MBSE系统工程是什么

MBSE（基于模型的系统工程）是现代系统工程的最新发展结果。

曾经的产品设计师利用纸笔绘制图版来制作产品和设计，在CAD这类三维建模软件的出现，让工程师们甩掉了图板和图纸，带来的效益大家都能理解。

目前系统工程师们当前的境遇与以前的产品工程师相似，利用文档做系统论证与设计。MBSE的出现类似于CAD的出现，改用软件进行系统设计与论证。这种设计模式带来的效益将不亚于CAD一类带给产品设计师的效益。

MBSE概念的提出背景

现代工程系统伴随着技术精细化与管理思想的发展，产品设计的复杂性迅速增长，软件开发密集度的特性越来越突出，单位成本急剧增加，研发组织中几乎没有人或单个团队能够理解整个系统。而且，与其相关的运转支撑环境也越来越复杂。这些特点都对复杂产品和系统设计带来了新问题，具体表现如下：

1）系统设计中的庞大信息与数据难以管理

众多信息分散于各个文档，难以保证完整性与一致性；
传统工程说明文档对于复杂的、动态交互性强的活动难以描述，表达力不足。有时会产生歧义，导致工程人员交流时的误解；
工程细节难以维护与跟进，某处文档内容更改后，与该文档相关的文档都需要相应更改。工作量大，维护困难。

2）高端复杂产品的研发面临严峻的挑战

以空客380为例，由于体量的变化，相关的运转支撑环境需要发生相应变化。运送餐食的车辆、

产品检修、运送行李等地面设备都需要做相应调整，同时廊桥也需要根据380而重新设计。

3）系统设计开始前未能全面了解需求

过去的工业品设计过程中，在需求和系统方面花的时间往往很少，而把大部分时间花在做各种仿真和试验上。需求没有分析清楚，工程师就开始进入设计过程。一个实际工作中最典型的问题是：某产品可能一共存在15种场景，结果工程师只是对其中8种场景进行过分析。设计到最后发现还有很多场景没有考虑到，只能重新来过。因此，错误的需求和系统设计，往往会造成南辕北辙的严重后果，浪费大量的人力物力。

4）早期验证发现问题不到位

在复杂产品的设计中，如果能早期就对系统进行验证，及时发现错误并予以纠正，可节约大量纠错成本，有效提高产品质量并缩短产品开发周期。但由于缺少早期验证手段，使得现在在复杂系统设计过程中发现问题的时间很晚。

问题解决思路

通常，在产品开发的各个阶段，几乎所有人都只是从自己的视角去描绘了一个目标。因此，在各阶段转换的过程中存在信息断层。例如，从需求转化到产品功能定义，往往没有明确统一的交付物，各个阶段各个学科应用的工具、模型、描述方式均不相同，无法互通数据。而这些描述性文档，往往会由于阅读者专业背景的限制，造成理解偏差。如何通过构建统一明确的模型，来减少各个学科和阶段的信息交互偏差，是现代工程系统开发必须要解决的关键问题之一。

基于MBSE方法建立系统开发体系是一条比较成熟的路线。通过进行需求定义、功能分解、系统综合及系统仿真，对系统问题进行全面表达，将顶层系统问题逐层分解成可被硬件、软件解决的各个子问题，将子问题的解决方案逐层集成整合到系统中以解决顶层系统问题，从而构建出一个基于模型的产品研制环境。

采用系统工程方法——从上到下进行定义与分解，再从下到上进行集成与整合验证，以应对复杂系统与体系的设计；
引入MBSE中的“模型”，实现对象模型化，从而保证从上到下定义分解过程保持最本源共识；
系统的表达由“以文档为中心”转变为“以模型为中心”，基于统一建模语言的一系列系统模型成为全生命期各阶段产品表达的“集线器”，可以被各学科、各角色研发人员和计算机所识别，为研发组织内的高效沟通和协同奠定了基础；
通过需求模型、结构模型和行为模型解决目标共识的问题；
为了保证需求定义、功能分解、系统综合与整合验证过程不失真，从系统开发早期开始，就从多个维度和多个层级进行全过程系统的仿真验证。

设计工具

根据系统开发整体业务框架，基于模型的设计工具主要由以下几个方面的能力构成：

完成需求图、结构图和行为图的SysML建模，可与需求管理工具无缝集成；
一种可视化编程环境，具有完整的、可定制的代码自动生成能力；
统一的设计和开发环境，可进行系统调试和验证，是可扩展的体系结构；
系统建模与仿真，在设计初期考虑系统功能的影响，对各个功能子系统进行多方案评估。

能够解决MBSE完整解决方案的产品有很多，推荐使用一款国产软件 ModelCoder ，从模型自动生成正确无误的二进制代码，已、并经过形式化验证。此外可以配合可视化的系统建模工具 SysModeler 进行仿真和文档生成，支持UML、SysML、AADL等语言。以及全数字实时仿真平台 SkyEye，利用拖拽的方式快速搭建任意的虚拟硬件平台，保证虚拟嵌入式系统的可靠性和实时性，进行嵌入式软件的开发和调试。