读懂系统工程 MBSE

1、什么是MBSE

基于模型的系统工程（MBSE）是相对于传统基于文档的系统设计而言的，传统设计方式中，系统方案设计阶段多数通过撰写方案设计文档来对系统进行定义，如下图所示：

MBSE（基于模型的系统工程）=用数字化建模代替写文档进行系统方案设计，把设计文档中描述系统结构、功能、性能、规格需求的名词、动词、形容词、参数全部转化为数字化模型表达。

以下例子可帮助直观理解如何从文档转换到数字化模型：

1）名词（描述系统结构）

• 基于文本的设计：

“该系统由发动机、通信系统、控制系统、生命保障系统等子系统构成”

↓MBSE中的数字化模型表达：

2）动词（描述系统行为）

• 基于文本的设计：

“系统的启动过程为：首先启动发动机，然后依次检查控制系统、生命保障系统、通信系统状态，如一切正常，则进入工作状态；如发现异常，则由操作人员进行故障排查。”

↓MBSE中的数字化模型表达：

3）参数（对系统规格、系统性能等的定量描述）

• 基于文本的系统设计：

“需求A：系统总重量不能超过100Kg。”

↓MBSE中的数字化模型表达：

4）形容词（需要被量化）

形容词是文档中的特殊产物，在模型中不存在对应内容。

原因在于形容词是模糊描述，无法明确表达，也意味着无法准确验证。因此，理论上，在系统设计和需求规格描述中，不应该使用形容词。否则能导致下图中的后果：

2、为什么要做MBSE

1）当前的挑战

在当前航空、航天、汽车等行业，对工业产品易用性、舒适性、安全性等方面要求的提高，导致当前工业产品电气化、智能化程度越来越高，产品复杂度的量级不断跃升。

基于文本的系统设计方式存在天然局限，导致其越来越难以应对当前的复杂产品设计挑战，比如：

• 基于自然语言描述的设计文档一致性差，沟通效率低且容易出现歧义；

• 自然语言容易引入形容词等模糊描述，很难保证准确性；

• 文本描述的设计元素之间无法实现追溯分析，当出现设计变更时很难对变更影响进行准确评估；

• 基于文本的设计方案无法进行前期仿真验证；

• 设计方案无法与详细设计阶段的数字化模型（如CAD）关联…

而MBSE技术的出现为应对这些问题提供了有效的应对手段。

2）MBSE带来的价值

一项新技术最终的价值体现，一般有：

• 节省成本，省钱；

• 提高效率，省时间；

• 保证产品质量，提高产品竞争力；

• 产品质量提升 → 产品问题减少 → 研发周期&运维成本降低 → 省钱&省时间；

• 产品竞争力提高 → 销量提升 → 企业利润提高。

基于上述几个角度，我们分别从几个系统设计活动 — 需求分析&验证、系统设计、系统验证，来具体分析MBSE到底可以为企业带来哪些价值：

（红色代表文本无法实现而MBSE能够实现的功能，蓝色代表MBSE相对文本的优势功能）

3、怎么做MBSE？示例

MBSE是系统设计工作通过数字化设计手段的实现，因此在工作流程上与传统系统工程并无太大差异，仍然分为需求分析、系统设计、系统验证、需求确认四个步骤。

具体实现方式案例如下：

1） 需求分析

实现需求条目化分类，并对特殊需求（性能需求）进行量化描述：

2） 系统设计

依照特定的系统设计逻辑方法，完成系统功能、结构设计，以及参数化表征，并将设计内容与需求进项关联，确保追溯关系完整。

3） 系统验证

基于数字化系统设计模型进行系统仿真，根据设计需求进项系统验证工作

4） 需求确认

将设计参数值与量化的需求约束进行验证

文章来源：PLM引领者