試論基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）的推進(jìn)思路

劉紅皊 江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 南昌市 330024

1 系統(tǒng)工程概述

對(duì)接公司的戰(zhàn)略規(guī)劃和“智慧洪都”的愿景，為應(yīng)對(duì)復(fù)雜性帶來(lái)的挑戰(zhàn)，在裝備研制過(guò)程中，必須通過(guò)引入基于模型的研發(fā)業(yè)務(wù)模式，運(yùn)用“系統(tǒng)工程”的流程、方法來(lái)指導(dǎo)研制過(guò)程，基于需求自頂向下，層層細(xì)分，逐步迭代、驗(yàn)證和確認(rèn)，開展正向設(shè)計(jì)。系統(tǒng)工程覆蓋全生命周期，其核心在“前端”的需求分析、功能分析和架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)“盡早”對(duì)系統(tǒng)需求、功能、架構(gòu)的驗(yàn)證和確認(rèn)，進(jìn)而指導(dǎo)產(chǎn)品開發(fā)和生命周期后續(xù)階段。

系統(tǒng)工程是正向設(shè)計(jì)的方法論，核心過(guò)程是需求分析、功能分析和設(shè)計(jì)綜合，見圖1。它是自頂向下，逐步細(xì)分的過(guò)程。系統(tǒng)工程處于專業(yè)工程的上層，關(guān)注“需求”、“功能”、“架構(gòu)”，而不是具體實(shí)現(xiàn)。

圖1 系統(tǒng)工程V模型

MBSE方法論可被描述為用于支持在“基于模型的”或“模型驅(qū)動(dòng)的”背景環(huán)境中系統(tǒng)工程學(xué)科的諸多流程、方法和工具的集合。它是開發(fā)和維護(hù)復(fù)雜系統(tǒng)的關(guān)鍵，提供支持系統(tǒng)需求分析、功能分析、架構(gòu)設(shè)計(jì)、需求確認(rèn)和驗(yàn)證活動(dòng)所需的形式化的建模和模型執(zhí)行手段。MBSE引入了綜合系統(tǒng)模型的概念，通過(guò)系統(tǒng)用例、功能、時(shí)序、狀態(tài)、架構(gòu)和接口等模型全面反映系統(tǒng)各個(gè)方面的屬性信息，為系統(tǒng)工程人員提供一種以模型化的系統(tǒng)建模語(yǔ)言（Systems Modeling Language，SysML）為基礎(chǔ)的系統(tǒng)行為描述的規(guī)范，對(duì)系統(tǒng)的各種需求進(jìn)行可視化的表達(dá)和分析，確保不同專業(yè)、不同學(xué)科、不同角色的工程設(shè)計(jì)人員基于同一模型快速準(zhǔn)確理解、識(shí)別、定義、分析、確認(rèn)、分配需求。

MBSE作為一種新的范式，NASA、美國(guó)國(guó)防部、歐空局等政府組織和相關(guān)承包商積極在項(xiàng)目中應(yīng)用，IBM等軟件和方案提供商也在積極地開展研究，并開發(fā)相關(guān)的支持環(huán)境。有關(guān)MBSE的研究與應(yīng)用正在快速地?cái)U(kuò)展開來(lái)，影響越來(lái)越大。MBSE方法已經(jīng)成為最近幾年系統(tǒng)工程界研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)。推廣應(yīng)用系統(tǒng)工程已是軍方、機(jī)關(guān)和集團(tuán)公司的統(tǒng)一要求，也是型號(hào)研制的必然選擇，尤其是要將系統(tǒng)工程方法論和相關(guān)工具在型號(hào)研制工作中應(yīng)用起來(lái)。未來(lái)洪都研制體系也將基于模型，每個(gè)階段進(jìn)行相應(yīng)的仿真迭代，充分驗(yàn)證，然后再向下一個(gè)環(huán)節(jié)推進(jìn)，將問(wèn)題提前暴露和解決，模型相互關(guān)聯(lián)，逐步細(xì)化完善，最終形成型號(hào)模型庫(kù)，形成可復(fù)用的知識(shí)。

2 推進(jìn)過(guò)程中存在的問(wèn)題

自2013年開始推進(jìn)基于模型的系統(tǒng)工程，洪都公司在行業(yè)內(nèi)屬于最早的一批應(yīng)用單位，2014年成為集團(tuán)公司的系統(tǒng)工程試點(diǎn)單位，經(jīng)過(guò)需求工程、MBSE方法的理論導(dǎo)入、試點(diǎn)應(yīng)用以及典型型號(hào)應(yīng)用，雖然取得了良好的成效，需求成為型號(hào)設(shè)計(jì)的源頭和驅(qū)動(dòng)力，模型逐步成為研制過(guò)程中的重要分析方法和手段。但在試點(diǎn)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題如下：

2.1 DOORS+Rhapsody+SimulationX = MBSE ?

MBSE是一套方法論，其基本思想是系統(tǒng)工程。DOORS、Rhapsody和SimulationX等工具，是能夠用于MBSE的眾多工具中的一種?，F(xiàn)在很多時(shí)候設(shè)計(jì)員卻將Rhapsody和MBSE等同了，說(shuō)到MBSE就認(rèn)為是Rhapsody，而使用Rhapsody就認(rèn)為在用MBSE。最終導(dǎo)致MBSE被工具主導(dǎo)，當(dāng)采用新的工具時(shí)，又要重新開展MBSE。

