基于標準建模語言與模型集成標準的系統工程綜合框架研究

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一、轉型期產品研制面臨的問題

隨著基于模型的系統工程（MBSE）方法應用的深入，逐漸暴露出兩方面的問題：一是廠所內部雖然建立了基于SysML的系統模型，但是系統模型與系統生命周期中其他模型的集成依然存在割裂的現象，導致仿真模型、機械模型、電子模型、軟件模型和制造模型等與系統模型的聯系較弱，不能實現工程數據的連續傳遞;二是面對復雜系統多廠所協同的研制模式，廠所之間各系統的接口關系、拓撲結構、變更影響和沖突分析等信息的管理至關重要，但目前大多還停留在基于文檔的管理模式之下，因此在分布式、協同的產品研制模式下如何實現系統模型數據的互操作也是亟需解決的問題。

為解決以上問題，信息技術中心（金航數碼）通過對基于標準建模語言與模型集成標準的系統工程綜合框架的研究，面向復雜系統全生命周期，基于國際通用的建模和集成標準，構建以系統模型為核心，可支撐系統需求、設計、分析、實現、集成、驗證、制造、運行和保障等不同模型的系統工程集成平臺（以下簡稱“平臺”），如圖1所示。

二、系統工程集成平臺構建

基于對問題的描述和需求的分析，通過定義平臺的運行背景，識別與平臺交互的參與者和外部接口，主要包括系統建模工具和系統生命周期環境，其中系統生命周期環境包括系統研制、使用和保障過程中涉及到的所有工程系統。

平臺主要包括五個功能：

系統分析功能：基于標準的集成接口實現系統模型與不同領域模型的集成，開展參數計算、風險分析、方案權衡和模型檢查。

系統展示功能：展現系統生命周期內所有模型之間的關聯和追溯關系，基于語義網絡技術開展智能的模型檢索和展現。

模型集成功能面向系統全生命周期中不同領域，與項目管理、需求工程、系統設計、分析仿真、多學科優化、制造供應和使用維護等不同模型進行集成，建立完整的系統模型。

模型庫管理功能：對于系統設計和分析過程中產生的各種模型進行管理，形成可復用的貨架模型，支持系統設計和分析的快速開展。

數據協同功能：對于跨廠所的協同設計和仿真，支持系統全生命周期模型的構型管理、沖突管理和訪問控制。

通過對國際MBSE工具鏈的研究和分析，可以將平臺中的系統分析功能、系統展示功能、模型集成功能和模型庫管理功能對應到系統模型集成子系統，數據協同功能對應到數據協同管理子系統，最終形成平臺解決方案，如圖2所示。

三、新模式帶來的價值

新模式將從廠所內的系統模型集成以及廠所間的系統模型協同兩個維度為客戶帶來價值。

系統模型集成子系統通過將基于SysML的系統架構模型與其他領域模型（例如，JIRA中的項目模型、STK中的運行模型、DOORS中的需求模型、CATIA中的機械模型、SCADE中的軟件模型、Mentor中的電子模型，SimulationX、Simulink和ANSYS中的仿真模型，Teamcenter、Windchill中的產品數據模型，以及數據庫、Excel中的數據等）進行集成，支持系統工程團隊協同開發和管理復雜系統的完整系統模型。

數據協同管理子系統提供系統工程、設計制造和產品保障三大應用領域的產品數據協同中樞，為產品全生命周期各階段內和階段之間的數據共享和協同提供支持。通過將產品全生命期數據共享的標準模型與基于系統工程過程的實施方法結合，為復雜產品和系統研發的企業內各專業部門間、供應鏈擴展企業各成員單位間、以及客戶與研制方之間的信息共享和協同提供全新的解決方案，成為復雜產品和系統研制的跨業務、跨組織和跨地域協同工作平臺的“經絡系統”。

四、成功經驗與推進建議

通過對國際先進航空航天和防務組織及企業的研究，建立系統工程集成平臺的成功經驗主要有兩個：一是選擇國際通用的建模和集成標準，建模標準主要包括系統建模語言SysML、機載嵌入式系統建模語言AADL和多物理系統建模語言Modelica等，集成標準主要包括系統集成接口規范FMI、模型互操作規范OSLC、模型本體定義規范OWL/RDF和產品生命周期數據交換規范PLCS（AP-239）等;二是培養一批理解MBSE方法和工具的人才隊伍。