基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）及MWORKS實踐 課件 9 MBSE教材講義 第九章 可復用模型管理與協(xié)同

立足航天、面向工業(yè)、服務行業(yè)基于模型的系統(tǒng)工程及MWORKS實踐聶蘭順教授2024年11月08日立足航天、面向工業(yè)、服務行業(yè)可復用模型管理與協(xié)同聶蘭順教授2024年11月08日概述系統(tǒng)工程和MBSE方法論服務于復雜系統(tǒng)的研制與運營，其實踐必須與實際業(yè)務結合；領域化是MBSE發(fā)展的關鍵方向，方法、模型和工具是其三大支柱，其中模型發(fā)揮著知識積累和復用的關鍵作用。通過固化已有的研制經(jīng)驗，形成適配復雜系統(tǒng)結構和團隊分工的模型庫，可以在新裝備研制中，特別是設計早期，快速支持系統(tǒng)論證、設計和仿真評估。模型作為MBSE落地的核心輸出，成為多專業(yè)團隊協(xié)同的核心數(shù)據(jù)源；在數(shù)字化研制中，需要建立基于模型的協(xié)同機制，實現(xiàn)統(tǒng)一的模型庫架構，確保自頂向下的需求傳遞和自底向上的模型提交，形成貫穿整體研制過程的數(shù)字化模型管理流程，滿足完整的MBSE交付要求。模型庫架構設計系統(tǒng)分解與模型構建流程自頂向下系統(tǒng)分解首先分析仿真驗證目標，將目標系統(tǒng)分解為若干分系統(tǒng)，然后將每個分系統(tǒng)分解為若干功能模塊，得到需要建立的所有功能模塊列表。模型庫架構設計對所有的功能模塊進行歸納概括和結構組織，進行模型庫的架構設計。模型自底向上構建依據(jù)設計的模型庫架構，針對其中的每個功能模塊逐一建模，然后調用功能模塊模型構建分系統(tǒng)模型，再調用分系統(tǒng)模型構建系統(tǒng)模型，最后進行系統(tǒng)仿真應用。模型驗證在模型自底向上的構建過程中，須在每個層次分別對功能模塊模型、分系統(tǒng)模型和系統(tǒng)模型進行驗證。模型庫架構設計模型庫架構設計模型庫架構設計要求模型庫架構設計應滿足以下要求各類型模型保持一致的基礎架構，具備與復雜系統(tǒng)相匹配的架構組成，包括覆蓋動力、探測、導航、控制、通信、能源等多專業(yè)的設計與仿真模型。各類型模型保持相互兼容的接口形式，相同對象的不同模型具備同樣的接口配置，保證其接口類型、參數(shù)與實物系統(tǒng)相匹配，滿足多模塊集成關聯(lián)的要求，同時滿足各階段集成與驗證的需求。提供豐富的外部接口，支持通過集成其他平臺模型的方式擴展模型庫。建模任務與團隊分工相匹配，由模型庫管理人員對模型庫的訪問、編輯權限進行統(tǒng)一管理和分配。模型提交更改時，應同步提供修改信息，包含修改人員、修改時間及相對于上一版本的修改內(nèi)容。結合模型庫管理功能，保存歷史模型庫版本，保證模型庫版本可回溯。模型評估評價要求描述合規(guī)性該模型正確且完全符合建模規(guī)范要求，與建模規(guī)范相比，不存在錯誤和/或遺漏，采用標準建模語言、具有標準接口準確性模型完整描述了RFLP（需求-功能-邏輯-物理，Requirement-Function-Logical-Physical）

完整過程，覆蓋了需求、功能、架構、機理

等多種模型要素，對接口、參數(shù)的定義滿足建模標準，能夠體現(xiàn)物理特性，與實測數(shù)據(jù)相比，具有充分的準確性完整性模型的成熟度適合當前的系統(tǒng)生命周期階段，模型的內(nèi)容將完成模型的預期用途和被建模系統(tǒng)的預期用途，系統(tǒng)模型完整覆蓋了系統(tǒng)需求、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)架構與系統(tǒng)機理

