MBSE流程介紹

1、1.什么是MBSE在2007年的INCOSE國際研討會上，INCOSE將MBSE定義為“對建模的 形式化應(yīng)用，用來支持系統(tǒng)的需求、設(shè)計、分析、驗證和確認(rèn)活動，這些活動開 始于概念設(shè)計階段并持續(xù)到整個開發(fā)和以后的壽命周期階段”。說白了 MBSE實際上是一種系統(tǒng)工程理論的方法論，他改變了以前基于文 檔的設(shè)計方法，而統(tǒng)一的基于模型的設(shè)計方法。因此系統(tǒng)模型是MBSE方法論單位主要工件，而系統(tǒng)模型也貫穿整個設(shè)計制造活動的整個生命周期。因此，如何建立準(zhǔn)確的系統(tǒng)模型成為 MBSE方法論的關(guān)鍵。2. MBSE工作流程是怎樣的系統(tǒng)模型作為MBSE的主要工件，是系統(tǒng)詳細(xì)說明、設(shè)計、分析和驗證信 息的根源，維持這些

2、信息之間的可追蹤性，需求或設(shè)計的任何更改都會反映在系 統(tǒng)模型中。系統(tǒng)模型提供了將系統(tǒng)工程中所有內(nèi)容集成在一起的框架。系統(tǒng)模型在模型頂層與各學(xué)科領(lǐng)域模型建立連接， 相關(guān)設(shè)計信息建立一一映射的關(guān)系，并 通過集成工具實現(xiàn)參數(shù)自動導(dǎo)入導(dǎo)出。要建立系統(tǒng)模型，首先需要一套建立模型 的工具，現(xiàn)在用的最多的是SysML系統(tǒng)建模語言，本次以SysML建模語言為例， 闡述我所理解的建立系統(tǒng)模型的大致流程。1）明確利益相關(guān)者的期望，任務(wù)目標(biāo)和任務(wù)約束。當(dāng)我們接到一個航天器設(shè)計任務(wù)時，首先要做的是明確利益相關(guān)者的期望， 任務(wù)目標(biāo)和任務(wù)約束。這一階段通常是通過面談解決的。 面談結(jié)束后，我們合并 明確下來的每個利益相關(guān)者

3、的期望（包括利益相關(guān)者目標(biāo)和設(shè)計約束），獲得缺失的信息，并解決不同要求之間的矛盾，最后的結(jié)果是一組完整規(guī)定的運行要求。2）需求分析前面我們得出了利益相關(guān)者要求，為了進行系統(tǒng)設(shè)計，需要對這些要求進行 細(xì)化和形式化定義，得到系統(tǒng)要求。系統(tǒng)要求在系統(tǒng)工程中發(fā)揮著非常重要的最 用，它們構(gòu)成了系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計活動以及集成和驗證活動的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)確認(rèn)和系統(tǒng)驗收的參考，并提供了各種技術(shù)人員之間進行交流之間的方式。 不同于利益 相關(guān)者要求，系統(tǒng)要求使用面向工程的技術(shù)語言表示，因為其明確的、一致的、 連貫的、詳細(xì)的和可驗證的表示方式，系統(tǒng)要求對于架構(gòu)設(shè)計非常有用。需求分析說白了就是將利益相關(guān)者提出的需求和約束轉(zhuǎn)化

4、成設(shè)計者所能理 解的語言，將這些語言轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)所要求的功能和約束。為后來的系統(tǒng)方案設(shè)計 提供詳細(xì)的理論基礎(chǔ)。3）系統(tǒng)方案分析設(shè)計。系統(tǒng)方案分析是對系統(tǒng)進行客觀的定量評價， 以便生成導(dǎo)出的工程數(shù)據(jù)和選 擇最有效的系統(tǒng)架構(gòu)。沒有方案可以同時具有最佳的性能、 最高的質(zhì)量和最低的 成本，在工程設(shè)計過程中，對于每個技術(shù)選擇或決策都要進行評價， 以確定系統(tǒng) 是否符合需求。（1） 建立系統(tǒng)主模型系統(tǒng)主模型形成的3個步驟和4個回路 要求分析負(fù)責(zé)把用戶的需求及外部環(huán)境的約束變換成系統(tǒng)要求。 功能分析與分配負(fù)責(zé)把系統(tǒng)要求變換成系統(tǒng)的功能，并把功能分解為系 統(tǒng)的一個一個的“小動作”，形成的文檔是功能架構(gòu)。 設(shè)計綜合

