MBSE基于模型的系统工程

Matlab simulink里面研发常用方法也是MBSE，国内也有不少优秀的软件公司研发了相关的MBSE工具软件，

前言

“MBSE”是“基于模型的系统工程”的英文“Model-Based Systems Engineering”的首字母缩写。从字面意思能看出MBSE这个概念有三个核心的概念“系统”、“系统工程”、“基于模型”。我们从“国际系统工程协会”（INCOSE）的出版物“系统工程手册”中摘录上面三个概念的定义如下：

“系统”（System）：系统是相互作用的多个部分组成的为完成特定目的的一个整体。从这个基本概念看，这个世界上很多东西都可以称为“系统”。但是工程技术人员的研究领域中，这个“系统”主要是指软、硬件组成的产品、平台等。这个“系统”也包括其中的流程、人员、信息、技术和设施等。至于纯“人”的社会系统则不是这个技术研究的范围。

“系统工程”（SE，Systems Engineering）：系统工程是一种使系统能够成功实现的跨学科的方法和手段。“系统工程”工作包括：在“系统”开发周期的早期阶段定义客户需求及功能，并文档化。然后进行设计综合和系统确认。同时考虑整个系统各方面的问题，包括系统运行、成本、进度、性能、培训、支持、试验、制造和销毁等。这里的“系统工程”简单说指的是产品研发过程的技术方法。

“基于模型的系统工程”（MBSE）：“支持以概念设计阶段开始，并持续贯穿于开发和后期的生命周期阶段的系统需求、设计、分析、验证和确认活动的正规化建模应用。”用通俗一点语言解释的话，MBSE就是开发一个产品、平台的时候，把产品、平台研发中涉及到的各个方面用“计算机数据模型”方式建立起来，形成一个统一的“系统模型”。

在系统工程的“V”模型中，MBSE的建模工作代替了传统的撰写文档的工作，和专业设计（机械、电路、软件、工艺等）模型对接一起形成了涵盖产品全过程的数字化模型。

MBSE是开展产品数字化设计的首要步骤，是系统数字化模型的主框架。MBSE技术也是设计数字孪生系统的方法工具。企业实施数字化工程首先就是开展MBSE工作，是企业实现数字化转型的关键。是企业实现持续的系统创新的技术动力。

Model-Based Systems Engineering（MBSE）是一种基于系统工程的模型化方法，它通过建立和使用模型来描述、分析和设计复杂系统。本文将介绍MBSE的基本概念和开发流程，包括需求分析、系统建模、验证与验证等关键步骤，旨在帮助读者了解MBSE的核心原则和流程。

1. 引言

随着科技的不断发展，系统工程变得越来越复杂，传统的文档化方法已经无法满足对系统的全面描述和分析需求。MBSE作为一种新兴的方法论，通过建模语言和工具支持系统工程的各个阶段，为系统工程师提供了更加高效和全面的工作手段。

2. MBSE基本概念

MBSE是一种基于模型的系统工程方法，它强调系统工程中的模型化、集成化和协同化。在MBSE中，系统工程师使用计算机辅助设计工具（如SysML、UML等）构建系统模型，这些模型可以涵盖系统的需求、结构、行为、参数等方面，形成一个全面的系统描述，从而实现对系统的统一管理和控制。

3. MBSE开发流程

3.1 需求分析

MBSE的开发流程通常从需求分析开始。系统工程师首先收集、分析和整理系统的各项需求，包括功能需求、性能需求、约束条件等。然后，他们利用建模语言（如SysML）将这些需求转化为系统模型的一部分，形成需求模型。

3.2 系统建模

在完成需求分析之后，系统工程师开始进行系统建模。他们使用建模语言和工具，比如SysML工具，描述系统的结构、行为、交互关系等方面。系统模型可以包括系统的功能分解结构、物理结构、动态行为模型等内容，帮助工程师深入理解系统的复杂性，发现潜在的问题和风险。

