基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）及MWORKS實(shí)踐 課件 10 MBSE教材講義 第十章 MBSE未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

立足航天、面向工業(yè)、服務(wù)行業(yè)基于模型的系統(tǒng)工程及MWORKS實(shí)踐聶蘭順教授2024年11月08日立足航天、面向工業(yè)、服務(wù)行業(yè)MBSE未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)聶蘭順教授2024年11月08日概述伴隨著數(shù)字化研發(fā)技術(shù)體系的升級(jí)，國(guó)內(nèi)外復(fù)雜裝備系統(tǒng)研制團(tuán)隊(duì)以及管理機(jī)構(gòu)逐步擴(kuò)展MBSE的方法、范疇，既有的MBSE技術(shù)體系正在延伸為數(shù)字工程或者新一代MBSE技術(shù)體系，正在將各專業(yè)的CAD/CAE納入系統(tǒng)研發(fā)模型范疇，更加強(qiáng)調(diào)任務(wù)、需求、功能、性能、物理、可靠性、工藝、維護(hù)以及孿生模型等全生命周期多階段模型在系統(tǒng)研制過(guò)程中的作用和必要性，在這種大背景下，MBSE語(yǔ)言、模型、工具、方法、應(yīng)用都產(chǎn)生了全新的發(fā)展方向。INCOSE的《系統(tǒng)工程愿景2035》中描述了全球范圍內(nèi)系統(tǒng)工程的背景、實(shí)踐的當(dāng)前狀態(tài)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，并且指出既有的很多系統(tǒng)工程優(yōu)秀實(shí)踐已經(jīng)成為系統(tǒng)工程方法的標(biāo)準(zhǔn)案例，而MBSE、敏捷工程與系統(tǒng)工程的結(jié)合應(yīng)用等相關(guān)實(shí)踐正處于過(guò)渡發(fā)展階段，數(shù)據(jù)科學(xué)、人工智能等技術(shù)的高速發(fā)展也給系統(tǒng)工程、MBSE等帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。簡(jiǎn)而言之，過(guò)去十幾年，MBSE得到了巨大的進(jìn)步和長(zhǎng)足發(fā)展，未來(lái)10年，MBSE將在理論方法、技術(shù)體系、應(yīng)用實(shí)踐等方面取得更加輝煌的進(jìn)步。新一代系統(tǒng)工程發(fā)展趨勢(shì)《系統(tǒng)工程愿景2035》定義了未來(lái)系統(tǒng)工程轉(zhuǎn)型實(shí)踐的主要方向。系統(tǒng)工程的未來(lái)是基于模型的，支撐企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型；系統(tǒng)工程實(shí)踐將在系統(tǒng)復(fù)雜性和企業(yè)敏捷性方面取得重大進(jìn)展；系統(tǒng)工程將利用數(shù)據(jù)科學(xué)等其他學(xué)科的實(shí)踐來(lái)應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)規(guī)模增長(zhǎng)的需求；正式的系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)將被編纂成指導(dǎo)性文件，從而結(jié)合下一代系統(tǒng)工程方法和工具支撐新型裝備系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)；人工智能將影響系統(tǒng)工程實(shí)踐，并支撐新型裝備系統(tǒng)的研發(fā)；系統(tǒng)工程教育將發(fā)生重大變化，其范圍將覆蓋早期教育并重點(diǎn)關(guān)注終身學(xué)習(xí)。MBSE的實(shí)踐落地需要一個(gè)熟練應(yīng)用MBSE技術(shù)體系的團(tuán)隊(duì)，需要包括MBSE方法、工具和培訓(xùn)在內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施。在MBSE、數(shù)字孿生等技術(shù)持續(xù)發(fā)展的背景下，更加廣泛的數(shù)字化技術(shù)融合已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外復(fù)雜裝備用戶、管理部門、研制單位的共同需求。新一代系統(tǒng)工程發(fā)展趨勢(shì)支持任務(wù)論證和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)級(jí)仿真驗(yàn)證，設(shè)計(jì)即正確支持需求和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的協(xié)同管理基于需求基于架構(gòu)基于機(jī)理新一代系統(tǒng)工程發(fā)展趨勢(shì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)仿真專業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)仿真API元數(shù)據(jù)代碼轉(zhuǎn)換模型集成降階代理聯(lián)仿接口集成模型傳遞新一代系統(tǒng)工程發(fā)展趨勢(shì)系統(tǒng)建模語(yǔ)言能力擴(kuò)展SysML2.0將會(huì)具有的明顯變化語(yǔ)言擴(kuò)展能力SysML2.0中定義了內(nèi)核建模語(yǔ)言（KerML)，提供了公共的、獨(dú)立于領(lǐng)域的建模能力，可以用于構(gòu)建語(yǔ)義豐富且可互操作的領(lǐng)域化建模語(yǔ)言，并將SysML定義為KerML的一種擴(kuò)展語(yǔ)言。提高了語(yǔ)言表達(dá)能力SysML2.0除了圖形符號(hào)表示，也同步支持文本表示，為系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)建模提供了描述式的建模能力。提升了復(fù)雜系統(tǒng)的建模能力SysML2.0還優(yōu)化了系統(tǒng)建模元素，刪減了部分非必要的圖元，同時(shí)增加了建模能力。設(shè)計(jì)與仿真集成能力大量MBSE實(shí)踐結(jié)果證明了數(shù)字化設(shè)計(jì)與數(shù)字化驗(yàn)證在復(fù)雜系統(tǒng)研制過(guò)程中具有同等重要的意義，目前也已經(jīng)確定了SysML、Modelica兩種語(yǔ)言的核心地位。系統(tǒng)建模語(yǔ)言能力擴(kuò)展分析驗(yàn)證多方案權(quán)衡結(jié)構(gòu)、行為、接口的描述外部語(yǔ)言、工具、模型集成參數(shù)、約束、計(jì)算的定義基于用例面向?qū)ο?，基于元?shù)據(jù)基于參數(shù)和可運(yùn)行函數(shù)參數(shù)化需求、可計(jì)算的分析用例模型、元數(shù)據(jù)結(jié)合，參數(shù)化描述、行為約束需求可分配多方案枚舉、時(shí)間切片、元數(shù)據(jù)集成用例與參數(shù)、元數(shù)據(jù)、架構(gòu)集成語(yǔ)法語(yǔ)義面向設(shè)計(jì)驗(yàn)證開(kāi)放擴(kuò)展互操作參數(shù)化可執(zhí)行文本&圖形系統(tǒng)建模語(yǔ)言能力擴(kuò)展MBSE新方法與新應(yīng)用基于集合的設(shè)計(jì)（SBD）是一種復(fù)雜的設(shè)計(jì)方法，使用形成不同角度的設(shè)計(jì)方案集合

