系统模型MBSE的流程.pptx
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系统模型MBSE的流程.pptx
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基于模型的系统工程主要内容一、对系统工程的进一步理解和认识二、MBSE的概念和特点三、MBSE的优势四、国外的研究与应用情况五、MBSE对中国航天和工程界的意义2一、一、对对系系统统工程的工程的进进一步理解和一步理解和认识认识
(一)
(一)系系统统工程包括技工程包括技术过术过程和管理程和管理过过程程
(二)
(二)系系统统工程、系工程、系统统模型和系模型和系统统建模建模(三)(三)系系统统工程目前所面工程目前所面临临的挑的挑战战34V型型图图:
层层层层分解与分解与层层验证层层验证管理过程技术过程建模语言建模方法建模工具56技术沟通过程商务沟通过程技术沟通过程的管理商务沟通过程的管理7
(二)系统工程、系统模型和系统建模模型就是建模者把建模对象中感兴趣的某些特征抽取出来并用某种符号所表示的产物。
美国国防部系统工程研究中心系统工程知识体系指南建模语言:
抽象语法、具体语法。
模型载体:
纸张、计算机硬盘等。
对对工程研制的工程研制的认认识识8工程活工程活动动:
造出:
造出满满足人的需要的足人的需要的东东西。
西。
工程研制是一个知工程研制是一个知识识沟通的沟通的过过程,也是一程,也是一个建立系个建立系统统建模的建模的过过程。
程。
任何工程系任何工程系统统的的设计设计都要都要经历经历用用户户需求需求系系统统要求要求系系统统功能功能系系统结统结构构系系统统参参数数这样这样一个推一个推导导的的过过程。
程。
设计语设计语言必言必须须能能够够表示需求、系表示需求、系统统要求、要求、系系统结统结构、系构、系统统行行为为、系、系统统参数等。
参数等。
系统模型所谓工程系统模型就是以各种符号、线条、文字组成的、可以依据该模型把工程系统建造出来的模型。
系统模型都是三层的,而且必须集成在一起。
910系统工程师的桌面抽取出的需求文档图表1图表2图表3数据功能列表文档追溯清单分析和权衡研究工程分析文档任何更改都会影响其它的文档物理部件接口定义源文档打印出的报告、模型和规格系系统统模型:
模型:
牵牵一一发发而而动动全身全身系统建模工程系统的研制过程,就是建立工程系统模型的过程。
工程系统模型是工程设计工作的成果和中心。
从工程系统研制工作的不同种类、不同阶段来对建模工作进行划分,主要包括以下几类:
构建模型(指用户构建需求模型,描述自己的需求)推导模型(从需求模型推导出逻辑模型,再推导出物理模型)修改模型(分析、优化、完善、改正)实现模型(依据模型做出实物)验证模型(对设计结果进行试验、仿真、验证)选择模型(分析、评价、权衡研究)等。
因此可以说,工程系统研制过程就是建立工程系统模型的过程。
对研制工作的管理,就是对这些系统建模工作以及模型本身的管理。
11系系统统工程:
工程:
围绕围绕系系统统模型的系模型的系统统建模工作建模工作系统模型12构建模型选择模型推导模型修改模型验证模型实现模型系统工程的主要做法13工程系统日渐复杂工程系统模型日渐复杂工程系统建模工作日渐复杂工程系统建模工作的管理难度日渐增大我们所理解的系统工程:
系统工程是一种方法,一种建立复杂工程系统的模型的方法(此处的系统建模是广义的),因此,系统工程方法包括了用于系统建模的语言、建模工具、建模方法、建模工作的组织管理(含工具)。
系统工程过程:
给出了一个从系统层过渡到元素层的规范化的方法,它给出了一个解决问题的逻辑思路并把它固化了下来。
研制程序、技术基线与技术评审:
把这些建模工作在时间轴上“平摊”开来,就形成了研制程序。
数学模型和仿真技术:
减少对实物模型及实物试验的需求。
建模工作的组织管理:
项目管理,WBS、PERT、关键路径法、挣值管理等。
工具:
计算机,对系统建模工作和建模工作的组织管理进行支撑。
(三)系(三)系统统工程所面工程所面临临的挑的挑战战理解的理解的难难度在度在增增大大:
认知和理解是研制出系统的前提,目前对系统进行认知的太慢、成本太高系系统统越越发发复复杂杂系系统统的系的系统统14沟通成本太高沟通成本太高:
NASA的经验,“系统工程95是沟通,5是工程”。
航天器设计过程中的沟通15二、二、MBSE的定的定义义和特和特点点16(一
(一)MBSE的三个支柱(在三个方面与的三个支柱(在三个方面与TSE的区的区别别)(二
(二)MBSE的两个特点的两个特点MBSE的三个支柱MBSE有三个支柱:
建模语言,建模思路,建模工具。
系统工程团队会使用特定的建模工具,标准化的建模语言来执行特定建模方法所要求的一系列设计任务,以创建出一个集成化的系统模型。
MBSE17建模语言建模思路建模工具TSE和MBSE特点对比18TSEMBSE建模语言自然语言为主系统建模语言为主建模工具计算机(安装了自然语言编辑软件)计算机(安装了系统建模语言编辑软件)建模方法以处理文本文档为主以处理图形化、可视化、形式化的模型为主系统模型一本一本的报告“离散”构成,靠手动、人工关联存储在计算机的模型库中,自动关联系统模型的仿真对计算机的利用程度低对计算机的利用程度高系统建模中的人机分工与协作低水平高水平系统模型从零散到集成TSE:
离散、凌乱的各种文档(纸质、电脑中)19MBSE:
集成的、关联的各种模型1、系统建模语言SysML图示结构图示行为图示参数图PD内部块图IBD块定义图BDD包图PKG需求图示需求图REQ序列图SD状态机图SMD活动图AD用例图UC20以块定义图为例说明系统建模语言21活动图:
表示各个块之间的控制流、物质流、能量流信息流22用顺序图表示各个系统之间的消息2324模型元素的交叉关联结结构构行行为为要求要求参数参数SysML的特点25可视化:
通过框图、线条把那些通过文字或其它表达方法很难表达清楚的、隐晦的潜台词用简单直观的图形表达和暴露出来,准确而直观地描述复杂的含义,把“隐晦”的变成“可视”的,便于读者理解模型所表达的意思,从而提高了沟通的效率。
形式化:
克服了自然语言在表示工程系统和科学规律方面随意性的缺点,而且便于计算机处理。
关联化:
用户端用线条、箭头、块的名字等实现了关联,在计算机底层,通过形式化的实现了关联,可以保证对系统模型进行修改时的联动、同步、一致性。
通俗的比方:
类似Excel中的关联2627现有的系统工程过程的产出设计综设计综合合将功能结构变为物理架构定义备选方案定义物理接口需求分需求分析析分析任务和环境识别功能要求定义/推敲性能与设计的约束条件需求回路功能分析与分功能分析与分配配把功能分解到下一层把性能和其他限制性要求分配到功能层次定义功能接口定义功能架构设计回路验证回路文档需求文件操作概念功能分解FFBD/EFBD图产品分解结构系统分解图N228MBSE的系统工程过程的产出设计综设计综合合将功能结构变为物理架构定义备选方案定义物理接口需求分需求分析析分析任务和环境识别功能要求定义/推敲性能与设计的约束条件需求回路功能分析与分功能分析与分配配把功能分解到下一层把性能和其他限制性要求分配到功能层次定义功能接口定义功能架构设计回路验证回路需求图REQ用例图UC包图PKG活动图AD顺序图SD状态机图SMD块定义图BDD参数图PD内部块图IBD图2.建模思路29建模思路可以比作是去往某目的地的路径图,规定了一套必须要执行的任务序列,以保证团队成员带着共同的目标和视角,以具有一致性的形式完成系统建模过程。
目前主要的方法包括:
IBMTelelogicHarmony-SEWeilkiensSystemModeling(SYSMOD)methodINCOSEObject-OrientedSystemsEngineeringMethod(OOSEM)等。
3.建模工具30建模工具是一些兼容特定建模语言的计算机软件工具。
系统建模工具的功能与图形绘制工具如Visio、Schematic等完全不同。
图形绘制工具创建的是可视画面,画面中的元素之下并没有模型的支撑以保证元素之间的一致性;建模工具创建的模型包含模型组件以及组件之间的关系,创建的视图是为了对模型的容纳进而审阅、浏览,远超“画面”所能表达的意义。
常用的建模工具有IBMRhapsody、MagicDraw等。
软件模型机械、电气模型SSETQRCLRQ验证模型性能、可靠性、保障性等G(s)U(s)分析模型
(二)
(二)MBSE的特的特点点Cust1om:
er模型的集模型的集成成制造AnalysisSpecSpecification产品保障用户模型31各专业学科的模型如何集成在一起?
32
(二)MBSE的特点2:
知识模型化型号研制所需的知识都是以文档、模型的形式存在,并进行沟通交流。
可以用自然语言表示知识,也可以用系统建模语言表示。
从TSE到MBSE,是从“知识文本化”到“知识模型化”。
便于理解、便于沟通,使得项目团队中的“吵架”吵得更有水平。
33三、三、MBSE的的优优势势34
(一)
(一)及早及早进进行全系行全系统统仿真仿真
(二)
(二)应对应对需求蠕需求蠕变变(三)(三)实现软实现软硬件的和硬件的和谐谐开开发发(四)(四)提升研制提升研制单单位知位知识识管理的能力管理的能力(五)(五)系系统统工程管理的部分工作工程管理的部分工作变变得容易得容易35模型的集成和知识的模型化关系紧密:
36知识必然以模型的形式表示,并且存储在模型载体、建模工具上,MBSE的特点是模型的集成化程度高,即系统模型的各个视图便于集成,各个视图实际上是系统的各个利益相关者根据自己所掌握的知识所构建出来的,或者是运用自己所掌握的知识对系统视图的修改、优化。
因此,MBSE的模型的集成化程度高和知识模型化本质上是一回事。
(一)及早进行全系统仿真虚拟分系统集成测试分系统集成测试系统集成测试用户要求分析系统要求虚拟系统集成和测试零部件实现分系统要求零部件要求系统确认交付验证验证验证确认37设计图图纸物理产品发现问题迟迭代次数多周期长、成本高N满意?
Y试验试验传统传统方式:
一切通方式:
一切通过试验过试验的的设设计计38设计图试验N满意?
Y力学分析热分析机构分析流体分析电磁分析建模建模建模建模建模现现行流程:
行流程:
试验为试验为主,分析主,分析为为辅辅39试验N满意?
力学分析N满意?
