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

立足航天、面向工業(yè)、服務(wù)行業(yè)基于模型的系統(tǒng)工程及MWORKS實(shí)踐聶蘭順教授2024年11月08日立足航天、面向工業(yè)、服務(wù)行業(yè)可復(fù)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(wù)于復(fù)雜系統(tǒng)的研制與運(yùn)營(yíng)，其實(shí)踐必須與實(shí)際業(yè)務(wù)結(jié)合；領(lǐng)域化是MBSE發(fā)展的關(guān)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(shí)積累和復(fù)用的關(guān)鍵作用。通過(guò)固化已有的研制經(jīng)驗(yàn)，形成適配復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和團(tuán)隊(duì)分工的模型庫(kù)，可以在新裝備研制中，特別是設(shè)計(jì)早期，快速支持系統(tǒng)論證、設(shè)計(jì)和仿真評(píng)估。模型作為MBSE落地的核心輸出，成為多專業(yè)團(tuán)隊(duì)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(jī)制，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的模型庫(kù)架構(gòu)，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(guò)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(kù)架構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)分解與模型構(gòu)建流程自頂向下系統(tǒng)分解首先分析仿真驗(yàn)證目標(biāo)，將目標(biāo)系統(tǒng)分解為若干分系統(tǒng)，然后將每個(gè)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(kù)架構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)所有的功能模塊進(jìn)行歸納概括和結(jié)構(gòu)組織，進(jìn)行模型庫(kù)的架構(gòu)設(shè)計(jì)。模型自底向上構(gòu)建依據(jù)設(shè)計(jì)的模型庫(kù)架構(gòu)，針對(duì)其中的每個(gè)功能模塊逐一建模，然后調(diào)用功能模塊模型構(gòu)建分系統(tǒng)模型，再調(diào)用分系統(tǒng)模型構(gòu)建系統(tǒng)模型，最后進(jìn)行系統(tǒng)仿真應(yīng)用。模型驗(yàn)證在模型自底向上的構(gòu)建過(guò)程中，須在每個(gè)層次分別對(duì)功能模塊模型、分系統(tǒng)模型和系統(tǒng)模型進(jìn)行驗(yàn)證。模型庫(kù)架構(gòu)設(shè)計(jì)模型庫(kù)架構(gòu)設(shè)計(jì)模型庫(kù)架構(gòu)設(shè)計(jì)要求模型庫(kù)架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求各類型模型保持一致的基礎(chǔ)架構(gòu)，具備與復(fù)雜系統(tǒng)相匹配的架構(gòu)組成，包括覆蓋動(dòng)力、探測(cè)、導(dǎo)航、控制、通信、能源等多專業(yè)的設(shè)計(jì)與仿真模型。各類型模型保持相互兼容的接口形式，相同對(duì)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(shí)物系統(tǒng)相匹配，滿足多模塊集成關(guān)聯(lián)的要求，同時(shí)滿足各階段集成與驗(yàn)證的需求。提供豐富的外部接口，支持通過(guò)集成其他平臺(tái)模型的方式擴(kuò)展模型庫(kù)。建模任務(wù)與團(tuán)隊(duì)分工相匹配，由模型庫(kù)管理人員對(duì)模型庫(kù)的訪問(wèn)、編輯權(quán)限進(jìn)行統(tǒng)一管理和分配。模型提交更改時(shí)，應(yīng)同步提供修改信息，包含修改人員、修改時(shí)間及相對(duì)于上一版本的修改內(nèi)容。結(jié)合模型庫(kù)管理功能，保存歷史模型庫(kù)版本，保證模型庫(kù)版本可回溯。模型評(píng)估評(píng)價(jià)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(cuò)誤和/或遺漏，采用標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言、具有標(biāo)準(zhǔn)接口準(zhǔn)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(guò)程，覆蓋了需求、功能、架構(gòu)、機(jī)理

等多種模型要素，對(duì)接口、參數(shù)的定義滿足建模標(biāo)準(zhǔn)，能夠體現(xiàn)物理特性，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比，具有充分的準(zhǔn)確性完整性模型的成熟度適合當(dāng)前的系統(tǒng)生命周期階段，模型的內(nèi)容將完成模型的預(yù)期用途和被建模系統(tǒng)的預(yù)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(gòu)與系統(tǒng)機(jī)理