5、，則根據(jù)現(xiàn)有的產(chǎn)品及技術(shù)條件，把功能架構(gòu)“映射” 到物理 架構(gòu)上，完成設(shè)計過程。4個回路則負(fù)責(zé)把個步驟各自的產(chǎn)出和輸入進行對比 ，看是否匹配，這個過 程叫作驗證。這其中，設(shè)計師要在功能架構(gòu)和物理架構(gòu)之間進行多次的、雙方向 的反復(fù)迭代，直至所有的功能架構(gòu)和物理架構(gòu)都被試驗過 ，并且二者要一致，這 里包含了巨大的工作量功舗墾構(gòu)功港n認(rèn)三啊Ml要求分析Mf4lIlf-,-.-功能分析與分配 E4IVHMF 超計H仇l藥壽防謹(jǐn)薰構(gòu)】 iflih*認(rèn) 系統(tǒng)工作過程IS itttt輸入I.J .g1n輸出運用SysML的系統(tǒng)模型形成過程在MBSE方法中，系統(tǒng)工程過程的每一步產(chǎn)生的不再是文本文檔，而是用系

6、統(tǒng)建模語言所構(gòu)建的模型在要求分析步驟產(chǎn)生要求圖、用例圖及包圖，在功能分析與分配步驟產(chǎn)生順序圖、活動圖及狀態(tài)機圖，在設(shè)計綜合階段產(chǎn)生模塊定義圖、裝配圖及參數(shù)圖等。在系統(tǒng)不同層次反復(fù)應(yīng)用這一過程建模，可以深入到系統(tǒng)最底層的元素，把最底層元素的模型集成起來，就形成了一個完整的系統(tǒng)架構(gòu) 模型。在支持SysML的軟件中，框圖所代表的系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)數(shù)據(jù)被存儲在數(shù)據(jù) 庫中?？梢越柚煌邦w粒度”的系統(tǒng)架構(gòu)模型來進行可行性研究、備選方案研究等工作?？梢宰詣由上嚓P(guān)文檔，以供相關(guān)的決策者使用。（2）利用MBSE進行模型的詳細(xì)分析，設(shè)計。在得到系統(tǒng)主模型之后，需要進行航天器各系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計， 比如，機械系 統(tǒng)、電

7、路系統(tǒng)、力學(xué)性能等。各個專業(yè)設(shè)計師可以從建立的系統(tǒng)主模型中提取相 關(guān)參數(shù)，然后利用本學(xué)科專業(yè)參數(shù)來進行分析設(shè)計， 并將分析的結(jié)果或修改后的 模型及時反饋到主模型中。這樣就解決了不同工程師在分析研究同一個部件，但 他們所使用的術(shù)語、模型都不一樣，無法直接進行交流和共同的問題。 簡化了總 體設(shè)計和協(xié)調(diào)工作。MBSE概念的提出，雖然改變了原有的協(xié)同設(shè)計模式，但各學(xué)科、各專業(yè)之 間的協(xié)同仍然是靠人工來協(xié)調(diào)。為此，在 MBSE的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前航天器研 制模式，一方面，基于IDS統(tǒng)一數(shù)據(jù)源開展了總體一結(jié)構(gòu)一熱控協(xié)同設(shè)計，有效解決了傳統(tǒng)模式下人工協(xié)商多、復(fù)核復(fù)算多和設(shè)計精度難以保證的問題。另一方 面，建立

