伸缩等特点，支持功能与性能模型集成，并按生命周期和版本拆分为独立业务组件，支持插件式组装与扩展。基于统一架构的多流程模型流转复杂系统研制包括任务定义、需求分析、架构定义等6个流程，流程间模型扩展与迭代，支持全生命周期验证。系统模型包括需求、几何、功能、性能等，基于面向对象机制实现架构到功能/性能模型的衍化与适配。面向多团队协同的数字模型交付MBSE已广泛应用，解决了多专业建模与多场景应用问题，现致力于全系统多团队协同实践。基于国际标准，构建面向复杂系统研制的大规模协同流程，明确需求到模型开发、封装、评价、入库、应用的全流程指南。本章小结本章面向MBSE在复杂系统研制过程对模型库的基础资源需求，介绍