基于模型的系统工程(MBSE)的案例研究,第 1 部分_ IBM Rational Harmony 的集中式系统模型
基于模型的系统工程pdf
基于模型的系统工程pdf基于模型的系统工程（Model-Based Systems Engineering，MBSE）是一种系统工程方法论，它将系统设计、开发和验证过程中的各个阶段都建立在一个共享的模型基础上。
这个模型可以是一种图形化的表示，也可以是一种数学模型，它描述了系统的各个方面，包括需求、功能、结构、行为等等。
基于模型的系统工程旨在提高系统工程的效率和质量，减少错误和风险，增强团队间的协作和沟通。
关于基于模型的系统工程的详细内容，可以在以下方面进行探讨：1. 概述和基本原理，介绍基于模型的系统工程的基本概念、原理和核心思想。
解释为什么使用模型来支持系统工程，并描述模型的作用和优势。
2. 模型的建立和表示，讨论如何建立系统模型，包括模型的组织结构、元素的定义和关系的建立。
介绍常用的建模语言和工具，如统一建模语言（UML）和系统建模语言（SysML）。
3. 需求工程，说明如何使用模型来捕捉和管理系统的需求。
讨论需求的分类、需求的表示和分析方法。
介绍如何使用模型来验证需求的正确性和一致性。
4. 功能和结构设计，讲解如何使用模型来描述系统的功能和结构。
介绍如何使用模型来进行系统的分解和组合，以及如何进行功能和结构的优化和验证。
5. 行为建模和仿真，介绍如何使用模型来描述系统的行为。
讨论如何使用模型进行行为建模、时序分析和仿真。
说明如何使用模型来验证系统的性能和可靠性。
6. 系统集成和验证，探讨如何使用模型来支持系统的集成和验证过程。
讲解如何使用模型来进行接口定义和一致性检查。
介绍如何使用模型来进行系统级的验证和验证结果的分析。
7. 模型管理和协作，讨论如何管理和维护系统模型。
介绍模型版本控制、变更管理和模型协作的方法和工具。
8. 实例和案例分析，给出一些基于模型的系统工程的实例和案例分析，以便读者更好地理解和应用这种方法。
基于模型的系统工程是一个广泛而复杂的领域，上述内容只是其中的一部分。
如果你对某个具体方面感兴趣，我可以提供更详细的信息。
mbse在无人机作战系统架构设计中的应用_概述及解释说明
mbse在无人机作战系统架构设计中的应用概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文旨在探讨MBSE（基于模型的系统工程）在无人机作战系统架构设计中的应用。
随着无人机技术的飞速发展，其在军事、民用等领域中的运用越来越广泛。
为了提高无人机作战系统的性能和可靠性，有效的系统架构设计变得至关重要。
1.2 文章结构文章主要分为五个部分。
引言部分对文章内容进行概括，并简要介绍了每个章节的内容和目标。
第二部分将介绍MBSE和无人机作战系统架构设计的基本概念。
第三部分将通过具体案例分析，详细说明MBSE在无人机作战系统架构设计中的应用情况。
第四部分将对利用MBSE进行设计和模拟所得到的结果进行分析，并探讨其在实际应用中可能面临的挑战和限制因素。
最后一部分是结论，总结回顾了本文主要内容，并提出新见解或未来研究方向。
1.3 目的本文旨在全面阐述MBSE在无人机作战系统架构设计中的应用情况，并评估其优势和局限性。
通过对具体案例的分析，我们将展示MBSE技术在无人机作战系统设计中的实际效果。
同时，我们将讨论利用MBSE进行设计和模拟可能面临的挑战，并提出未来发展方向和建议。
最终，希望为无人机作战系统架构设计提供宝贵的参考和指导，推动该领域的进一步研究和发展。
2. MBSE在无人机作战系统架构设计中的应用2.1 MBSE概述MBSE（Model-Based Systems Engineering）是一种基于模型的系统工程方法，它通过建立、分析和演化系统模型来支持系统的设计、开发和验证。
