系统工程大讲堂——实施MBSE，如何选择建模工具？MBSE建模平台的选择和使用

2月28日安世亚太系统工程大讲堂将邀请No Magic公司专家来华介绍MBSE方法学、产品工具、解决方案和案例。相关消息发布后，引起业内很大关注[1]。大家共同关心的问题包括：No Magic公司的MBSE解决方案与业界其他公司的产品和方案孰优孰劣？在国外的应用情况如何？面对各个供应商的产品和方案，用户该如何选择？本文力图站在尽量客观的立场上，尽量采用具有公信力的材料，尝试对上述问题进行简要回答。敬请各位专家同仁拍砖指正。

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从系统工程的视角看待MBSE的实施过程

系统工程从传统的以文档为中心的模式向现代的基于模型的范式的演变[2]，在国外正方兴未艾、日趋成熟，在航空航天国防军工等传统系统工程行业开始步入取得巨大收益的阶段，并开始进入能源、交通、医疗、建筑、乃至公共安全等几乎所有人类生产生活相关领域；在国内则刚刚起步，目前还只是复杂装备研制相关行业有所关注。在这种受客观规律支配、没多大中国特色的复杂工业品（既包括硬件、也包括软件）研发和应用领域，学习国外的最佳实践是实现望其项背到并驾齐驱的后发超越之路的最有效途径。

图1 能力成熟度提升过程

一切能力成熟度提升的过程都是系统工程过程，需要系统工程的方法和过程指导，MBSE的实施过程也是如此。

 图2 MBSE实施四要素[3]            

图3 建模工具三要素[4]

我们选取MBSE实施过程中的一项重要工作（图2）——建模工具的选择（图3），来阐述如何将系统工程的方法和过程应用进来。目前市场上MBSE或SysML建模工具众多（图4），下面的讨论主要涉及项目中使用频率头三名、特别是头两名的工具。

图4 MBSE-SysML建模工具在国外项目中的使用频度[5]

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MBSE建模工具选择过程    

http://mbse.tools/网站给出了MBSE建模工具选型过程的一般步骤[6]：

1) 确定目标和需求；

2) 定义工具选型评价准则；

3) 为评价指标分配相对权重；

4) 识别候选建模工具；

5) 评测候选建模工具；

6) MBSE建模工具选型决策。

并给出MBSE建模工具常用的评价指标[7]：

1) 易用性Usability

2) 模型绘制功能Functional features: Drawing

3) 模型仿真和执行功能Functional features: Simulation & Execution

4) 符合标准及互操作性Standards Compliance & Interoperability

5) 技术支持和团队建模协作Technical & Team Modeling Support

6) 综合考虑软件功能、质量和价格得出的建模工具价值Value

一些欧美SysML/UML建模专家给出了建模工具评价指标的权重分布（表1）。

表1 SysML建模专家给出的建模工具评价指标权重分布示例[8]

http://mbse.tools/网站于2013年和2014年给出了相关工具的简单测评结果：MagicDraw（图5）和Enterprise Architect的得分约为3.5，Rhapsody（图6）的得分约为3.0。总体看，MagicDraw的易用性、建模功能（SysML敏捷建模）、对SysML标准符合程度和互操作性、与需求管理工具的集成、团队建模和技术支持等方面优于Rhapsody，Rhapsody的高级仿真执行功能优于MagicDraw。

MagicDraw的评语为：MagicDraw is a solid choice as a MBSE tool that strictly enforces SysML well-formedness rules for syntax (notation) and semantics. MagicDraw offers proprietary and commercial plugins to integrate with Requirements Management and Simulation tools. Recommended as a MBSE tool with intermediate-level support for model-based simulation of Parametric and Activity diagrams.

图5 mbse.tools/网站对MagicDraw的评价[9]

Rhapsody的评语为：Rational Rhapsody Designer is a solid choice as a MBSE that supports model-based simulation and execution. Recommended as a MBSE tool with intermediate-level support for model-based simulation and execution capabilities.

图6 mbse.tools/网站对Rhapsody的评价[10]

关于MBSE相关的软件功能，应该说MagicDraw、Rhapsody各有千秋；综合与标准的符合性、软件易用性和价格等因素后，MagicDraw稍胜一筹。这一结果与OMG发布的MBSE建模工具项目满意度结论一致（图7）。

图7 MBSE建模工具项目满意度[5]

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MBSE方法学

 

SysML有九种相互关联、可部分仿真执行的模型图，其软件工具必定复杂难学。所以，破解软件功能和易用性这对矛盾就是靠MBSE方法学。除了软件功能，实施方法学也是MBSE整体解决方案的重要组成部分。用户画的各种模型图都质量好坏的差别，对于同一问题系统，模型存在最优解甚至标准解，如何提高建模质量就是方法学要解决的问题。

No Magic公司的MBSE方法学是MagicGrid，号称是IBM Harmony、OOSEM等各家方法学（图8）和DoDAF、NAF等各家架构框架的综合集成，为用户提供无二义性的系统建模工作流程。

