第二章 基于模型的系统工程 P1｜系统建模语言SysML实用指南学习

仅供个人学习记录

基于文档与基于模型的方法对比

MBSE潜在优势

• 增进沟通：
  • 团队与利益相关方共享对系统的理解
  • 从系统多个维度展示和集成视图的能力
• 降低开发风险：
  • 持续需求确认与设计验证
  • 对系统开发做精确成本估计
• 提高质量：
  • 更多的完整、无歧义、可验证的需求
  • 需求、设计、分析和测试过程中更严密的跟踪能力
  • 提高设计完整性
• 增加产出：
  • 快速影响需求分析与设计改变
  • 更有效地寻求权衡空间
  • 重用现有模型支持改进设计
  • 集成测试中减少错误，缩短周期
  • 自动生成文档
• 提升下游生命周期阶段的模型应用层级：
  • 支持系统应用操作培训
  • 支持系统诊断与维护
• 强化知识传递：
  • 提炼系统的领域知识，这些知识以标准化的形式存在，支持评估、查询、分析、演变和重用

基于文档的系统工程

在基于文档的方法中，系统、分系统及其硬件和软件部件的规范通常以分层树（规范树）来描述。系统工程管理计划（Systems Engineering Management Plan, SEMP）阐述了在项目中如何实施系统工程过程以及如何并行开展多工程学科工作，确保编制的文档满足规范树中的需求。

通过跟踪不同层级规范的需求，建立并维护需求的可追溯性。
需求和设计之间的可追溯性是通过识别满足需求的系统或者子系统的组件来维护，用于验证需求的严重过错，然后在需求数据库中反映这种追溯性。

基于文档的系统工程可以很严密，但信息分布在多个文档中，其完整性、一致性，以及在需求、设计、工程分析和测试之间的相互关系很难评估。

难以掌握系统的某一特定方面
难以展开必要的跟踪与变更影响分析
难以在需求、系统层设计和底层的详细设计之间保持同步
难以维护或者重用系统需求和设计的信息
提升基于文档状态，难以反映系统需求和设计的质量

基于模型的系统工程方法

1993年，Wayne Wymore引入了MBSE数学形式体系
Wymore W.Model-Based Systems Engineering. Boca Ration，FL: CRC Press; 1993.

基于模型的系统工程（Model-Based Systems Engineering, MBSE）作为一种程式化的应用，支持系统需求、设计、分析、验证、确认全过程，覆盖概念设计阶段并贯穿于整个开发及后续全生命周期阶段。
International Council on Systems Engineering(INCOSE). Systems Engineering Vision 2020. Version 2. 03, TP - 2004 - 004 - 02 September 2007 .

系统模型

系统模型system model包括系统规范、设计、分析和验证信息。
模型由表示需求、设计、测试用例、设计基本原理和相互关系的模型元素组成。

模型库中的模型元素之间的多重交叉关系使得系统模型能够从多个不同维度查看。这些视角聚焦于系统的不同方面，同时又能维持不同视角之间的一致性。

系统模型主要是确保系统设计能够满足其需求和所有目标，该模型是系统规范和设计过程的输出结果。系统模型规范了系统的部件组成。

系统模型越来越强调为集成其他工程学科（软/硬件、测试及可靠性、安全性等其他专业工程学科）模型所提供的共有系统描述角色

系统模型也可通过工程分析、仿真模型集成进行计算与动态运行。如果系统建模环境与运行环境结合扩大，则系统模型也可以直接运行

模型库

原先在文档中的规范、设计、分析、验证信息，可以从模型库中提取。模型能以视图、表格或报告方式浏览。

自动化的文档生成能力，显著降低建立和维护系统规范、设计文档的时间和成本。

对需求、设计、分析和验证信息的模型元素通过元素间交互关系能够诸葛跟踪，即使它们在不同图中表示。

应用MBSE方法和其他领域专用约束时，额外的模型约束可能会被强制施加。如领域专用约束：特定类型部件必须包含某些类型属性。

向MBSE的转变

作为基于文档的系统工程的一部分，相应的图技术与模型，如功能流图、行为图、原理块图、N2图、性能仿真、可靠性模型等已经得到应用。然而这些模型的使用局限于支持系统设计过程中的某种特定分析。单个的模型并没有集成到一个整体系统模型中，而且建模活动也并没有集成到系统工程过程中。

MBSE在整个生命周期内对系统需求、设计、分析和验证信息进行维持、评估和沟通。

灵活转变：MBSE与基于文档方法相结合