MBSE 强调了系统工程的整体性，促进不同领域专家之间的协作与沟通，并提供一个统一的框架来管理和维护复杂系统。
2.2 无人机作战系统架构设计概述无人机作战系统是指利用无人机技术进行军事作战任务执行的整体系统。
它由多个组件和子系统组成，包括传感器、通信设备、导航控制单元等。
无人机作战系统要求高度可靠性、高效性和可扩展性，因此在设计阶段需要充分考虑各个组件之间的相互关系以及整体架构。
方案：MBSE（基于模型的系统工程）
方案：MBSE（基于模型的系统工程）俎涛，火龙果软件工程技术中心方案简介MBSE（基于模型的系统工程）是对复杂系统进行分析设计和开发的有效方法。
为了帮助客户有效实施MBSE，由教练采用客户行业案例，带领客户团队，实施完整的MBSE过程，包括：系统需求建模、系统设计建模、软件需求建模/软件设计建模/基于模型的代码生成、硬件需求建模/硬件设计建模/基于模型的代码生成、基于模型的质量验证。
在实施过程中，采用基于建模工具EA或者其他支持MBSE的建模工具，结合相关的建模规范SysML和UML，实现如下环节：建模、文档生成、模型仿真与验证、代码生成、质量跟踪、变更管理。
MBSE路线图 1. MBSE（模型驱动的系统工程）概览1.· MBSE的目标2.· MBSE涉及的角色3.· MBSE的过程4.· MBSE的工件5.· MBSE的支持工具6.· MBSE在各个行业的发展情况2.系统分析、设计、开发与验证。
1.· 系统需求分析建模2.· 系统分析与建模3.· 系统架构设计与建模4.· 模块设计与建模5.· 软件和硬件接口建模，划分软件和硬件边界6.· 模型仿真与验证7.3. 软件分析、设计、开发与验证1.·软件需求分析与建模2.·软件架构设计与建模3.·软件详细设计与建模4.·代码生成5.·模型仿真与验证4.物理系统建模与仿真1.·静态结构建模2.·动态逻辑建模3.·模型仿真与验证基于SysML进行系统分析设计建模Sys ML是OMG推出的专门面向系统分析设计的建模语言，可以对系统结构进行自顶向下的分解建模，可以帮助系统工程师分解复杂系统的结构，如下是Sys ML的结构定义图。
Sys ML还可以对一个系统的内部各个结构的构成进行建模，如下是系统的内部模块定义图Sys ML还可以对系统的动态逻辑进行建模，如下是用来描述控制逻辑的参数图：基于UML进行系统分析设计建模UML是OMG定义的面向软件建模的标准语言，可以帮助软件工程师对软件需求、软件架构、软件详细设计、软件代码进行建模。
浅谈基于模型的系统工程（MBSE）技术
浅谈基于模型的系统工程（MBSE）技术MBSE概念国际系统工程学会（INCOSE）在《系统工程2020年愿景》中，给出MBSE技术的定义：基于模型的系统工程是对系统工程活动中建模方法应用的正式认同，以使建模方法支持系统要求、设计、分析、验证和确认等活动，这些活动从概念性设计阶段开始，持续贯穿到设计开发以及后来的所有的生命周期阶段。
基本系统工程专注于功能逻辑模型，专业领域关注的是性能模型，设计和制造专注于几何模型，MBSE的关键是把这几个模型相互关联，形成一套建模标准。
图1 MBSE与各模型的关系基于模型的系统工程MBSE（Model Based Systems Engineering）技术以其无歧义、便于进行设计综合、便于进行数据更改和追溯等优势，成为国内外复杂系统设计研究的热点，也是解决系统综合设计的有效手段。
由于复杂系统更需要系统工程的应用，所以航空、航天及汽车领域是目前系统工程发展的主要战场。
飞机机电系统包括燃油系统、液压系统、环控系统、电气系统、二动力系统等，是典型的复杂系统。
随着系统复杂度与综合化程度的提高，飞机机电系统的设计过程呈现出需求多样化、功能交互高度复杂、各领域物理系统交联耦合强、系统综合化程度高等特点，开展飞机机电系统综合设计已成为飞机设计亟需解决的问题。
