1.3 MBSE研究现状
1.3.1 国外MBSE的研究与发展
1.美国
国际系统工程协会(INCOSE)空间系统工作组(Space Systems Working Group,SSWG)于2007年4月成立了SSWG挑战团队,使用SysML对虚构的FireSAT系统进行建模,首次证明了使用SysML进行航天系统建模的可行性。2011年4月,SSWG基于FireSAT项目启动了CubeSat项目,以验证MBSE方法在真实航天任务中的应用。目前,该团队已经完成了三个阶段的工作,包括进行CubeSat成本建模分析、使用SLIM工具进行产品全寿命周期管理,并向CubeSat团队提供最终产出的参考模型。
NASA兰利研究中心在Materials International Space Station Experiment-X(MISSE-X)项目中试点采用MBSE方法并对其成效进行评估。NASA工程与安全中心(NESC)研究了如何将MBSE和MBE应用于NASA的航天器研发项目中,并认为将MBSE统一应用于现有的航天器研发环境是比较困难的。因此,他们提出了“MBSE模板”作为未来可能的解决方案,并对MBSE中的研发和分析相关的工具链进行了评估。
在汽车系统设计领域,美国佐治亚理工学院与福特公司探索基于SysML定义的汽车系统架构,并将其与Modelica和Simulink集成进行相应分析。洛克希德·马丁公司潜艇设计团队在进行全新潜艇电子系统设计过程中花费了1年时间将原来的文档全部转换为系统模型,建模对象包括来自20个项目内的35套分系统、3500条接口需求、500项服务、5000 个接口实体模型、15000个模型元素之间的关系,通过模型化描述的方式解决了其过去复杂系统工程过程中变更管理不易开展的问题。
2.欧洲
在其他领域,MBSE也得到了广泛关注和应用。INCOSE与欧洲南方天文台合作,在超大型太空望远镜工程中采用MBSE解决工程中出现的各领域模型集成设计问题。通过MBSE指导系统工程师进行复杂系统的总体设计,涉及机械、光学、电子、软件等学科的问题,包含需求、架构、接口、行为等建模过程。
在MBSE标准和全寿命周期应用方面,欧洲航天局(European Space Agency,ESA)也做出了系统性的研究工作。在这方面,ESA一直致力于保证系统全寿命周期的数据一致性和基于模型的验证性。较典型的MBSE应用案例包括虚拟航天器环境工程、数据映射编辑器和空间系统数据库等。此外,在全寿命周期检测、MBSE标准和方法论的探索研究中,ESA也进行了系统性的研究工作。ESA通过引入MBSE方法,实现了复杂项目成本和质量的有效控制,保证了系统架构适合领域工程专家使用的属性一致性,在系统项目全寿命周期早期更好地执行验证。ESA实现了规范的可执行性、完整性、连续性和一致性,同时确保所有分析验证都是基于同样的系统数据。
德国工业软件公司西门子基于LMS的相关产品构建了MBSE解决方案,适用于开发流程的各个阶段,从先期概念分析直到详细设计和验证环节。MBSE的主要研究和应用机构包括戴姆勒股份公司、西门子股份公司、大众汽车集团、德国航空航天中心、德国慕尼黑机电系统与PLM工程设计研究所,以及德国亚琛工业大学。
在应用方面,德国“工业4.0实施规划”中将“利用模型掌握系统复杂性”列为8个未来重要活动领域之一。这些数据和信息表明以美国、德国为代表的工业强国充分重视MBSE,并已经在该领域开展了较为广泛的实践应用和持续创新。德国航空航天中心提出了一种三维状态分解建模方法,该方法从技术需求(Technical Requirements,TRS)开始,将技术需求映射到状态变量,并定义了空间工程的进度、功能、成本三条红线上的状态和关系。德国慕尼黑机电系统与PLM工程设计研究所针对不同类型的V模型进行了分析,提出了一种将DevOps或敏捷产品开发过程与MBSE框架相结合的方法,通过将敏捷概念引入MBSE,提出了慕尼黑敏捷MBSE概念。德国亚琛工业大学则提出了一种集成了仿真算法的新型MBSE仿真系统体系结构,该方法为不同数字孪生子网络以不同方式(不同系统的网络、组件及其工作环境)仿真提供了虚拟试验台,并已成功应用于多个领域。
法国达索公司的Cameo System Modeler和MODELIOSOFT公司的Modelio软件是目前在MBSE系统建模领域较为知名的软件。ESA在标准化和本体定义方面投入了大量精力,引入基于模型的系统工程(MBSE)来研究系统定义、开发、验证、部署、操作和退役方法。欧洲宇航防务集团(EADS)开发了一种将SysML模型与分析模型集成在一起的工业软件,并将该工具应用于飞机推进系统设计中。空客也使用基于模型的系统工程方法与北约体系结构框架(NAF)结合,以确保系统体系的一致性。这些实践表明,欧洲在MBSE领域也有着较为广泛的应用和创新。