MBSE流程介绍

1.什么是MBSE？

在2007年的INCOSE国际研讨会上，INCOSE将MBSE定义为“对建模的形式化应用，用来支持系统的需求、设计、分析、验证和确认活动，这些活动开始于概念设计阶段并持续到整个开发和以后的寿命周期阶段”。

说白了MBSE实际上是一种系统工程理论的方法论，他改变了以前基于文档的设计方法，而统一的基于模型的设计方法。因此系统模型是MBSE方法论单位主要工件，而系统模型也贯穿整个设计制造活动的整个生命周期。

因此，如何建立准确的系统模型成为MBSE方法论的关键。

2.MBSE工作流程是怎样的？

系统模型作为MBSE的主要工件，是系统详细说明、设计、分析和验证信息的根源，维持这些信息之间的可追踪性，需求或设计的任何更改都会反映在系统模型中。系统模型提供了将系统工程中所有内容集成在一起的框架。系统模型在模型顶层与各学科领域模型建立连接，相关设计信息建立一一映射的关系，并通过集成工具实现参数自动导入导出。要建立系统模型，首先需要一套建立模型的工具，现在用的最多的是SysML系统建模语言，本次以SysML建模语言为例，阐述我所理解的建立系统模型的大致流程。

1)明确利益相关者的期望，任务目标和任务约束。

当我们接到一个航天器设计任务时，首先要做的是明确利益相关者的期望，任务目标和任务约束。这一阶段通常是通过面谈解决的。面谈结束后，我们合并明确下来的每个利益相关者的期望（包括利益相关者目标和设计约束），获得缺失的信息，并解决不同要求之间的矛盾，最后的结果是一组完整规定的运行要求。

2)需求分析

前面我们得出了利益相关者要求，为了进行系统设计，需要对这些要求进行细化和形式化定义，得到系统要求。系统要求在系统工程中发挥着非常重要的最

用，它们构成了系统架构和设计活动以及集成和验证活动的基础，是系统确认和系统验收的参考，并提供了各种技术人员之间进行交流之间的方式。不同于利益相关者要求，系统要求使用面向工程的技术语言表示，因为其明确的、一致的、连贯的、详细的和可验证的表示方式，系统要求对于架构设计非常有用。

需求分析说白了就是将利益相关者提出的需求和约束转化成设计者所能理解的语言，将这些语言转化成系统所要求的功能和约束。为后来的系统方案设计提供详细的理论基础。

3)系统方案分析设计。

系统方案分析是对系统进行客观的定量评价，以便生成导出的工程数据和选择最有效的系统架构。没有方案可以同时具有最佳的性能、最高的质量和最低的成本，在工程设计过程中，对于每个技术选择或决策都要进行评价，以确定系统是否符合需求。

（1）建立系统主模型

系统主模型形成的3个步骤和4个回路

①要求分析负责把用户的需求及外部环境的约束变换成系统要求。

②功能分析与分配负责把系统要求变换成系统的功能, 并把功能分解为系

统的一个一个的“小动作” , 形成的文档是功能架构。

③设计综合, 则根据现有的产品及技术条件, 把功能架构“映射”到物理

架构上, 完成设计过程。

4个回路则负责把个步骤各自的产出和输入进行对比, 看是否匹配, 这个过程叫作验证。这其中,设计师要在功能架构和物理架构之间进行多次的、双方向的反复迭代, 直至所有的功能架构和物理架构都被试验过, 并且二者要一致, 这里包含了巨大的工作量

系统工作过程

运用SysML的系统模型形成过程

在MBSE方法中, 系统工程过程的每一步产生的不再是文本文档, 而是用系统建模语言所构建的模型在要求分析步骤产生要求图、用例图及包图, 在功能分析与分配步骤产生顺序图、活动图及状态机图, 在设计综合阶段产生模块定义图、装配图及参数图等。在系统不同层次反复应用这一过程建模,可以深入到系统最底层的元素, 把最底层元素的模型集成起来, 就形成了一个完整的系统架构模型。在支持SysML的软件中, 框图所代表的系统设计的相关数据被存储在数据库中。可以借助不同“颗粒度”的系统架构模型来进行可行性研究、备选方案研究等工作。可以自动生成相关文档, 以供相关的决策者使用。

（2）利用MBSE进行模型的详细分析，设计。

在得到系统主模型之后，需要进行航天器各系统的详细设计，比如，机械系统、电路系统、力学性能等。各个专业设计师可以从建立的系统主模型中提取相关参数，然后利用本学科专业参数来进行分析设计，并将分析的结果或修改后的模型及时反馈到主模型中。这样就解决了不同工程师在分析研究同一个部件，但他们所使用的术语、模型都不一样，无法直接进行交流和共同的问题。简化了总体设计和协调工作。

MBSE概念的提出，虽然改变了原有的协同设计模式，但各学科、各专业之间的协同仍然是靠人工来协调。为此，在MBSE的基础上，结合当前航天器研制模式，一方面，基于IDS统一数据源开展了总体一结构一热控协同设计，有效解决了传统模式下人工协商多、复核复算多和设计精度难以保证的问题。另一方面，建立了基于多级骨架关联设计的并行机制，通过建立上下游专业设计对象之间、专业内部设计对象之间的关联关系，实现当上游设计发生变化时，下游设计可以

自动更新，从而加快设计迭代周期，提高设计效率和质量。

此外，在基于模型的跨专业协同设计模式基础上，提出了通过构建模型信息规范化发布接口，将设计参数、三维模型、分析模型、控制接口、加工工艺等信息进行发布的跨专业协同设计工具集成模式，并基于该模式开发新工具、整合现有工具，形成协同模式下的总体总装／结构／热控／总体电路设计工具集，形成与工艺设计协同的信息接口，通过搭建协同数据库，实现协同模式下跨专业模型的统一管理。

4)MBSE在产品设计、制造中的作用

MBSE提出将基于模型的的思想贯穿于整个产品研制的全生命周期，因此衍生出基于模型定义（MBD）的数字化设计与制造技术。

MBSE提出将“基于模型”的思想贯穿于整个产品研制的全生命周期，但在产品设计阶段，传统的数字化产品的定义是“二维+三维”形式，即所建的三维模型仅仅作为几何模型，而尺寸、公差、粗糙度、热处理方法等工艺信息仍然在二维图纸上表示，这就导致了在制造环节中仍然要以二维工程图作为制造的唯一依据，整个的制造体系仍然为传统的二维体系，这种产品定义模式无法保证产品定义唯一性。

基于模型定义(Model—Based Definition，MBD)的数字化设计与制造技术已经成为制造业信息化的发展趋势，它是将三维产品的制造信息与三维设计信息共同定义到产品的三维模型中，以改变目前三维模型和二维工程图并存的局面，保证产品定义的唯一性。目前，国外MBD技术的应用已经比较成熟，其中的杰出代表波音公司，787型客机研制过程中，全面采用了MBD技术，并将MBD模型作为制造的唯一依据，完全抛弃了二维工程图样。

MBD技术并不是简单地在三维模型上进行标注，而是通过一系列规范的方法更好地表达设计思想，以此打破“设计一制造”之间的隔阂，一方面，能容易地