IBM的Harmony方法学也是集成折衷的产物，首先是IBM包容调和了两位大师在系统工程领域和嵌入式软件工程领域的两种思想方法（即Harmony = Harmony MBSE + Harmony ESW），其次是包容了Peter Hoffman对SysML建模功能和Rhapsody软件功能的裁剪。这就造成Harmony MBSE并不完全符合系统工程最新标准（ISO 15288:2015）对系统工程过程的定义，如Harmony MBSE以涉众需求作为输入，而忽略了涉众需求定义过程。另外，Harmony MBSE的作者Peter Hoffman退休离开IBM，以及IBM公司的业务转型，对Harmony MBSE方法学及其系统工程解决方案的发展和完善的影响，尚待评估。

图8 MBSE方法学使用频度[5]

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国外客户采购MBSE决策过程示例       

 

洛克希德-马丁公司下属的桑迪亚（Sandia）国家实验室于2010年决定在实验室内部不同安全级别的网络上部署No Magic公司的SysML建模工具MagicDraw，并且软件评测和采购团队将MagicDraw、Rhapsody、Enterprise Architect三个工具的对比和采购决策过程按照系统工程的流程撰写了详细的报告（图9）。虽然是6年前的数据，但系统工程思想方法在整个过程中的应用，值得我们一读。其中提到，Rhapsody最终没能胜出的原因是其高级功能难学难用和软件价格昂贵。

2006 年，NASA根据其天基网络、近地网络和深空网络现状和未来发展，提出空间通信与导航计划（SCaN）。该计划的集成网络架构团队在由传统基于文档系统工程模式向MBSE模式转移过程中，评估了众多建模工具和需求管理工具，包括MagicDraw、Rhapsody、Enterprise Architect、CORE、DOORS、CRADLE、Artisan Studio等，最终MagicDraw被选中[12]。

在软件功能和实施方法学各有千秋的情况下，易用性、成本预算、项目规模往往就是影响客户采购决策的关键因素。像NASA、波音、洛马等大机构、大公司一般都采购、试用了各种相关工具，但大规模使用的一般只有一种。

图9 桑迪亚（Sandia）国家实验室2011年SysML工具采购决策过程报告封面和目录[11]

除了商业采购和使用外，相关专著和教材中对MBSE建模工具的使用和认可程度也是一个有用的视角。2011年，No Magic公司发布一项作者调查[8]，给出了对MagicDraw进行背书的作者和在书中声明使用No Magic公司产品进行建模的专著，例如Jim Arlow、Pascal Roques、Tim Weilkiens、Tom Pender，以及Tim Weilkiens等人所著《Model-Based System Architecture》、Sanford Friedenthal等人所著《A Practical Guide to SysML》等。

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结语

No Magic公司的MBSE产品能从2011年的累计50万安装到2017年的累计1百万安装，这样的快速增长，除了得益于MBSE在全世界各个行业推广实施的快速发展，还得益于其产品的功能强大、良好的易用性和合理的实施成本；更重要的一点，No Magic公司及其核心团队成员深入参与SysML等标准的研发，使得其产品与标准具有天然的符合性，甚至在标准尚未正式发布之前，其产品就已实现。No Magic公司通过建立一定程度的技术和标准壁垒、抢得市场先机、进而实现业绩增长并与客户共赢的发展道路，为中国软件企业和装备制造企业的发展提供了很好的借鉴。

参考文献

[1] 活动 | 安世亚太系统工程大讲堂——MBSE Day: No Magic Experience Sharing 2017邀请函. 安世亚太公司微信公众号, 2017年2月14日

[2] 段海波. 从霍尔模型这一技术系统的发展进化看传统系统工程到现代系统工程的演变. 安世亚太公司微信公众号, 2015年11月20日

[3] PivotPoint Technology Corp.

[4] No Magic, Inc.

[5] Compilation of SysML RFI- Final Report, OMG Document syseng/2009-06-01

[6] How to Select a SysML Modeling Tool for MBSE. http://mbse.tools/select-mbse-modeling-tool

[7] How to Define SysML Tool Evaluation Criteria for MBSE. http://mbse.tools/define-sysml-tool-evaluation-criteria/

[8] Why Modeling Book Authors Use MagicDraw as The Best Product - Interview and Survey of the Most Reputable Book Authors. No Magic, Inc. 2011

[9] Review: MagicDraw MBSE/SysML Support. http://mbse.tools/review-magicdraw/

[10] Review: Rational Rhapsody Designer MBSE/SysML Support. http://mbse.tools/review-rhapsody-developer/

[11] SANDIA REPORT SAND2010-7098, Process for Selecting Engineering Tools - Applied to Selecting a SysML Tool, 2011. http://sysml.tools/.res/Process-for-Selecting-SysML-Tool.pdf

[12] NASA Glenn Research Center. Applying Model Based Systems Engineering to NASA’s Space Communications Networks. 2013

文章来源：安世亚太