8、了基于多級骨架關(guān)聯(lián)設(shè)計的并行機制， 通過建立上下游專業(yè)設(shè)計對象之 間、專業(yè)內(nèi)部設(shè)計對象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系， 實現(xiàn)當(dāng)上游設(shè)計發(fā)生變化時，下游設(shè)計 可以自動更新，從而加快設(shè)計迭代周期，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。此外，在基于模型的跨專業(yè)協(xié)同設(shè)計模式基礎(chǔ)上， 提出了通過構(gòu)建模型信息 規(guī)范化發(fā)布接口，將設(shè)計參數(shù)、三維模型、分析模型、控制接口、加工工藝等信 息進行發(fā)布的跨專業(yè)協(xié)同設(shè)計工具集成模式，并基于該模式開發(fā)新工具、整合現(xiàn) 有工具，形成協(xié)同模式下的總體總裝/結(jié)構(gòu)/熱控/總體電路設(shè)計工具集，形成與工藝設(shè)計協(xié)同的信息接口，通過搭建協(xié)同數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)協(xié)同模式下跨專業(yè)模型 的統(tǒng)一管理。4) MBSE在產(chǎn)品設(shè)計、制造中的作

9、用MBSE提出將基于模型的的思想貫穿于整個產(chǎn)品研制的全生命周期，因此衍生出基于模型定義(MBD )的數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)。MBSE提出將“基于模型”的思想貫穿于整個產(chǎn)品研制的全生命周期，但在 產(chǎn)品設(shè)計階段，傳統(tǒng)的數(shù)字化產(chǎn)品的定義是“二維 +三維”形式，即所建的三維 模型僅僅作為幾何模型，而尺寸、公差、粗糙度、熱處理方法等工藝信息仍然在 二維圖紙上表示，這就導(dǎo)致了在制造環(huán)節(jié)中仍然要以二維工程圖作為制造的唯一 依據(jù)，整個的制造體系仍然為傳統(tǒng)的二維體系， 這種產(chǎn)品定義模式無法保證產(chǎn)品 定義唯一性?；谀Ｐ投x(Model Based Definition，MBD)的數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)

10、信息化的發(fā)展趨勢，它是將三維產(chǎn)品的制造信息與三維設(shè)計信息共 同定義到產(chǎn)品的三維模型中，以改變目前三維模型和二維工程圖并存的局面，保證產(chǎn)品定義的唯一性。目前，國外 MBD技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，其中的杰出 代表波音公司，787型客機研制過程中，全面采用了 MBD技術(shù)，并將MBD模 型作為制造的唯一依據(jù)，完全拋棄了二維工程圖樣。MBD技術(shù)并不是簡單地在三維模型上進行標(biāo)注，而是通過一系列規(guī)范的方 法更好地表達設(shè)計思想，以此打破“設(shè)計一制造”之間的隔閡，一方面，能容易 地被設(shè)計人員所理解，另一方面，又能方便地被計算機處理。目前，在航天器研制過程中全面開展了全三維技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了從傳統(tǒng)的二維加三維的數(shù)字化產(chǎn)品定義到基于 MBD的全三維數(shù)字化產(chǎn)品定義方式轉(zhuǎn)變，。 結(jié)合某遙感衛(wèi)星研制，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)板、總裝直屬件、電纜網(wǎng)三維模型下廠，為其 他航天器研制積累了寶貴的實踐經(jīng)驗。A -卻禪型I ME創(chuàng)斟5就天滯硏劇聽啞歷的4瞬玫5) MBSE在總裝集成、測試驗證、產(chǎn)品驗收中的作用還沒有找到資料，待補充 3.現(xiàn)階段MBSE方法應(yīng)解決的難點 如何建立準(zhǔn)確的，唯一的系統(tǒng)模型現(xiàn)階段工程上建立的系統(tǒng)模型往往在驗證的過程中需要大量的修改，這就造成了工作量大，耗