可重用性模型開(kāi)發(fā)使用從以前的模型重用的模型元素，即應(yīng)用過(guò)程中，具有完善、便捷的模型積累方式，具有架構(gòu)、參數(shù)以及完整結(jié)構(gòu)的復(fù)用能力，適合系統(tǒng)平臺(tái)化、譜系化的研發(fā)模式需求覆蓋性系統(tǒng)功能、架構(gòu)設(shè)計(jì)是否完成覆蓋了系統(tǒng)需求，是否能夠滿足系統(tǒng)任務(wù)的量化指標(biāo)和需求參數(shù)，能夠統(tǒng)計(jì)需求覆蓋性指標(biāo)，以需求覆蓋性矩陣的形式進(jìn)行展示可追溯性任務(wù)場(chǎng)景、需求條目、技術(shù)指標(biāo)、功能活動(dòng)、架構(gòu)組成、設(shè)計(jì)參數(shù)、仿真數(shù)據(jù)、評(píng)價(jià)指標(biāo)之間，是否具有完整、清晰的傳遞關(guān)系，設(shè)計(jì)要素是否能夠?qū)崿F(xiàn)清晰的追溯，能夠統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)的追溯性數(shù)，以參數(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的形式進(jìn)行展示接口匹配性是否對(duì)通用接口進(jìn)行準(zhǔn)確、清晰的抽象，組成結(jié)構(gòu)之間的接口連接關(guān)系是否匹配正確，架構(gòu)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(guān)系模型評(píng)估要求模型評(píng)估模型校核、驗(yàn)證與確認(rèn)模型庫(kù)的可信度是復(fù)雜系統(tǒng)仿真驗(yàn)證的基線，缺乏可信度的模型無(wú)法實(shí)際應(yīng)用。模型評(píng)估通過(guò)校核、驗(yàn)證與確認(rèn)（VV&A）過(guò)程，量化可信度并判斷模型庫(kù)質(zhì)量，為設(shè)計(jì)和仿真模型的選擇和修正提供依據(jù)；模型評(píng)估的范圍包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真模型，從層級(jí)上看，需要考慮系統(tǒng)、分系統(tǒng)、功能模塊等不同層級(jí)的具體業(yè)務(wù)特點(diǎn)，以及層級(jí)間的調(diào)用和傳遞關(guān)系；仿真模型方面，可以分解為校核、驗(yàn)證和確認(rèn)三部分。模型管理在復(fù)雜系統(tǒng)研發(fā)的長(zhǎng)周期、跨地域協(xié)作過(guò)程中，分系統(tǒng)、功能模塊設(shè)計(jì)部門(mén)需要向系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)部門(mén)提交多版本模型。面向多個(gè)專業(yè)團(tuán)隊(duì)的協(xié)同建模與集成仿真應(yīng)用，需要建立多層級(jí)間的模型流轉(zhuǎn)機(jī)制，以保證數(shù)字化交付模型的規(guī)范性、兼容性。面向任務(wù)論證、方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證等多個(gè)階段，需要建立跨層級(jí)、多階段間的模型流轉(zhuǎn)和持續(xù)驗(yàn)證機(jī)制，以保證多顆粒度模型之間的一致性和準(zhǔn)確性，系統(tǒng)模型管理功能邏輯。模型管理基于統(tǒng)一架構(gòu)的跨層級(jí)流轉(zhuǎn)基于系統(tǒng)建模語(yǔ)言，通過(guò)面向?qū)ο髷U(kuò)展、多源異構(gòu)模型接口，形成統(tǒng)一架構(gòu)模型，具備可擴(kuò)展、可組構(gòu)、可伸縮等特點(diǎn)，支持功能與性能模型集成，并按生命周期和版本拆分為獨(dú)立業(yè)務(wù)組件，支持插件式組裝與擴(kuò)展?；诮y(tǒng)一架構(gòu)的多流程模型流轉(zhuǎn)復(fù)雜系統(tǒng)研制包括任務(wù)定義、需求分析、架構(gòu)定義等6個(gè)流程，流程間模型擴(kuò)展與迭代，支持全生命周期驗(yàn)證。系統(tǒng)模型包括需求、幾何、功能、性能等，基于面向?qū)ο髾C(jī)制實(shí)現(xiàn)架構(gòu)到功能/性能模型的衍化與適配。面向多團(tuán)隊(duì)協(xié)同的數(shù)字模型交付MBSE已廣泛應(yīng)用，解決了多專業(yè)建模與多場(chǎng)景應(yīng)用問(wèn)題，現(xiàn)致力于全系統(tǒng)多團(tuán)隊(duì)協(xié)同實(shí)踐?；趪?guó)際標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建面向復(fù)雜系統(tǒng)研制的大規(guī)模協(xié)同流程，明確需求到模型開(kāi)發(fā)、封裝、評(píng)價(jià)、入庫(kù)、應(yīng)用的全流程指南。本章小結(jié)本章面向MBSE在復(fù)雜系統(tǒng)研制過(guò)程對(duì)模型庫(kù)的基礎(chǔ)資源需求，介紹