由于MBSE是方法論，所以要求所有參與和將要參與的設(shè)計(jì)員理解并采用MBSE的思維模式，同時(shí)研究適合于自身特點(diǎn)和能力的MBSE方式，落實(shí)到具體的MBSE流程中，根據(jù)流程定義工具的作用。再結(jié)合流程和工具，從需求到系統(tǒng)分析再到模型庫(kù)的管理，才能根據(jù)關(guān)注點(diǎn)有側(cè)重地掌握和使用工具的特定功能，提高工具的利用效率。

2.2 建模規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

模型是一種語(yǔ)言，MBSE的核心是模型，而模型是通過(guò)建模語(yǔ)言來(lái)描述。所以要用好MBSE，掌握建模語(yǔ)言是首要的。但是有了建模語(yǔ)言，并不代表就能建好模型。同樣的對(duì)象，由于知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、能力、理解等的差異，不同的人建立的模型可能完全不一致，解決一致性問(wèn)題的途徑是建立建模規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。組織的能力決定了模型的質(zhì)量，也決定了建模規(guī)范的質(zhì)量。

2.3 人力資源問(wèn)題

整個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中，始終存在人力資源投入不足的問(wèn)題。 主要原因是試點(diǎn)成員均承擔(dān)了多項(xiàng)工作任務(wù)，型號(hào)研制、課題研究及其它工作繁忙；次要原因是對(duì)MBSE缺乏積極性，沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)到MBSE的優(yōu)勢(shì)，將MBSE試點(diǎn)作為一項(xiàng)額外的工作。針對(duì)該現(xiàn)狀需要成立專門的試點(diǎn)團(tuán)隊(duì)，試點(diǎn)周期不能太長(zhǎng)；應(yīng)在全所范圍內(nèi)加強(qiáng)MBSE思想及理論方法的學(xué)習(xí)，提高對(duì)MBSE的認(rèn)識(shí)。

3 保障措施及建議

為了保證MBSE在型號(hào)項(xiàng)目中的順利推進(jìn)，特制提出以下幾個(gè)方面的保障措施及建議。

（1）人員保障方面

前期通過(guò)系統(tǒng)工程試點(diǎn)項(xiàng)目培養(yǎng)出的骨干力量經(jīng)常出差或?qū)I(yè)部?jī)?nèi)沒(méi)有安排其參與后續(xù)相關(guān)工作，在一定程度上影響了系統(tǒng)工程在型號(hào)項(xiàng)目中的推廣應(yīng)用。突出的問(wèn)題是人員難以固定、持續(xù)性不好、效果差。

建議：首先已具備一定技術(shù)能力的骨干將所學(xué)進(jìn)行傳授；其次更多的員工參與相關(guān)的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，加強(qiáng)培訓(xùn)考核，避免培訓(xùn)走過(guò)場(chǎng)；另外各部門員工按計(jì)劃保障項(xiàng)目的開展。新員工可將重點(diǎn)放在工具軟件的應(yīng)用學(xué)習(xí)上，老員工將重點(diǎn)放在工程經(jīng)驗(yàn)的傳承上，新老員工一起完成軟件的學(xué)習(xí)和相關(guān)模型的建立，同時(shí)也能保證項(xiàng)目的應(yīng)用推廣。

（2）激勵(lì)機(jī)制方面

目前系統(tǒng)工程的推廣主要集中在對(duì)工具的應(yīng)用上，而且這些工具比較專業(yè)，學(xué)習(xí)難度也比較大。且對(duì)工具的應(yīng)用除了軟件的學(xué)習(xí)外，也需要有較為豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。目前設(shè)計(jì)員較排斥應(yīng)用新工具開展業(yè)務(wù)工作，建議所里采取相應(yīng)的激勵(lì)機(jī)制來(lái)保障系統(tǒng)工程思想、方法及工具在實(shí)際型號(hào)項(xiàng)目中的推廣應(yīng)用。

（3）推廣途徑方面

系統(tǒng)工程作為一套支持武器裝備正向研制的系統(tǒng)理論，應(yīng)該和型號(hào)研制工作緊密的結(jié)合起來(lái)，僅依靠信息化部門，推進(jìn)較難、效果不好。因此，建議從型號(hào)研制的角度，由總師系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用和推廣，作為型號(hào)研制工作的重要組成部分。在型號(hào)研制初期將系統(tǒng)工程思想融入項(xiàng)目研制流程，形成項(xiàng)目研制計(jì)劃，由總師或者副總師親自進(jìn)行應(yīng)用策劃并監(jiān)督其執(zhí)行，各專業(yè)在型號(hào)研制工作中具體落實(shí)。

4 結(jié)論

MBSE代表著未來(lái)系統(tǒng)工程的最新進(jìn)展和發(fā)展方向。但MBSE還處于探索階段，在具體的實(shí)施過(guò)程中，還會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題。需要結(jié)合產(chǎn)品研制特點(diǎn)和當(dāng)前發(fā)展要求，制定出長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展規(guī)劃。同時(shí)，還應(yīng)密切關(guān)注國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)在這一領(lǐng)域的進(jìn)展，進(jìn)一步吸收和消化國(guó)內(nèi)外的研究成果，形成具有武器系統(tǒng)研制特色的MBSE，提高研制能力和總體設(shè)計(jì)水平。

目前，通過(guò)試點(diǎn)項(xiàng)目已基本打通MBSE流程，應(yīng)總結(jié)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，形成一套適合所內(nèi)研制現(xiàn)狀的建模流程及規(guī)范。MBSE流程與武器裝備研制流程的融合迫在眉睫。