基于標準建模語言與模型集成標準的系統(tǒng)工程綜合框架研究

常創(chuàng)業(yè)

一、轉(zhuǎn)型期產(chǎn)品研制面臨的問題

隨著基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）方法應(yīng)用的深入，逐漸暴露出兩方面的問題：一是廠所內(nèi)部雖然建立了基于SysML的系統(tǒng)模型，但是系統(tǒng)模型與系統(tǒng)生命周期中其他模型的集成依然存在割裂的現(xiàn)象，導(dǎo)致仿真模型、機械模型、電子模型、軟件模型和制造模型等與系統(tǒng)模型的聯(lián)系較弱，不能實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的連續(xù)傳遞;二是面對復(fù)雜系統(tǒng)多廠所協(xié)同的研制模式，廠所之間各系統(tǒng)的接口關(guān)系、拓撲結(jié)構(gòu)、變更影響和沖突分析等信息的管理至關(guān)重要，但目前大多還停留在基于文檔的管理模式之下，因此在分布式、協(xié)同的產(chǎn)品研制模式下如何實現(xiàn)系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)的互操作也是亟需解決的問題。

為解決以上問題，信息技術(shù)中心（金航數(shù)碼）通過對基于標準建模語言與模型集成標準的系統(tǒng)工程綜合框架的研究，面向復(fù)雜系統(tǒng)全生命周期，基于國際通用的建模和集成標準，構(gòu)建以系統(tǒng)模型為核心，可支撐系統(tǒng)需求、設(shè)計、分析、實現(xiàn)、集成、驗證、制造、運行和保障等不同模型的系統(tǒng)工程集成平臺（以下簡稱“平臺”），如圖1所示。

二、系統(tǒng)工程集成平臺構(gòu)建

基于對問題的描述和需求的分析，通過定義平臺的運行背景，識別與平臺交互的參與者和外部接口，主要包括系統(tǒng)建模工具和系統(tǒng)生命周期環(huán)境，其中系統(tǒng)生命周期環(huán)境包括系統(tǒng)研制、使用和保障過程中涉及到的所有工程系統(tǒng)。

平臺主要包括五個功能：

系統(tǒng)分析功能：基于標準的集成接口實現(xiàn)系統(tǒng)模型與不同領(lǐng)域模型的集成，開展參數(shù)計算、風險分析、方案權(quán)衡和模型檢查。

系統(tǒng)展示功能：展現(xiàn)系統(tǒng)生命周期內(nèi)所有模型之間的關(guān)聯(lián)和追溯關(guān)系，基于語義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開展智能的模型檢索和展現(xiàn)。

模型集成功能面向系統(tǒng)全生命周期中不同領(lǐng)域，與項目管理、需求工程、系統(tǒng)設(shè)計、分析仿真、多學科優(yōu)化、制造供應(yīng)和使用維護等不同模型進行集成，建立完整的系統(tǒng)模型。

模型庫管理功能：對于系統(tǒng)設(shè)計和分析過程中產(chǎn)生的各種模型進行管理，形成可復(fù)用的貨架模型，支持系統(tǒng)設(shè)計和分析的快速開展。

數(shù)據(jù)協(xié)同功能：對于跨廠所的協(xié)同設(shè)計和仿真，支持系統(tǒng)全生命周期模型的構(gòu)型管理、沖突管理和訪問控制。

通過對國際MBSE工具鏈的研究和分析，可以將平臺中的系統(tǒng)分析功能、系統(tǒng)展示功能、模型集成功能和模型庫管理功能對應(yīng)到系統(tǒng)模型集成子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)協(xié)同功能對應(yīng)到數(shù)據(jù)協(xié)同管理子系統(tǒng)，最終形成平臺解決方案，如圖2所示。

三、新模式帶來的價值

新模式將從廠所內(nèi)的系統(tǒng)模型集成以及廠所間的系統(tǒng)模型協(xié)同兩個維度為客戶帶來價值。

系統(tǒng)模型集成子系統(tǒng)通過將基于SysML的系統(tǒng)架構(gòu)模型與其他領(lǐng)域模型（例如，JIRA中的項目模型、STK中的運行模型、DOORS中的需求模型、CATIA中的機械模型、SCADE中的軟件模型、Mentor中的電子模型，SimulationX、Simulink和ANSYS中的仿真模型，Teamcenter、Windchill中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，以及數(shù)據(jù)庫、Excel中的數(shù)據(jù)等）進行集成，支持系統(tǒng)工程團隊協(xié)同開發(fā)和管理復(fù)雜系統(tǒng)的完整系統(tǒng)模型。

數(shù)據(jù)協(xié)同管理子系統(tǒng)提供系統(tǒng)工程、設(shè)計制造和產(chǎn)品保障三大應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品數(shù)據(jù)協(xié)同中樞，為產(chǎn)品全生命周期各階段內(nèi)和階段之間的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同提供支持。通過將產(chǎn)品全生命期數(shù)據(jù)共享的標準模型與基于系統(tǒng)工程過程的實施方法結(jié)合，為復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)研發(fā)的企業(yè)內(nèi)各專業(yè)部門間、供應(yīng)鏈擴展企業(yè)各成員單位間、以及客戶與研制方之間的信息共享和協(xié)同提供全新的解決方案，成為復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)研制的跨業(yè)務(wù)、跨組織和跨地域協(xié)同工作平臺的“經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)”。

四、成功經(jīng)驗與推進建議

通過對國際先進航空航天和防務(wù)組織及企業(yè)的研究，建立系統(tǒng)工程集成平臺的成功經(jīng)驗主要有兩個：一是選擇國際通用的建模和集成標準，建模標準主要包括系統(tǒng)建模語言SysML、機載嵌入式系統(tǒng)建模語言AADL和多物理系統(tǒng)建模語言Modelica等，集成標準主要包括系統(tǒng)集成接口規(guī)范FMI、模型互操作規(guī)范OSLC、模型本體定義規(guī)范OWL/RDF和產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)交換規(guī)范PLCS（AP-239）等;二是培養(yǎng)一批理解MBSE方法和工具的人才隊伍。