美国空军从20世纪80年代开始实施了一系列机电综合研究计划，这些研究计划不仅在时间上具有连续性，在研究内容上也具备继承性，如图2所示。
图2 军机机电综合发展历程MBSE设计流程以飞机机电系统为例，介绍MBSE设计流程。
基于模型的系统工程将系统的设计过程分解为需求（requirements）定义-功能（function）分析-逻辑（logical）设计-3D物理（physical）设计过程，简称为RFLP。
RFLP贯穿于产品概念设计、方案设计、详细初步设计以及详细设计整个研制阶段中，对应于每个阶段、每个设计层级（飞机级、系统级、分系统级、设备级）、每个系统(燃油系统、环控系统、液压系统、电气系统等)构建相应的R模型、F模型、L模型和P 模型，从而实现对复杂系统需求、架构、功能、行为等不同层面的建模，基于模型支撑整个系统的需求、设计、分析、验证和确认等活动，实现整个设计过程的数据追溯。
mbse实践案例
MBSE（基于模型的系统工程）实践案例包括以下几种：
1. **美国宇航局喷气推进实验室（JPL）**：JPL已经将MBSE成功应用于实际项目的系统工程问题，覆盖了项目类型、项目活动和生命周期阶段。
例如，在火星2020探测车、Orion、欧罗巴卫星、欧罗巴快船、地球观测卫星SMAP等项目中应用了MBSE。
这些项目涵盖了多领域的机器人太空探索，如火星、太阳系、系外行星、天体物理学、地球科学和星际网络。
2. **军事系统研制**：采用MBSE方法进行系统研制，在设计阶段早期，应用建模和仿真手段实现需求的早期验证，保证设计过程的正确性。
MBSE持续贯穿整个武器系统的生命周期过程，开展体系建模、系统建模、专业领域建模，实现系统整个设计过程的模型化表达，并采用模型仿真手段，提升需求分析和验证能力，降低型号验证风险。
这些案例显示，MBSE在复杂系统的设计、开发和验证中具有显著的优势。
它能够提供一种直观、可追溯的模型表示形式，使各方更好地理解系统的整体结构和行为，提高设计的可靠性和有效性。
基于模型的系统工程(MBSE)的案例研究,第 2..
发布日期： 2012 年 3 月 23 日 级别： 初级 原创语言： 英文 访问情况 ： 1652 次浏览 评论： (查看 | 添加评论 - 登录)
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在本系列的第 1 部分中，我们获得了 UAV 地面控制器的系统设计，我们使用 IBM Rational Harmony 系统工程作为一个流程，指 引我们了解子系统和逻辑接口。不过，分布式系统的设计往往以数据为中心，而数据实体在系统设计中又占据最重要的位置。因 此，很显然，我们只好稍微调整一下 Rational Harmony 系统工程流程，让设计流程把重点放在数据实体上，同时继续将 Rational Harmony 系统工程等成熟的 MBSE 流程的优势融入设计中。
在一个域中，每个主题都将惟一的主题名称、数据类型 和一组服务质量 (QoS) 策略与数据相关联。每个主题都与一个数据类型相 关联，但多个不同主题可以发布相同的数据类型。发布者的行为由与发布者、数据创建者和特定数据源的主题元素关联的 QoS 策略 决定。同样，订阅者的行为由与订阅者、数据读取器和特定数据接收器的主题元素关联的 QoS 策略决定。可以在语言中指定并在案 例研究中使用的一些 QoS 策略和操作，如表 1 和表 2 所示。QoS 策略和操作如下所示。
谈谈MBSE--基于模型的系统工程
谈谈MBSE--基于模型的系统工程(图片来自网络)文/侯哥1.最近几年，系统工程的概念越来越火热。
其中MBSE是目前最受大家推崇的，也可以说是最时髦的。
在复杂系统的开发领域，如果你不能说出一些跟MBSE有关的一些词儿，那么你是无法号称自己站在时代前沿的。
