基于模型的系统工程MBSE探索和实践

主讲嘉宾：张玉宏

引言

推荐两本书:《思维的囚徒》和《假设的世界—一切不能想当然》

几个思考问题：

（1）万有引力定律背后的假设是什么？F=G*m1*m2/r^2

（2）牛顿时代能不能发现关于电磁场的麦克斯韦方程组？

（3）F = m * a；E=m*c^2这两个公式里都有质量,这两个质量一样吗？

（4）国内现有教育体系对系统工程重视程度不够,事实还是假设？

1.系统工程的基本认知

(1)系统的基本属性

完整性,目的性,涌现性,开放性。

(2)系统工程是什么

工程=规范、方法、流程、工具

系统工程的问题和解决方案空间

使用系统工程的方法为你的下一次野营制定一步一步的计划。列出项目时间表、露营地、交通和成本等项目的备选方案。讲述你为什么做出这样的选择，做了哪些改进。

(3)系统工程是问题空间和方案空间之间的桥梁

研究问题靠专业,解决问题靠综合（系统思维)

系统工程综合多个学科,从用户的运行需求（怎么用),变成一个涵盖多个学科的解决方案,这是系统工程的职责所在。但我国在系统工程教育上有较大缺失,大学里只设置各专业,没有教系统工程,没有提供多学科综合人才的培训,而国外几乎每一个有名的大学,都有系统工程专业。研究问题靠专业,解决问题靠综合（系统工程),不可能由一个专业去回答解决办法的问题。

分科而学,严重阻碍复杂系统设计的发展,如土木工程、机械工程、电气工程、化学工程、控制工程、电子工程、光学工程等

(4)为什么我们需要系统工程模型

传统系统工程面临的挑战：高复杂,高并行,高不确定性,高风险

避免无意识下被他人从高价值链端降维打击要树立升维思考意识。目前企业的数字化仅仅是信息化,缺少数字化的模型,只有信息化文档和人脑；知识传承困难,无法站在巨人肩膀上敏捷迭代。

系统工程

a.企业挑战:

·市场时机。

·提高质量并优化解决方案。

b.系统工程挑战:

·工程师无法理解产品的复杂性。

·开发基于部分和子系统，缺乏从系统角度和利益相关者需求的整体观点，这导致它难以验证和证实，从而增加了开发时间和成本。

c.常见挑战:

·在开发过程中丢失的领域知识。

·无法识别和管理风险。

·子系统间不一致的信息和接口。

·工程师很难从自上而下的系统视角理解产品。

·文件准备对每个人来说都是耗时的任务。

2.基于模型的系统工程(MBSE)的价值与目标

国内公司面临卡脖子问题,如何发挥MBSE的价值。基于模型的系统工程(MBSE)是模型的正式应用，以支持系统要求、设计、分析、核查和验证活动，这些活动始于概念设计阶段，并贯穿整个开发和生命周期的后期阶段。

—INCOSE SE Vision 2020( INCOSE-TP-2004-004-02，2007年9月)

(1)基于模型的系统工程视野

通过提高和显著降低可行性研究、权衡分析和影响分析的成本来避免灾难性错误。模型所捕获的关于系统的整个规范集是一个科学和工程信息的互联网络。而不是分散在一组不可搜索、不可导航的文档中，需要专门的人员来管理。

(2)MBSE价值观

·有助于理解问题。

·开发基于标准的系统架构来改进。

·交付一致和完整的系统规范。

·有助于权衡不同的配置变量。

·验证系统需求。

(3)目标

·管理复杂性：理解可行性。

·工程工件的生成：文件生成；需求验证；产品变型配置生成。

·持续集成：早期需求和接口验证；可追溯性和影响分析。

·提高质量和生产率。

(4)互联的信息网络

(5)MBSE转型的驱动因素

·打破隔绝结构。

·再利用和资本化。

·进行早期验证。

·MBSE是系统工程。它形式化了系统工程的一部分；它不会取代它。

·MBSE有助于加强沟通、管理复杂性和提高产品质量。

·系统模型对于项目中的各种规程模型起着集成的作用。

·有效的模型组织丰富的技术信息，揭示不一致性，支持分析和验证，支持所需文档的自动生成，并保护技术投资。

·MBSE的灌输涉及到一些学习曲线和文化变化，所以要做好计划。

3.基于模型的系统工程(MBSE)实践

(1)案例

提前发现主备倒换时钟死锁问题,提高功能需求质量；大规模自动生成文档,实现设计、测试一致性和数字化可追溯性；提高沟通效率,降低串讲和反串讲时间。

(2)经验分享

整体战略:思考袋——从小事做起——采取行动——进化(中文)

·统一语言,建立领域标准语言；

·统一价值评估和衡量标准至关重要；

·建立专门建模能力组织,集中统一赋能培训；

·改革文化和激励机制,建立新的相关组织。

(3)COMAC文化变革的需求

a.COMAC进程需要

·衡量MBSE/MBD(有形价值)影响的流程方法

·使用一级、二级和三级培训优秀的建模者

·确保MBSE/MBD持久性的过程方法

·建模指南和标准

b.COMAC MBSE工具需求-与工具供应商一起

·为所有企业中的分布式用户提供工具支持

·对参考模型和模型化rouse的工具支持

·所有对象的配置和版本控制工具

·联盟工程数据的交换和同步

·管理大量模型用户的工具支持

4.展望

未来研究问题：跟随式思维到引领式创新思维变化

世界上,最有力量的是剑；而比剑更有力量的是思想。——拿破仑

MBSE支持正向研发原始创新思考：知识通过模型传承实现真正站在巨人肩膀上。构建全生命周期内数字化模型资产,例如波音747飞机和中国商飞C919飞机周期比较,波音构思基于模型工程的钻石模式,在物理空间上孪生数字空间设计探索,通过数字打样提前穷举试错,减少物理打样成本和TTM周期。

新统一思想,定义思想竞争力和思想领导力,以及系统综合竞争力。

苹果史蒂夫·乔布斯通过"思想统一"来领导公司设计开发引领世界的新产品；华为如何定义思想竞争力、思想领导力、系统综合竞争力等方面引来未来,应对进入无人区的不确定性与模糊性？不变和变的是什么？

(1)基本原则

·复杂的东西——简单化（抽象能力)

·简单的东西——哲学化（道+战略策略)

·哲学的东西——美学化（艺术艺术+创意)

(2)“产品”的五种不同形态：

劳力——产品/服务——品牌——标准——思想

(3)道-法-术-器的概念含义

·道：本质,系统的概念、系统思维、系统论、哲学

·法：方法论·霍尔/钱/谢奇兰法

·术：实操,系统工程标准、流程、SOP

·器：工具,建模工具、仿真工具等

(4)潜在的研究方向

·业务模型和架构、数据的关系？

·基于知识,基于敏捷、进化,基于创造的系统工程再生工程:灵感驱动的SE:意图驱动的SE

·MBSE机理模型+AI(数据驱动)= AI4MBSE和MBSE4AI

·模型表达知识对文字表达知识的优势对比

·如何设计有温度有情感的产品？系统工程=技术+艺术+思想？

·e=m*c^2；E=k*information*c^2？三元论,信息、质量、能量

·爱因斯坦提出的光速是最快速度的结论也不一定是完全对的

编辑：贾宇静

文章来源：量子管理半月谈