随着技术的进步,现代工程产品早已转向为机械、电子、物理、控制、通信等领域组成的复杂系统,这种由不同属性的子系统集成的复杂工程系统,不仅接口呈指数级增加,复杂度也随之产生了质变。复杂系统工程往往上马难回头,主要原因就是复杂度的剧增,另外还有其周期长,成本高的问题,并且随着政策和环境的改变(例如安全性、碳排放等政策缩紧),风险高也是复杂系统工程面临的重要挑战。
通常,一个大型的复杂系统工程要满足的需求涉及多方面的利益相关方,技术,工程因素等等,而这些需求可能相互存在冲突。为了满足这些需求而设计开发的子系统,在交互与集成时,其作用也会溢出至子系统之外,进而对系统架构中的更高层级造成影响。可见,复杂系统的开发往往是迭代的过程,要捕获每个层级的互相作用和行为,从而保证在并行开发众多子系统的同时,既允许较低层级上所做的设计决策可以被迭代上传,又能够通过整体系统的整合为子系统提供上下文。
那么,作为MBSE的三要素,方法论、工具和建模语言,就成为了能否利用MBSE使复杂系统工程有效落地的关键。Arcadia方法论、Capella工具和DSML语言的体系就是当今屈指可数的全系统MBSE解决方案之一。
相较于其它MBSE方法论,Arcadia最突出的特色就是来自于工程实践,更适用于复杂的电子系统,尤其是包含多种软硬件的装备产品设计,更符合系统工程师思维,也擅长协调多方位约束下的架构设计。Arcadia方法论所描述的是整个系统设计中的详细逻辑推理过程,始于对客户真正需求的理解,为满足需求,定义系统架构并将其共享给所有利益相关方,支持多视角的建模与分析,保证各方的协同合作并保证系统信息的一致性。尤其是Arcadia/Capella方法在进行系统设计和功能分解的过程中,可以将系统与子系统自动转换,极大地提高了设计效率。除此之外,由于Arcadia允许模型层次嵌套,因此可以依据实际工程产品对方法和步骤进行灵活调整,自由掌握系统复杂度,从而适应具体工程需求。
Arcadia谈了这么多,来长按二维码阅读资料,复习一下,在夯实了基础后,接下来就可以继续探寻Arcadia在实践复杂系统工程中的具体应用。
案例一
法马通集团选择Arcadia方法实施MBSE,应对当前复杂核岛设备研发中的挑战。
面对着极其严格的安全和政策要求、日趋复杂的复杂性(核岛系统与常规岛系统、电力系统、监控和仪控系统有着错综复杂的交互关系)、以及成本和周期的压力,核岛系统(核电站的重要子系统)的架构设计必须要考虑的重中之重就是:在满足核安全的前提下,提高核电站的工程性能和缩短施工时间。因此,在对核岛系统的需求进行建模和架构设计时,法马通集团对Arcadia方法做了有效的剪裁,旨在减轻工程团队的任务量,加速架构设计。
作为核电站的子系统,核岛系统的顶层需求明确,由总体系统分配而来,因此可以剪裁掉Arcadia中的运行分析层级,将重心放在系统分析和逻辑架构层级,并根据核岛系统的实际情况,确定出六大工程任务:1识别核岛系统生命周期与状态,2识别利益相关方与接口,3定义核岛系统的外部功能,4根据外部功能衍生出内部功能,5分配内部功能到子系统/组件,6建立动态场景。
Arcadia 方法的剪裁
扫描二维码,详细了解法马通集团是如何利用裁剪的Arcadia和集成了Capella的西门子系统建模平台SMW,对核岛系统的需求进行建模与架构设计的。
案例二
罗罗(Rolls-Royce)采用Arcadia / Capella来定义大型民用航空涡轮风扇发动机的架构,以管理系统复杂性和最小化相关风险。
该应用的最初目的是为动力变速箱的润滑油系统构建模型,但由于润滑油系统中的交互和涌现行为众多,且存在未知的可能,所以罗罗选择基于Arcadia框架建立整个引擎的联合模型(模型的模型),来捕获所有的润滑油系统交互、所需的功能、涌现行为、系统和组件,通过在系统分析层级定义系统“黑盒”,然后通过逻辑架构和物理架构层级定义系统架构。该方案将完整的产品系统层次架构分为:润滑油系统,发动机,发动机系统和子系统,动力装置和飞机。其中的每个独立模型都定义了一个基于空间限制、故障传播和涌现行为所约束的功能和约束的子系统架构。通过无拘束的功能和系统建模,联合模型既允许专家团队对独立模型进行充分开发,更是为子系统提供了上下文,从而支持并行开发。同时,Arcadia/Capella方法中的多个视图能够描述系统的迭代开发,从而做到始于需求来捕获功能,且保持系统设计空间尽可能开放。
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