并使用各自集合之間的交集來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠考慮大量的替代方案，在做出決策之前確定可行性，與MBSE框架相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案權(quán)衡空間探索。MBSE新方法與新應(yīng)用JPL的MBSE產(chǎn)品生命周期應(yīng)用NASA：經(jīng)過(guò)了“能力建設(shè)”和“可演示MBSE”階段，正處在“完整MBSE”階段，支持廣泛變化的機(jī)制推廣和支持持續(xù)變化的機(jī)制；ESA：運(yùn)用MBSE有效地解決歐幾里得任務(wù)面臨的問(wèn)題，應(yīng)用范圍從體系結(jié)構(gòu)模型覆蓋到詳細(xì)系統(tǒng)模型。NASA的MBSE路線圖階段2：可演示的MBSE階段3：完整MBSE階段1：初期能力建設(shè)我們處在這MBSE與人工智能的結(jié)合MBSE與AI技術(shù)結(jié)合的方式有兩種一種方式是將MBSE方法應(yīng)用于智能化系統(tǒng)中，用于智能算法設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，稱為MBSE4AI；另一種方式是將AI技術(shù)融入MBSE技術(shù)體系中，作為MBSE的支撐技術(shù)，擴(kuò)大MBSE技術(shù)的能力與范圍，稱為AI4MBSE。AI4MBSE技術(shù)則將AI技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的各個(gè)場(chǎng)景，通過(guò)各種類型的AI算法，提升

MBSE

在不同階段或任務(wù)場(chǎng)景下的應(yīng)用能力，主要包括如下幾個(gè)方面系統(tǒng)需求分析；自動(dòng)模型生成；模型與數(shù)據(jù)融合；任務(wù)規(guī)劃決策；系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化。MBSE&&AIArtificialIntelligence(AI)inModel-BasedSystemsEngineering-VisureSolutions本章小結(jié)本章面向MBSE的未來(lái)發(fā)展，介紹了數(shù)字工程等新一代系統(tǒng)工程的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步陳述了新一代系統(tǒng)建模語(yǔ)言在設(shè)計(jì)與仿真一體化、文本