从面向对象视角认识基于模型的系统工程

郭家君 于水心 刘少帅

摘 要：现阶段软件工程成功地进行了由面向过程到面向对象的变换。而与此同时，系统工程遭遇了难以解决的麻烦现状。MBSE是基于模型的系统工程，其对模型进行加工利用，进而使得其可以辅助分析、评估等工作。同时，这些辅助工作自始至终服务着设计的各个环节。基于模型的系统工程使用从UML发展过来的SysML构建系统模型。

关键词：面向对象;模型;系统工程;建模;转变

引言：

现代社会的快速发展，促进了信息工程的高速进展。基于模型的系统工程（MBSE）作为全球进行工业研发数字化的其中一个发展方向，各个行业都需要大量的信息技术工作人员。从目前来看，国内掌握MBSE技术的人才数量远远低于需求量。这是供不应求的社会现状，各行业MBSE实践项目受制于人才短缺的现象十分显著。而培养这一部分人才，就需要先指导其进行基于模型的系统工程的认识环节。

一、基于模型的系统工程（MBSE）发展现状

在可预见的未来几年内，随着各行各业应用需求的增加，将会出现越来越多的技术人员投入MBSE方向[1]。

这些技术人员的来源可能是原本各个研发岗位上的工程师，通过学习这方面的技术应用到研发工作中，也可能是应届毕业生或其他技术方向从业者转向MBSE领域。不管这些信息工程技术人员来自哪个方向，在其最先认识基于模型的系统工程时，都需要知道这一块内容各个方面的概念和知识，进而来实现入门。由此可见，对MBSE的认识尤为重要。

二、面向对象视角的概念与途径

面向对象的基本概念包括对象、类、抽象、封装、继承、多态、接口、消息、组件、复用和模式等。

面向对象的视角可以帮助相关信息工程技术人员更全面的了解进行的工作。首先对面向的对象展开分析，从特征等方面展开理解，各个角度都帮助了后续工作的展开。充分认识事物是进行实践的基础，因此，从面向对象的视角出发，认识基于模型的系统工程（MBSE）至关重要[2]。

三、从面向对象视角认识基于模型的系统工程

基于模型的系统工程是相对于传统的、基于文档的系统设置而言的。在传统设计方式中的系统方案设计阶段，多数通过撰写方案、设计文档来对系统进行定义。例如，在设计方面先后有需求分析方案设计，详细设计工艺设计。在之后的验证阶段，有组件集成、分系统测试、产品测试、需求确认等多个阶段。其中设计阶段为撰写方案设计文档提供了需求规格说明书、方案设计文档和方案选型文档。在验证阶段为撰写文案设计文档提供了需求确认报告和产品测试报告等。以上过程促成了一份完整撰写方案设计文档的组成。

而基于模型的系统工程（MBSE）是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。从面向对象视角认识基于模型的系统工程，可以有效帮助我们认识MBSE的各个环节。

例如，名词用来描述系统结构。在基于文本的设计中，多是如此表达：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。但从面向对象视角认识基于模型的系统工程中，基于模型的系统工程的数字化模型表达简洁直观，可以采用树枝状的模型结构，进行图文并茂的表达。

动词用来描述系统行为。在基于文本的设计中会这样表达：系统的启动过程为首先启动发动机，然后一次检查控制系统、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，那么就由操作人员进行故障排查。而在从面向对象视角认识基于模型的系统工程的过程中，数字化模型表达是各个方面相互影响的。首先启动发动机，再进行控制系统检查，如没有异常再进行生命保障系统检查，如若没有异常则进行通信系统检查。若是其中一环出现了问题就进行故障排查，可见从面向对象视角认识基于模型的系统工程相比基于文本的设计更加直观科学。

参数是对系统规格、系统性能等的定量描述。在基于文本的系统设计中，大多数表达效果如下，需求A：系统总重量不能超过100千克。但在基于模型的系统工程中，由面向对象视角展开，可以清晰地进行数字化模型表达。大致分为三块，一块是系统，一块是重量约束，一块是Mass。系统和Mass都对重量约束有影响作用[3]。

四、从面向对象视角认识基于模型的系统工程的意义

当前社会高速发展，工业产品层出不穷。在满足基础条件之后，人们对工业产品各个方面的要求也越来越高。这也在一定程度上促进了各行各业的发展，凭借相关科学技术取得进步。现阶段由于传统的、基于文本的系统设计方式具有一定的缺点，使得其较难面对日益复杂的工业产品设计[4]。

例如，因为是文档文字描述，系统设计方案一致性的效果较差，难以展开进一步沟通。同时，容易产生理解错意思的情况。并且语言文字具有局限性，形容词的使用容易混淆重点。在工业产品设计进行变化的时候，单纯的语言文字无法敏锐地捕捉变化。因此，在指引下一步工作展开的阶段效果不佳。还有相当重要的一点是工业产品设计在前期仿真验证阶段，基于文本的设计方案无法进行。

而与此同时，基于模型的系统工程的出现，为应对这些不可避免的问题提供了有效的应对手段。从面向对象视角认识基于模型的系统工程，可以看出MBSE给人们生产生活带来的意义与价值。

在需求分析和验证阶段，从面相对象视角出发，MBSE做了质量方面的保证，避免需求的错误处理或者遗漏，保证设计需求100%准确实现。在提高方面阶段，MBSE提高设计过程中需求验证工作的效率。同时也提高产品验收工作效率，避免需求的模糊描述造成项目验收“扯皮”。在系统设计和验证阶段，基于模型的系统工程可以在一定程度上有效地提升效率，保证质量。

五、结束语

随着现代社会的高速发展，人们在进行设计的过程中愈发认识到基于模型的系统工程的重要性，进而将其作为重要的发展方向。从面向对象视角展开分析，进而认识基于模型的系统工程，有利于相关信息人员对MBSE有清晰的了解，进而理论引导实践，更好地进行工作。在MBSE领域逐渐被开发的这一时代，现代化技术也可以更快地推陈出新，各方各面都在更好地服务人类社会。

参考文献

[1] 陈红涛.从面向对象视角认识基于模型的系统工程%Understandingmodel-basedsystemsengineeringfromanobject-orientedpointofview[J].科技导报，2019，037（007）：36-43.

[2] 曾晖，苏青.基于NK模型和适应度景观理论的房地產企业危机管理系统适应性研究%AnNKModelandFitnessLandscape-basedStudyoftheAdaptabilityof＼rtheCrisisManagementSystemforRealEstateEnterprises[J].五邑大学学报：自然科学版，2019（2）：36-43.

[3] 高欣，刁新平，刘婧，etal.AMulti-classificationMethodofSmartMeterFaultType＼rBasedonModelAdaptiveSelectionFusion%基于模型自适应选择融合的智能电表故障多分类方法[J].电网技术，2019（6）：1955-1961.

[4] 曹淏文，袁科，王亚慧，etal.基于时间控制加密与区块链的招投标系统模型研究%BiddingModelBasedonTimed-ReleaseEncryptionandBlockchain[J].河南大学学报：自然科学版，2019（2）：210-217.