国外把基于MBSE视为系统工程的“革命”、“系统工程的未来”、“系统工程的转型”等。
国内的很多大型组织也已经在开展了相关研究和应用了。
其中，包括大飞机和汽车等复杂的系统设计。
在汽车的开发，尤其是汽车的电气架构开发领域，MBSE已经被越来越多的公司所引入，并且通过使用相关的软件工具，把MBSE应用到电子电器开发的各个领域。
包括用户场景的描述、功能的开发、系统的详细设计和相应的测试验证。
由于现在已经有了直接把模型转换为代码的工具，所以，很多OEM可以通过MBSE的使用，具备或提高了一定的上层应用软件的开发能力。
以前的文章介绍过SDV（软件定义汽车）的概念，无论是否达到了SDV的阶段，OEM开发部分软件已经是一个明显的趋势和不争的事实了。
而MBSE的应用和推广必将助力OEM和整个行业的软件质量的提升和开发速度的提高。
有个大佬曾经说过：MBSE下，工程研制工作由过去的“80%劳动、20%创造”转变为“20%劳动、80%创造”。
为啥呢？一句话：MBSE可以让工程师更多的时间投入在设计中，而不是文档上。
2.那么MBSE究竟是何方神圣？今天给大家介绍一下相关的概念，让大家有一个初步的认识。
MBSE是Model-Based SystemsEngineering的缩写，翻译成中文就是：基于模型的系统工程。
这里面有三个关键词：模型，系统和工程。
模型是一个含义丰富的词。
在MBSE里，特指描述待研究的对象，把待研究的对象的一些特性抽象出来，并使用标准化的表达方式来进行描述，从而能够进一步进行研究的一种形象化的表达方法。
工程这个词就不需要解释了。
什么才是“系统”呢？系统的定义：系统是由两个以上有机联系、相互作用的要素所组成，具有特定功能、结构和环境的整体。
基于模型的系统工程(mbse)方法论综述_概述说明
基于模型的系统工程(mbse)方法论综述概述说明1. 引言1.1 概述引言部分主要旨在介绍本篇长文的主题——基于模型的系统工程（MBSE）方法论，并概述文章的结构和目的。
MBSE是一种系统工程方法论，通过建立和使用模型来描述、分析、设计和验证系统，以提高系统开发过程中的效率和质量。
1.2 文章结构本文将按照以下结构展开对MBSE方法论的综述。
首先，我们将对系统工程和模型驱动工程进行简介，为读者提供一定背景知识。
接着，我们将详细探讨MBSE 方法论的定义与特点。
随后，我们将重点关注MBSE方法论中的三个关键要点：模型建立与表示、模型验证与验证以及模型驱动设计与开发。
最后，在应用层面上，我们将通过案例分析来展示MBSE方法论在不同行业领域中的应用情况。
最后一部分是结论与展望，在此部分我们将总结文章中阐述的观点和发现，并对MBSE方法论未来发展进行展望。
1.3 目的本文旨在全面回顾和概述基于模型的系统工程（MBSE）方法论，并探索其在实践中存在的关键要点和挑战。
同时，本文也将通过应用案例分析，展示MBSE 方法论在不同行业领域中的应用情况。
通过阅读本文，读者可以深入了解MBSE方法论的定义、特点以及其对系统工程过程的价值和影响。
最后，我们希望能为读者提供对MBSE方法论发展趋势的展望，引发更多关于此领域未来可能性的思考。
2. 基于模型的系统工程方法论概述2.1 系统工程简介系统工程是一门综合性学科，它解决了复杂系统设计和开发过程中遇到的各种问题。
它通过从整体上考虑、分析和优化系统的需求、功能、结构和性能，以及在整个生命周期中管理系统各个方面的交互作用，实现了有效的系统集成与开发。
2.2 模型驱动工程概念模型驱动工程（Model-Driven Engineering, MDE）是一种软件开发方法，其核心理念是将模型作为软件开发过程中的主要产物和交流媒介。
MDE通过建立抽象、可执行的模型来描述系统需求、设计和实现，并通过自动化转换或代码生成来实现软件开发生命周期中的各个阶段。