可重用性模型開發(fā)使用從以前的模型重用的模型元素，即應用過程中，具有完善、便捷的模型積累方式，具有架構、參數(shù)以及完整結構的復用能力，適合系統(tǒng)平臺化、譜系化的研發(fā)模式需求覆蓋性系統(tǒng)功能、架構設計是否完成覆蓋了系統(tǒng)需求，是否能夠滿足系統(tǒng)任務的量化指標和需求參數(shù)，能夠統(tǒng)計需求覆蓋性指標，以需求覆蓋性矩陣的形式進行展示可追溯性任務場景、需求條目、技術指標、功能活動、架構組成、設計參數(shù)、仿真數(shù)據(jù)、評價指標之間，是否具有完整、清晰的傳遞關系，設計要素是否能夠實現(xiàn)清晰的追溯，能夠統(tǒng)計設計參數(shù)的追溯性數(shù)，以參數(shù)關聯(lián)關系的形式進行展示接口匹配性是否對通用接口進行準確、清晰的抽象，組成結構之間的接口連接關系是否匹配正確，架構接口與功能接口是否一致，是否滿足信息流、控制流、能量流的傳遞關系模型評估要求模型評估模型校核、驗證與確認模型庫的可信度是復雜系統(tǒng)仿真驗證的基線，缺乏可信度的模型無法實際應用。模型評估通過校核、驗證與確認（VV&A）過程，量化可信度并判斷模型庫質量，為設計和仿真模型的選擇和修正提供依據(jù)；模型評估的范圍包括系統(tǒng)設計與仿真模型，從層級上看，需要考慮系統(tǒng)、分系統(tǒng)、功能模塊等不同層級的具體業(yè)務特點，以及層級間的調用和傳遞關系；仿真模型方面，可以分解為校核、驗證和確認三部分。模型管理在復雜系統(tǒng)研發(fā)的長周期、跨地域協(xié)作過程中，分系統(tǒng)、功能模塊設計部門需要向系統(tǒng)總體設計部門提交多版本模型。面向多個專業(yè)團隊的協(xié)同建模與集成仿真應用，需要建立多層級間的模型流轉機制，以保證數(shù)字化交付模型的規(guī)范性、兼容性。面向任務論證、方案設計、詳細設計、試驗驗證等多個階段，需要建立跨層級、多階段間的模型流轉和持續(xù)驗證機制，以保證多顆粒度模型之間的一致性和準確性，系統(tǒng)模型管理功能邏輯。模型管理基于統(tǒng)一架構的跨層級流轉基于系統(tǒng)建模語言，通過面向對象擴展、多源異構模型接口，形成統(tǒng)一架構模型，具備可擴展、可組構、可伸縮等特點，支持功能與性能模型集成，并按生命周期和版本拆分為獨立業(yè)務組件，支持插件式組裝與擴展?；诮y(tǒng)一架構的多流程模型流轉復雜系統(tǒng)研制包括任務定義、需求分析、架構定義等6個流程，流程間模型擴展與迭代，支持全生命周期驗證。系統(tǒng)模型包括需求、幾何、功能、性能等，基于面向對象機制實現(xiàn)架構到功能/性能模型的衍化與適配。面向多團隊協(xié)同的數(shù)字模型交付MBSE已廣泛應用，解決了多專業(yè)建模與多場景應用問題，現(xiàn)致力于全系統(tǒng)多團隊協(xié)同實踐?；趪H標準，構建面向復雜系統(tǒng)研制的大規(guī)模協(xié)同流程，明確需求到模型開發(fā)、封裝、評價、入庫、應用的全流程指南。本章小結本章面向MBSE在復雜系統(tǒng)研制過程對模型庫的基礎資源需求，介紹