3.3 分析与仿真

系统建模完成后，系统工程师进行模型的分析和仿真。他们利用建模工具提供的分析和仿真功能，验证系统模型的正确性、完整性和一致性。通过仿真，工程师可以评估系统的性能、可靠性、安全性等指标，发现潜在的问题并及时进行调整和优化。

3.4 验证与验证

最后，系统工程师进行系统模型的验证与验证工作。他们与相关利益相关者（如用户、设计人员、管理者等）共同审查系统模型，确保系统模型符合需求，满足各方利益相关者的期望。在验证与验证的过程中，系统工程师需要充分沟通，及时反馈，确保系统的正确性和一致性。

4. 建模语言的选择

在MBSE的开发流程中，选择适合的建模语言是非常重要的。通常情况下，系统工程师会根据系统的性质和复杂度，以及团队的技术背景和经验来选择建模语言。常见的建模语言包括SysML、UML等，它们提供了丰富的模型元素和关系类型，能够很好地满足系统工程的需求。

5. 模型管理与协同

随着系统模型的不断完善和更新，模型管理与协同成为MBSE开发过程中的重要问题。团队成员需要共享和协同编辑系统模型，确保模型的一致性和完整性。因此，基于模型的协同平台和工具显得尤为重要，这些工具可以帮助团队成员实现模型的版本控制、协同编辑、变更管理等功能。

6. 模型驱动的工程实践

在MBSE的开发流程中，模型扮演着核心的角色，模型驱动的工程实践是一种重要的方法论。通过模型驱动的方式，系统工程师可以将模型作为设计、分析、验证的基础，实现对系统的全面管理和控制。模型驱动的工程实践也促进了系统工程的自动化和标准化，提高了工作效率和质量。

那说一下matlab在MBSE的应用

在Model-Based Systems Engineering (MBSE) 中，通常会遵循一系列的流程来进行系统建模、分析和验证。MATLAB可以被应用于这些流程的不同阶段，下面我将详细描述基于MBSE流程在MATLAB中的应用。

1. 系统需求分析

在MBSE流程中，首先需要对系统的需求进行分析和管理。MATLAB提供了Simulink Requirements 工具，可以帮助工程师创建、管理和跟踪系统的需求。利用该工具，工程师可以在Simulink环境中直接定义系统的需求，将需求与系统模型进行关联，并且进行变更管理和跟踪。

2. 系统建模

系统建模是MBSE流程中的核心环节。在MATLAB中，可以利用Simulink进行系统的动态建模，包括结构模型、行为模型等。同时，还可以使用MATLAB进行系统的数学建模，比如利用Simulink中的数学建模工具箱进行复杂系统的数学表达式建模。

3. 系统仿真与分析

MATLAB/Simulink提供了强大的仿真和分析功能，可以应用于系统行为的仿真、性能评估、鲁棒性分析等。工程师可以利用Simulink进行系统的动态仿真，以验证系统模型的正确性和完整性，并通过MATLAB进行系统性能的分析和优化。

4. 验证与验证

在MBSE流程中，系统的验证和验证是至关重要的环节。MATLAB/Simulink提供了丰富的仿真和验证工具，可以帮助工程师对系统模型进行验证。例如，可以利用Simulink Verification and Validation 工具箱进行模型验证，包括模型覆盖率分析、仿真测试等。

5. 文档生成与报告输出

最后，MBSE流程中需要生成系统设计文档和报告。MATLAB提供了Simulink Report Generator 工具，可以帮助工程师自动生成系统设计文档、仿真报告等，从而实现对系统工程的全面管理和记录。

通过以上流程，工程师可以充分利用MATLAB/Simulink工具来实现MBSE流程中的系统建模、仿真与分析、验证以及文档输出，从而提高系统工程的效率和质量。这些工具的使用使得基于MBSE流程的系统工程更加系统化、全面化和标准化。