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IBM BluemixRational Harmony 系统工程中基于模型的系统工程Rational Harmony for Systems Engineering 使您能够识别并推导出所需的系统功能，还能够确定相关的系统模式和状态。
此外，您还可以将已确定的系统功能和状态分配给子系统结构，并确定跨子系统的端口和接口。
图 1 显示了您在每个工程阶段为了完成系统设计而必须执行的基本输入和输出。
图 1. 工程阶段的生命周期在功能分析阶段，通过一个活动图定义用例的功能流。
然后，从活动图推导出用例场景。
各场景通过一组序列图表示，创建用例块的端口和接口时需要用到它们。
最后，用例基于状态的行为被捕获为一个状态图。
在架构设计阶段，选定的系统块被分解成几部分。
最终的系统结构被捕获在 SysML 块定义图 (BDD) 和SysML 内部块图 (IBD) 中。
每个用例分配都可以通过一个关联的白盒活动图以图形的形式表示。
下图是用例的黑盒活动图的副本，但它被划分为泳道 (swim lane)。
每条泳道代表分解层次的一个块。
然后，根据选定的设计理念，将操作 “移动” 到各自的块泳道。
这种分配的一个基本要求是要求维护操作之间的初始链接（功能流）。
最后，详细架构设计阶段的重点是端口和接口的定义，以及在架构分解的最低层，系统块基于状态的行为的定义。
设计流程/大纲UAV 地面站的系统要求被划分成两个用例，如图 2 所示。
为了实现可追溯性，需要将已确定的系统要求与相关的用例相关联。
在本文中，假设已经完成需求分析。
对于本案例研究，我们将重点关注 Uc1 PerformAreaSearch 用例。
图 2. UAV 管理系统用例图功能分析用例的功能流涵盖的方面包括：将搜索分配给选定的 UAV、接收来自 UAV 传感器的追踪信息、保持系统追踪信息与传感器追踪信息一致、维护所需要的传感器追踪信息更新历史、允许操作员中止搜索。
您可以使用该工具在黑盒活动图中详细说明每个功能流，如图 3 所示。
图 3. 黑盒活动图图 3 的大图用例场景您可以看到，活动图中的每个流都表示一个不同的用例场景。
这些流不仅能帮助我们详细了解功能流中的操作，还能形成在各个开发阶段验证用例行为的基础。
在图 4 所示的五个场景中，您可以通过其中三个场景获得我们的用例。
图 4. 黑盒用例场景图 4 的大图用例状态图在下一步中，您可以使用序列图获得端口和接口。
获得端口和接口之后，必须在状态图中捕捉用例的状态行为。
最后，为了设定用例的黑盒行为的基线，需要执行状态机，并且将生成的序列图与刚才创建为场景的序列图进行对比。
本用例的状态机如图 5 所示。
图 5. 黑盒状态图图 5 的大图状态 “Search Executed” 有两个 ‘and' 子状态：“Perform Sensor Track Management 执行传感器追踪信息管理” 和 “Perform History Check”。
第一个子状态支持追踪信息的建立或更新，第二个子状态清除大于 30 分钟的传感器追踪信息历史，如果传感器追踪信息没有历史记录，则清除传感器追踪信息本身。
架构设计在架构设计阶段，您需要重点关注结构分解，以及如何将操作和行为分配给子系统组件。
首先，我们描述了将系统结构性分解成子系统的系统 BDD（参见图 6），然后我们将获得 Use Case White-Box ActivityDiagram，并通过它将用例的操作分配给分解后的子系统（参见图 7）。
当将系统分解成子块后，它会以关键系统功能的定义为基础。
这一阶段的目标是对系统功能进行分组，每个组可以通过一个子系统组件实现。
第一步是将相关的系统功能划分为关键系统功能。
