试论基于模型的系统工程（MBSE）的推进思路

刘红皊 江西洪都航空工业集团有限责任公司 南昌市 330024

1 系统工程概述

对接公司的战略规划和“智慧洪都”的愿景，为应对复杂性带来的挑战，在装备研制过程中，必须通过引入基于模型的研发业务模式，运用“系统工程”的流程、方法来指导研制过程，基于需求自顶向下，层层细分，逐步迭代、验证和确认，开展正向设计。系统工程覆盖全生命周期，其核心在“前端”的需求分析、功能分析和架构设计，实现“尽早”对系统需求、功能、架构的验证和确认，进而指导产品开发和生命周期后续阶段。

系统工程是正向设计的方法论，核心过程是需求分析、功能分析和设计综合，见图1。它是自顶向下，逐步细分的过程。系统工程处于专业工程的上层，关注“需求”、“功能”、“架构”，而不是具体实现。

图1 系统工程V模型

MBSE方法论可被描述为用于支持在“基于模型的”或“模型驱动的”背景环境中系统工程学科的诸多流程、方法和工具的集合。它是开发和维护复杂系统的关键，提供支持系统需求分析、功能分析、架构设计、需求确认和验证活动所需的形式化的建模和模型执行手段。MBSE引入了综合系统模型的概念，通过系统用例、功能、时序、状态、架构和接口等模型全面反映系统各个方面的属性信息，为系统工程人员提供一种以模型化的系统建模语言（Systems Modeling Language，SysML）为基础的系统行为描述的规范，对系统的各种需求进行可视化的表达和分析，确保不同专业、不同学科、不同角色的工程设计人员基于同一模型快速准确理解、识别、定义、分析、确认、分配需求。

MBSE作为一种新的范式，NASA、美国国防部、欧空局等政府组织和相关承包商积极在项目中应用，IBM等软件和方案提供商也在积极地开展研究，并开发相关的支持环境。有关MBSE的研究与应用正在快速地扩展开来，影响越来越大。MBSE方法已经成为最近几年系统工程界研究与应用的热点。推广应用系统工程已是军方、机关和集团公司的统一要求，也是型号研制的必然选择，尤其是要将系统工程方法论和相关工具在型号研制工作中应用起来。未来洪都研制体系也将基于模型，每个阶段进行相应的仿真迭代，充分验证，然后再向下一个环节推进，将问题提前暴露和解决，模型相互关联，逐步细化完善，最终形成型号模型库，形成可复用的知识。

2 推进过程中存在的问题

自2013年开始推进基于模型的系统工程，洪都公司在行业内属于最早的一批应用单位，2014年成为集团公司的系统工程试点单位，经过需求工程、MBSE方法的理论导入、试点应用以及典型型号应用，虽然取得了良好的成效，需求成为型号设计的源头和驱动力，模型逐步成为研制过程中的重要分析方法和手段。但在试点过程中存在的主要问题如下：

2.1 DOORS+Rhapsody+SimulationX = MBSE ?

MBSE是一套方法论，其基本思想是系统工程。DOORS、Rhapsody和SimulationX等工具，是能够用于MBSE的众多工具中的一种。现在很多时候设计员却将Rhapsody和MBSE等同了，说到MBSE就认为是Rhapsody，而使用Rhapsody就认为在用MBSE。最终导致MBSE被工具主导，当采用新的工具时，又要重新开展MBSE。

由于MBSE是方法论，所以要求所有参与和将要参与的设计员理解并采用MBSE的思维模式，同时研究适合于自身特点和能力的MBSE方式，落实到具体的MBSE流程中，根据流程定义工具的作用。再结合流程和工具，从需求到系统分析再到模型库的管理，才能根据关注点有侧重地掌握和使用工具的特定功能，提高工具的利用效率。

2.2 建模规范和标准

模型是一种语言，MBSE的核心是模型，而模型是通过建模语言来描述。所以要用好MBSE，掌握建模语言是首要的。但是有了建模语言，并不代表就能建好模型。同样的对象，由于知识、经验、能力、理解等的差异，不同的人建立的模型可能完全不一致，解决一致性问题的途径是建立建模规范和标准。组织的能力决定了模型的质量，也决定了建模规范的质量。

2.3 人力资源问题

整个试点项目执行过程中，始终存在人力资源投入不足的问题。 主要原因是试点成员均承担了多项工作任务，型号研制、课题研究及其它工作繁忙；次要原因是对MBSE缺乏积极性，没有充分认识到MBSE的优势，将MBSE试点作为一项额外的工作。针对该现状需要成立专门的试点团队，试点周期不能太长；应在全所范围内加强MBSE思想及理论方法的学习，提高对MBSE的认识。

3 保障措施及建议

为了保证MBSE在型号项目中的顺利推进，特制提出以下几个方面的保障措施及建议。

（1）人员保障方面

前期通过系统工程试点项目培养出的骨干力量经常出差或专业部内没有安排其参与后续相关工作，在一定程度上影响了系统工程在型号项目中的推广应用。突出的问题是人员难以固定、持续性不好、效果差。

建议：首先已具备一定技术能力的骨干将所学进行传授；其次更多的员工参与相关的培训和学习，加强培训考核，避免培训走过场；另外各部门员工按计划保障项目的开展。新员工可将重点放在工具软件的应用学习上，老员工将重点放在工程经验的传承上，新老员工一起完成软件的学习和相关模型的建立，同时也能保证项目的应用推广。

（2）激励机制方面

目前系统工程的推广主要集中在对工具的应用上，而且这些工具比较专业，学习难度也比较大。且对工具的应用除了软件的学习外，也需要有较为丰富的工程经验。目前设计员较排斥应用新工具开展业务工作，建议所里采取相应的激励机制来保障系统工程思想、方法及工具在实际型号项目中的推广应用。

（3）推广途径方面

系统工程作为一套支持武器装备正向研制的系统理论，应该和型号研制工作紧密的结合起来，仅依靠信息化部门，推进较难、效果不好。因此，建议从型号研制的角度，由总师系统进行应用和推广，作为型号研制工作的重要组成部分。在型号研制初期将系统工程思想融入项目研制流程，形成项目研制计划，由总师或者副总师亲自进行应用策划并监督其执行，各专业在型号研制工作中具体落实。

4 结论

MBSE代表着未来系统工程的最新进展和发展方向。但MBSE还处于探索阶段，在具体的实施过程中，还会遇到各种各样的问题。需要结合产品研制特点和当前发展要求，制定出长远的发展规划。同时，还应密切关注国内外研究机构在这一领域的进展，进一步吸收和消化国内外的研究成果，形成具有武器系统研制特色的MBSE，提高研制能力和总体设计水平。

目前，通过试点项目已基本打通MBSE流程，应总结项目经验，形成一套适合所内研制现状的建模流程及规范。MBSE流程与武器装备研制流程的融合迫在眉睫。