热分析机构分析流体分析电磁分析优化MBSE的流的流程程40
(二)应对需求蠕变块定义图内部块图参数图活动图顺序图状态机图需求图用例图需求的模型设计的模型集成测试模型41(三)实现软硬件的和谐开发CSC综合和测试HWCI试验CSCI测试系统要求分析系统设计系统综合和试验编码和详细设计CSU测试软件要求初步设计分析当前的开发模式硬件要求初步设计详细设计设计出图制造42研制程序MBSE的和谐开发模式制造编码和CSU测试CSC综合和测试HWCI试验CSCI测试系统要求分析系统综合和试验详细设计详细设计系统设计初步设计设计出图43研制程序(四)(四)提升研制提升研制单单位知位知识识管理的能力管理的能力44两两总经验总经验的的总结总结、型号研制中常、型号研制中常见风险见风险,变变成系成系统统建模建模语语言所构建的容易理解的模言所构建的容易理解的模型、型、图图形,而不形,而不仅仅仅仅是文本。
是文本。
在在MBSE下,成熟型号的知下,成熟型号的知识识是以系是以系统统建模建模语语言模型的形式表示和存言模型的形式表示和存储储的,便于捕的,便于捕获获、查询查询、理解、重用,而且重用的、理解、重用,而且重用的级别级别可以可以大幅度地提高,大幅度地提高,类类似似设计软设计软件件时时可以直接可以直接拿来一个模拿来一个模块进块进行重用。
行重用。
单单个型号的架构,个型号的架构,也可以在后也可以在后续类续类似型号中重用。
似型号中重用。
MBSE和和PDM、并行工程有明、并行工程有明显显的不同。
的不同。
(五)系(五)系统统工程管理的部分工作工程管理的部分工作变变得容得容易易45凡是涉及到型号凡是涉及到型号设计设计方案(系方案(系统统模型)模型)的的管理和管理和维维持的工作,都会持的工作,都会变变得比得比较较容易,容易,如技如技术术状状态态管理、管理、资资料管理、接口管理、料管理、接口管理、权权衡研究等。
衡研究等。
主要内容一、对系统工程的进一步理解和认识二、MBSE的概念和特点三、MBSE的优势四、国外的研究与应用情况五、MBSE对中国航天和工程界的意义46国外公司在大规模推广应用MBSE洛马公司47NASA庞巴迪欧洲导弹公司正在大规模应用;潜艇设计团十大中心对MBSE都有应用。
是洛马公司的供应商。
被洛马公研制时间缩短50以上。
其它的公司,队花了1年时新的项目都司要求使用效率提升一间,把原来在用MBSE。
MBSE般在10的文档全部40。
转成MBSE的模型我们对国外MBSE应用情况的分析判断目目前前MBSE在在国国外外已已经经从从从从概概念念、方方法法研研究究阶阶段段迈迈入入工工程程实实践践阶阶段段,并并且且实实践践应应用用进进展展迅迅速速,已已经经形成百花形成百花齐齐放,快速放,快速发发展的格局展的格局。
MBSE在国外正在国外正处处于于较较大大规规模推广模推广应应用的用的阶阶段段。
MBSE是在是在对对系系统统工程工程进进行行积积极地研究和探极地研究和探索索的情况下,的情况下,结结合型号研制的需求和已有的技合型号研制的需求和已有的技术术基基础础,提出来的新方法,提出来的新方法。
48主要内容一、对系统工程的进一步理解和认识二、MBSE的概念和特点三、MBSE的优势四、国外的研究与应用情况五、MBSE对中国航天和工程界的意义49中国:
既要技术创新也要管理创新50中国制造2025:
工业4.0、制造强国。
制造强国需要很强的设计能力,不仅仅是工业设计、产品设计,还包括工程设计。
MBSE是系统工程这种组织管理技术的创新。
简单总结51核心观点:
1、系统工程这种组织管理的技术,应该包括系统建模技术;系统建模技术包括建模语言、建模方法和建模工具。
2、语言改变设计。
MBSE在建模语言、建模方法和建模工具上有重大改进,是系统工程未来的发展方向。
3、MBSE在系统建模技术上有重大改进MBSE下的系统建模工作的组织管理会有相应的变化。
几个供几个供讨论讨论的的问题问题52MBSE是否真的那么有用是否真的那么有用(IBM认为认为是革是革命)?
命)?
理理论证论证明、明、实实践践验证验证?
MBSE如何引入中国工程界?
找到正确的人。
如何引入中国工程界?
找到正确的人。
在已有型号中在已有型号中试试用、用、验证验证;在正研制的型号中新老方法并行使用在正研制的型号中新老方法并行使用;在全新型号中使用在全新型号中使用。
ThankYou!
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