对于本用例，我们通过用例黑盒活动图的分析，确定了以下三个关键系统功能：管理传感器追踪信息控制人机界面执行历史管理图 6. UAV 管理系统 BDD考虑到要使用一些关键系统功能，我们获得了如图 6 所示的 BDD。
因为我们有子系统块，所以接下来的任务是在各个泳道中执行分配操作，以描绘每个独立的子系统块。
以下是重要的分配规则：如果您无法将操作分配到单个块，那么必须将操作分解。
在这种情况下，已分解的相关业务必须通过各自的依赖关系链接到父操作。
您可以将一个系统级的操作分配到多个块。
在这种情况下，需要将相关的操作复制到相应的块泳道，并将它们集成到功能流中。
图 7. 白盒活动图图 7. 白盒活动图图 7. 白盒活动图在图 7 中，与操作员交互相关的操作已包含在人机界面 (MMI) 控制器组件中。
同样，与创建、更新和处理传感器追踪信息相关的操作被分配到 Track Manager 泳道。
而与历史数据管理有关的操作都推送到 History Manager 泳道。
在将连续流拆分成两个块的地方，可以利用消息操作来表示从一个块到另一个块的转发请求。
这种模式的一个示例是，从 History Manager 组件到 Track Manager 组件的消息操作purgeSensorTrack()，该操作请求后一个组件执行 disposeSensorTrack()。
现在，已将操作分配给泳道，下一步就是执行具体的架构设计。
具体的架构设计在进行具体的架构设计阶段，需要重点关注端口和接口的定义，以及实现子系统块基于状态的行为。
为了做到这一点，必须使用白盒序列图确定所子系统块的端口和接口。
黑盒活动图的重点是确定不同的系统功能（操作）流，而白盒活动图的重点则是不同子系统之间的协作，同时还要考虑到操作的分配。
接收到服务请求定义一个块的接口。
在定义了端口和接口后，必须将所产生的每个叶块基于状态的行为捕获到某个状态图中。
代理白盒序列图如图 8 所示。
序列图显示一个子系统块为了满足场景而向另一个子系统块请求的服务。
图 8. 白盒序列图图 8. 白盒序列图图 8. 白盒序列图图 8 的大图我们继续使用白盒序列图来获得子系统之间的端口和接口，并获得代理子系统组件基于状态的行为，如图9、图 10 和图 11 所示。
图 9. MMI 控制器状态图 9 的大图图 10. 追踪信息管理器的状态图图 10 的大图图 11. 白盒端口和接口参考资料学习查看本系列的第 2 部分：为分布式系统的分析和设计开发以数据为中心的流程Systems Engineering Best Practices with the Rational Solution for Systemsand Software Engineering ，作者：Hans Peter Hoffman ；工具书版本访问 developerWorks 的 Rational 软件专区，获得 Rational SoftwareDelivery Platform 产品的技术资源和最佳实践。
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图 11 的大图结束语我们描述了如何通过案例研究来应用 Rational Harmony 系统工程流程。
从系统工程切换到后续系统开发的关键构件是一个可执行基线模型。
该模型是生成规范文档和操作 ICD 的资料库。
切换包中包含下列项目：可执行子系统模型的基线子系统已分配的操作的定义子系统端口和逻辑 接口的定义子系统行为的定义，捕获在状态图中测试场景，从系统级用例场景中获得获得产品和技术下载IBM WebSphere UDDI 注册中心预览版 FAQs的 Rational 软件。
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