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今天介绍MBSE相关的基本概念

一、关于系统工程我们所知道的

1.什么是系统工程？

系统工程是为了最好地实现系统的目的，对系统的组成要素、组织结构、信息流、控制机构等进行分析研究的科学方法。（此处的定义和解释摘录自百度百科）

果真如此吗？我们在这里先打个问号？读者可能有自己的理解。这里面涉及到对系统和工程两个词的理解。系统的定义，至少是具备一定功能，至于这个功能可能是人造出来的，也可能是自然形成的，也可能是演变涌现的，也可能是静止不变的，有没有统一的刻画方式，而工程就涉及到了人的痕迹，那么这个人的痕迹，从何时算起，从远古的人类进化史讨论还是近几百年以目前所谓的STEM学科为引导的呢？

2.系统工程涉及哪些活动？

（1）分析需求；

（2）定义系统需求；

（3）定义系统逻辑架构；

（4）综合已分配的体系结构

3.系统工程有什么样的特点？

（1）从最优化到最满意解

（2）要素集约化（也就是用最小的无重叠的要素集刻画需求）

（3）逻辑关系更多受到业务领域牵引

（4）物理关系更多受到现实物理能力牵制

（5）存在一定的边界和制约，这种边界和制约有利有弊

（6）系统的动态演变性以及涌现性会对系统分析造成一定的困难

4.系统工程有什么能做？什么不能做的？

能做的：

（1）物理概念明晰；

（2）数学模型清晰；

（3）物理、化学、生物、医学、材料等某些领域中已经清晰的。

不能做：

（1）面向复杂巨系统，尤其是社会系统、金融系统等没有更好的解决办法，因为要素不全面，要素关系不明晰；

（2）不能确定涌现特征和现象会如何的系统，就像盲人摸象，有知道耳朵，有知道腿，有知道鼻子，可是综合不出来一头活生生的大象；

（3）当系统跨入体系层面的时候，有些无能为力。

而正是这些让大家无能为力或觉得束手无策的地方，是科研人员应该努力追求找到答案的地方。

二、传统（过去的）系统描述方式

以往系统的描述方式：

• 产品或系统规范

• 接口需求

• 物理特征（电气、电子、机械、结构，尺寸等）
  

• 环境特征（高/低温、盐雾等）
  

• 系统设计

• 分析&折中处理

• 测试计划

这样的做法导致就是如下所示：

三、建模工具与语言

适用于各领域的建模工具有很多，这里只是有代表性的选择了以下几个工具列举出来，并非是忽略其他。

1. 建模工具

(1)Labview

(2)Studio 5000

(3)Enterprise Architecture

(4)IBM Rational Rhapsody Architect

(5)SystemLink

(6)Windchill RV&S

(7)IBM Engineering Lifecycle Optimization

(8)Altair Model-Based Development Suite

(9)Wolfram SystemModeler

(10)Innoslate

2. 建模语言

(1) UML:Unified Modeling Language——统一建模语言

UML是在开发阶段，说明、可视化、构建和书写一个面向对象软件密集系统的制品的开放方法。最佳的应用是工程实践，对大规模，复杂系统进行建模方面，特别是在软件架构层次，已经被验证有效。统一建模语言（UML）是一种模型化语言。模型大多以图表的方式表现出来。

（https://baike.baidu.com/item/UML%E5%9B%BE/6963758?fr=aladdin）

图出处：https://www.mianfeiwendang.com/doc/d253a3fd9e413197a96d5a53/2

(2)SysML:Systems Modeling Language——系统建模语言

OMG系统建模语言™ **（OMGSysML®）**是一种通用图形建模语言，用于指定，分析，设计和验证可能包括硬件，软件，信息，人员，程序和设施的复杂系统。特别是，该语言提供了图形表示，其具有用于建模系统需求，行为，结构和参数的语义基础，用于与其他工程分析模型集成。它代表了 **UML 2的**一个子集 扩展需要满足UML™for Systems Engineering RFP的要求，如图1所示.SysML利用OMG XML元数据交换（XMI®）在工具之间交换建模数据，并且还旨在与不断发展的ISO兼容10303-233 系统工程数据交换标准。

系统工程UML RFP由OMG和国际系统工程理事会（INCOSE）共同开发，并由OMG于2003年3月发布.RFP指定了扩展UML以满足系统工程社区需求的要求。该SysML的规格是应通过这些要求开发的不同群体的工具供应商，最终用户，学术界和政府代表。对象管理集团宣布于2006年7月6日通过，并于2007年9月推出OMG SysML™v1.0。

(3)OPM:Object-Process Methodology——对象过程方法论

OPM是对自动化系统进行建模和知识表达的一种简洁的概念化方法、语言与方法论。OPM的适用范围，小到基本的组件的简单组装，大到复杂多学科动态系统。OPM适合信息工具或计算机技术进行实现或支持。目前国际标准化组织（ISO）颁布了ISO 19450标准，作为OPM的公用规范。

OPM及其支持工具OPCAT也在不断地发展。www.ObjectProcess.org 提供了丰富的和持续更新的OPM的相关资源以及免费软件下载等等。

上图引用自：Modeling Knowledge with Object-Process Methodology

作者：Dov Dori

四、SysML简介

（一）OMG SysML™ 规范的发展

1. 2006年05月被OMG采纳

2. 2007年09月的可用规范v1.0

3. 2008年11月发布v1.1可用规范

4. 2010年03月发布v1.2可用规范

5. v1.3版本的evision任务组正在进行中

（二）SysML适用的对象或用户

· 对系统建模感兴趣的系统工程师或系统架构师

· 理解如何将软件和系统模型更好的集成以便于研发的工程师

· 无需熟悉UML，但它对开展个人工作有很大的帮助

但现实中，我们为了更好的处理系统需求和设计实现，会采用模型这样更加通用易用易懂的语言，尤其是图形化的描述方式更容易被人接受和容易理解：

可以看出，采用模型的好处如下：

(1)使用形式化图式模型进行系统开发

(2)范围广泛：在从体系、系统到组件的整个生命周期中可以与多个建模域（业务域或知识域）集成

(3)提高交付质量/生产率，降低产品/装备/体系研发风险（如周期不断增加、费用不断增长、质量越来越低等风险）

(4)严谨和精确：系统/项目干系人之间的沟通

(5)复杂性管理

（三）系统建模活动——面向对象系统工程方法论

将MBSE整合到系统工程过程中。在我们清楚了系统这个基本概念的基础上，就可以应用不同的建模语言和工具对系统进行描述。

系统术语到模型的映射，也就是将专业或领域的知识转换映射到需求模型上，而不会产生任何歧义。

参考文献：

1. Modeling with SysML

   Sanford Friedenthal(anford.friedenthal@lmco.com)，

   Joseph Wolfrom(oe.wolfrom@jhuapl.edu)

2. 《基于模型的系统工程——综合运用OPM和SysML》

   Dov Dori
   

3. Modeling Knowledge with Object-Process Methodology

   Dov Dori