基于模型的系统工程（MBSE）及MWORKS实践 -课程大纲

《基于模型的系统工程（MBSE）及MWORKS实践》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：课程名称：基于模型的系统工程（MBSE）及MWORKS实践英文名称：Model-BasedSystemEngineeringandPracticewithMWORKS理论课学时：32理论课学分：2其中：课堂学时：32开课单位：计算学部授课对象：软件工程专业、物联网工程、系统工程专业高年级本科生及研究生。开课学期：3秋先修课程：二、课程目标《基于模型的系统工程（MBSE）及MWORKS实践》是软件工程、物联网工程、系统工程专业的方向选修课程，目的是使学生理解并掌握基于模型的系统工程（MBSE）这一复杂系统数字化研发的基本方法和主流方法，了解并掌握MBSE的建模语言、建模工具和典型方法，掌握MWORKS.Sysbuilder软件的功能和使用，理解设计仿真一体化的MBSE方法论，掌握使命任务定义与需求分析、系统架构与可行性论证、运行方案仿真与综合评估方法，通过实验等环节培养学生对MBSE方法的理解和运用，为学生从事工业软件设计与研发、数字化系统研发等奠定坚实基础。课程具体目标如下：理论课程目标T：T1：理解基于模型的系统工程方法思想及过程。T2：掌握使命任务定义与需求分析、系统架构与可行性论证、运行方案仿真与综合评估方法。T3：掌握MWORKS.Sysbuilder软件的功能和使用。素质目标A：A1:具备良好的工程数字化思维，能将所学的MBSE方法、工具及设计仿真能力较好的融入到工程实践中，实现技术理论创新和工程实践落地的深度结合。A2:具备良好的表达与沟通能力，能够用模型准确表达设计，并与用户、团队开展有效的沟通。三、课程目标与毕业要求对应关系毕业要求毕业要求具体描述课程目标工程知识能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。T使用现代工具能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。T沟通能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。T&A四、课程教学内容《基于模型的系统工程（MBSE）及MWORKS实践》课程内容序号教学内容教学要求学时教学方式对应课程目标0课程概述理解本课程的目的、意义、课程安排、课程要求0.5课堂讲授课程目标T&A1一、引论1.复杂系统发展趋势2.系统工程与基于模型的系统工程3.MBSE概念与内涵4.MBSE典型应用场景5.MBSE国内外实践情况1.理解并掌握复杂系统的特点、研制挑战和研制模式及其发展趋势2.理解系统工程的概念3.理解基于模型的系统工程（MBSE）概念、内涵、特点4.了解MBSE的典型应用场景，了解MBSE在国内外的典型实践情况1.5课堂讲授课程目标T2二、MBSE语言、工具、方法论1.MBSE建模语言概述2.MBSE建模工具概述3.MBSE典型方法概述4.MBSE应用实践的关键问题1.了解和初步掌握SysML、Modelica建模语言2.理解MBSE建模工具的分类、作用3.了解MBSE的典型方法4.理解MBSE在应用实践中面临的主要问题和挑战2课堂讲授与研讨相结合课程目标T&A3三、MWorks.Sysbuilder系统设计建模功能1.概述2.创建工程3.模型组织结构管理4.模型导入导出5.需求定义6.系统功能分析7.系统组成设计8.设计验证9.分析评估10.权衡架构11.链接Modelica模型12.生成Modelica仿真模型13.报告生成1.理解并掌握Sysbuilder软件的总体设计2.熟悉并掌握Sysbuilder软件的功能和使用；4课堂讲授与上机操作相结合课程目标T&A4四、设计仿真一体化的MBSE方法论1.设计仿真一体化的MBSE技术架构2.新一代MBSE技术特点3.三阶段六过程的MBSE方法流程4.系统多领域模型体系5.设计仿真一体化MBSE平台工具6.MBSE协同论证标准规范1.理解并掌握MBSE的要素和技术体系框架。2.理解MBSE的四个“统一”及其作用3.理解并初步掌握三阶段六过程的MBSE方法、流程、任务4.理解系统多领域模型体系5.理解设计仿真一体化MBSE平台的工具构成、作用及协同关系6.理解并掌握MBSE的标准规范分类及其作用4课堂讲授与研讨相结合课程目标T&A5五、使命任务定义与需求分析1.使命任务定义1.1使命任务定义过程1.2利益相关方期望识别1.3任务场景设计1.4利益相关方需求识别2.系统需求分析2.1系统需求分析流程2.2功能需求分析2.3需求分解与分配2.4资源约束分析1.理解并掌握使命任务定义与需求分析阶段的MBSE活动2.理解并掌握使命任务定义与需求分析阶段每个活动的输入输出3.理解并掌握使命任务定义与需求分析阶段每个活动的分析、设计方法及工具5课堂讲授与上机操作相结合课程目标T&A6六、系统架构定义与可行性论证1.系统架构设计1.1系统架构设计流程1.2功能设计1.3结构建模1.4接口设计2.分系统方案设计2.1分系统方案设计流程2.2分系统专项设计2.3分系统方案计算评估3.可行性验证3.1可行性验证流程3.2需求追溯与覆盖分析3.3约束模型校核验证1.理解并掌握系统架构定义与可行性验证阶段的MBSE活动2.理解并掌握系统架构定义与可行性验证阶段每个活动的输入输出3.理解并掌握系统架构定义与可行性验证阶段每个活动的分析、设计方法及工具5课堂讲授与上机操作相结合课程目标T&A7七、运行方案仿真与综合评估1.运行方案仿真1.1运行方案仿真流程1.2系统仿真建模1.3行为图模型与系统物理模型相结合的仿真验证2.系统综合评估2.1系统综合评估流程2.2系统指标分析评估2.3多方案权衡1.理解并掌握运行方案仿真与综合评估阶段的MBSE活动2.理解并掌握运行方案仿真与综合评估阶段每个活动的输入输出3.理解并掌握运行方案仿真与综合评估阶段每个活动的仿真、评估、验证方法及工具。5课堂讲授与上机操作相结合课程目标T&A8八、应用案例1.使命任务定义与需求分析2.概念架构定义与可行性论证3.运行方案仿真与综合评估1.结合案例，加深对三阶段六过程MBSE方法及其运用的理解和掌握2课堂讲授与研讨相结合课程目标T&A9九、可复用模型管理与协同1.模型库架构设计2.系统模型评估3.系统模型管理4.面向多团队协同的数字模型交付1.理解模型库的架构设计原则和方法2.理解并掌握系统模型的评估和管理方法3.理解并掌握数字模型的交付流程2课堂讲授课程目标T&A10十、MBSE未来发展趋势1.新一代系统工程的发展趋势2.系统建模语言的能力扩展3.MBSE的新方法与新应用4.MBSE与人工智能的结合1.了解MBSE的未来发展趋势2.了解MBSE领域的研究进展。1课堂讲授与研讨相结合课程目标T&A五、课程教学方法本课程教学将采用“理论教学+课堂研讨+项目实践”的教学模式。六、课程考核方法理论课程成绩满分100分。由以下部分构成：考核环节建议分值比例考核/评价细则对应课程目标(1)平时作业完成情况20%平时作业完成的正确性、规范性课程目标T1-T3,A1,A2(2)大作业完成情况30%项目大作业完成的质量，报告的撰写质量课程目标T1-T3,A1,A2(3)期