從面向?qū)ο笠暯钦J(rèn)識基于模型的系統(tǒng)工程

郭家君 于水心 劉少帥

摘 要：現(xiàn)階段軟件工程成功地進(jìn)行了由面向過程到面向?qū)ο蟮淖儞Q。而與此同時，系統(tǒng)工程遭遇了難以解決的麻煩現(xiàn)狀。MBSE是基于模型的系統(tǒng)工程，其對模型進(jìn)行加工利用，進(jìn)而使得其可以輔助分析、評估等工作。同時，這些輔助工作自始至終服務(wù)著設(shè)計的各個環(huán)節(jié)。基于模型的系統(tǒng)工程使用從UML發(fā)展過來的SysML構(gòu)建系統(tǒng)模型。

關(guān)鍵詞：面向?qū)ο?模型;系統(tǒng)工程;建模;轉(zhuǎn)變

引言：

現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，促進(jìn)了信息工程的高速進(jìn)展。基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）作為全球進(jìn)行工業(yè)研發(fā)數(shù)字化的其中一個發(fā)展方向，各個行業(yè)都需要大量的信息技術(shù)工作人員。從目前來看，國內(nèi)掌握MBSE技術(shù)的人才數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于需求量。這是供不應(yīng)求的社會現(xiàn)狀，各行業(yè)MBSE實(shí)踐項(xiàng)目受制于人才短缺的現(xiàn)象十分顯著。而培養(yǎng)這一部分人才，就需要先指導(dǎo)其進(jìn)行基于模型的系統(tǒng)工程的認(rèn)識環(huán)節(jié)。

一、基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）發(fā)展現(xiàn)狀

在可預(yù)見的未來幾年內(nèi)，隨著各行各業(yè)應(yīng)用需求的增加，將會出現(xiàn)越來越多的技術(shù)人員投入MBSE方向[1]。

這些技術(shù)人員的來源可能是原本各個研發(fā)崗位上的工程師，通過學(xué)習(xí)這方面的技術(shù)應(yīng)用到研發(fā)工作中，也可能是應(yīng)屆畢業(yè)生或其他技術(shù)方向從業(yè)者轉(zhuǎn)向MBSE領(lǐng)域。不管這些信息工程技術(shù)人員來自哪個方向，在其最先認(rèn)識基于模型的系統(tǒng)工程時，都需要知道這一塊內(nèi)容各個方面的概念和知識，進(jìn)而來實(shí)現(xiàn)入門。由此可見，對MBSE的認(rèn)識尤為重要。

二、面向?qū)ο笠暯堑母拍钆c途徑

面向?qū)ο蟮幕靖拍畎▽ο蟆㈩悺⒊橄蟆⒎庋b、繼承、多態(tài)、接口、消息、組件、復(fù)用和模式等。

面向?qū)ο蟮囊暯强梢詭椭嚓P(guān)信息工程技術(shù)人員更全面的了解進(jìn)行的工作。首先對面向的對象展開分析，從特征等方面展開理解，各個角度都幫助了后續(xù)工作的展開。充分認(rèn)識事物是進(jìn)行實(shí)踐的基礎(chǔ)，因此，從面向?qū)ο蟮囊暯浅霭l(fā)，認(rèn)識基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）至關(guān)重要[2]。

三、從面向?qū)ο笠暯钦J(rèn)識基于模型的系統(tǒng)工程

基于模型的系統(tǒng)工程是相對于傳統(tǒng)的、基于文檔的系統(tǒng)設(shè)置而言的。在傳統(tǒng)設(shè)計方式中的系統(tǒng)方案設(shè)計階段，多數(shù)通過撰寫方案、設(shè)計文檔來對系統(tǒng)進(jìn)行定義。例如，在設(shè)計方面先后有需求分析方案設(shè)計，詳細(xì)設(shè)計工藝設(shè)計。在之后的驗(yàn)證階段，有組件集成、分系統(tǒng)測試、產(chǎn)品測試、需求確認(rèn)等多個階段。其中設(shè)計階段為撰寫方案設(shè)計文檔提供了需求規(guī)格說明書、方案設(shè)計文檔和方案選型文檔。在驗(yàn)證階段為撰寫文案設(shè)計文檔提供了需求確認(rèn)報告和產(chǎn)品測試報告等。以上過程促成了一份完整撰寫方案設(shè)計文檔的組成。

而基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）是用數(shù)字化建模代替寫文檔進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計。把設(shè)計文檔中描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、性能規(guī)格需求的名詞、動詞、形容詞、參數(shù)全部轉(zhuǎn)化為數(shù)字化模型表達(dá)。從面向?qū)ο笠暯钦J(rèn)識基于模型的系統(tǒng)工程，可以有效幫助我們認(rèn)識MBSE的各個環(huán)節(jié)。

例如，名詞用來描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在基于文本的設(shè)計中，多是如此表達(dá)：該系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)、通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、生命保障系統(tǒng)等子系統(tǒng)構(gòu)成。但從面向?qū)ο笠暯钦J(rèn)識基于模型的系統(tǒng)工程中，基于模型的系統(tǒng)工程的數(shù)字化模型表達(dá)簡潔直觀，可以采用樹枝狀的模型結(jié)構(gòu)，進(jìn)行圖文并茂的表達(dá)。

動詞用來描述系統(tǒng)行為。在基于文本的設(shè)計中會這樣表達(dá)：系統(tǒng)的啟動過程為首先啟動發(fā)動機(jī)，然后一次檢查控制系統(tǒng)、生命保障系統(tǒng)、通信系統(tǒng)狀態(tài)，如一切正常，則進(jìn)入工作狀態(tài);如發(fā)現(xiàn)異常，那么就由操作人員進(jìn)行故障排查。而在從面向?qū)ο笠暯钦J(rèn)識基于模型的系統(tǒng)工程的過程中，數(shù)字化模型表達(dá)是各個方面相互影響的。首先啟動發(fā)動機(jī)，再進(jìn)行控制系統(tǒng)檢查，如沒有異常再進(jìn)行生命保障系統(tǒng)檢查，如若沒有異常則進(jìn)行通信系統(tǒng)檢查。若是其中一環(huán)出現(xiàn)了問題就進(jìn)行故障排查，可見從面向?qū)ο笠暯钦J(rèn)識基于模型的系統(tǒng)工程相比基于文本的設(shè)計更加直觀科學(xué)。

參數(shù)是對系統(tǒng)規(guī)格、系統(tǒng)性能等的定量描述。在基于文本的系統(tǒng)設(shè)計中，大多數(shù)表達(dá)效果如下，需求A：系統(tǒng)總重量不能超過100千克。但在基于模型的系統(tǒng)工程中，由面向?qū)ο笠暯钦归_，可以清晰地進(jìn)行數(shù)字化模型表達(dá)。大致分為三塊，一塊是系統(tǒng)，一塊是重量約束，一塊是Mass。系統(tǒng)和Mass都對重量約束有影響作用[3]。

四、從面向?qū)ο笠暯钦J(rèn)識基于模型的系統(tǒng)工程的意義

當(dāng)前社會高速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品層出不窮。在滿足基礎(chǔ)條件之后，人們對工業(yè)產(chǎn)品各個方面的要求也越來越高。這也在一定程度上促進(jìn)了各行各業(yè)的發(fā)展，憑借相關(guān)科學(xué)技術(shù)取得進(jìn)步。現(xiàn)階段由于傳統(tǒng)的、基于文本的系統(tǒng)設(shè)計方式具有一定的缺點(diǎn)，使得其較難面對日益復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計[4]。

例如，因?yàn)槭俏臋n文字描述，系統(tǒng)設(shè)計方案一致性的效果較差，難以展開進(jìn)一步溝通。同時，容易產(chǎn)生理解錯意思的情況。并且語言文字具有局限性，形容詞的使用容易混淆重點(diǎn)。在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行變化的時候，單純的語言文字無法敏銳地捕捉變化。因此，在指引下一步工作展開的階段效果不佳。還有相當(dāng)重要的一點(diǎn)是工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計在前期仿真驗(yàn)證階段，基于文本的設(shè)計方案無法進(jìn)行。

而與此同時，基于模型的系統(tǒng)工程的出現(xiàn)，為應(yīng)對這些不可避免的問題提供了有效的應(yīng)對手段。從面向?qū)ο笠暯钦J(rèn)識基于模型的系統(tǒng)工程，可以看出MBSE給人們生產(chǎn)生活帶來的意義與價值。

在需求分析和驗(yàn)證階段，從面相對象視角出發(fā)，MBSE做了質(zhì)量方面的保證，避免需求的錯誤處理或者遺漏，保證設(shè)計需求100%準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。在提高方面階段，MBSE提高設(shè)計過程中需求驗(yàn)證工作的效率。同時也提高產(chǎn)品驗(yàn)收工作效率，避免需求的模糊描述造成項(xiàng)目驗(yàn)收“扯皮”。在系統(tǒng)設(shè)計和驗(yàn)證階段，基于模型的系統(tǒng)工程可以在一定程度上有效地提升效率，保證質(zhì)量。

五、結(jié)束語

隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展，人們在進(jìn)行設(shè)計的過程中愈發(fā)認(rèn)識到基于模型的系統(tǒng)工程的重要性，進(jìn)而將其作為重要的發(fā)展方向。從面向?qū)ο笠暯钦归_分析，進(jìn)而認(rèn)識基于模型的系統(tǒng)工程，有利于相關(guān)信息人員對MBSE有清晰的了解，進(jìn)而理論引導(dǎo)實(shí)踐，更好地進(jìn)行工作。在MBSE領(lǐng)域逐漸被開發(fā)的這一時代，現(xiàn)代化技術(shù)也可以更快地推陳出新，各方各面都在更好地服務(wù)人類社會。

參考文獻(xiàn)

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