《基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）及MWORKS實踐》全套教學課件

基于模型的系統(tǒng)工程及MWORKS實踐1第一章

引論2第二章MBSE語言、工具、方法論3第三章MWORKS.Sysbuilder系統(tǒng)設計建模功能4第四章

設計仿真一體化的MBSE方法5第五章

使命任務定義與需求分析6第六章

系統(tǒng)架構定義與可行性論證7第七章

運行方案仿真與綜合評估8第八章

應用案例9第九章

可復用模型管理與協(xié)同10第十章MBSE未來發(fā)展趨勢全套可編輯PPT課件

引

論全套可編輯PPT課件

復雜系統(tǒng)的發(fā)展趨勢系統(tǒng)可以從系統(tǒng)規(guī)模和系統(tǒng)結構復雜程度兩個角度進行分類：從系統(tǒng)規(guī)模角度，可以分為小系統(tǒng)、大系統(tǒng)、巨系統(tǒng)；從系統(tǒng)結構復雜程度角度，可以分為簡單系統(tǒng)和復雜系統(tǒng)。根據這種界定方式，系統(tǒng)工程的關注對象是復雜大系統(tǒng)和復雜巨系統(tǒng)。從專業(yè)構成角度看，復雜裝備通常包含總體結構、推進系統(tǒng)、制導系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、探測系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、環(huán)熱控系統(tǒng)等多個分系統(tǒng)，多個分系統(tǒng)協(xié)同工作，共同完成飛行、探測、作戰(zhàn)、防御等任務，不同分系統(tǒng)間會產生不可預測的功能耦合、交疊甚至沖突傳統(tǒng)系統(tǒng)研發(fā)主要采用“各系統(tǒng)基于文檔分解研發(fā)任務→各專業(yè)孤立研發(fā)→基于實物試驗開展實物迭代試錯”模式，這種研發(fā)模式的研發(fā)周期長、成本高，更重要的是難以適應復雜裝備在性能、效率和質量方面的高要求本課件是可編輯的正常PPT課件八大系統(tǒng)、大量分系統(tǒng)、數百萬個零件，結構、力學、流體、動力、通信、軟件、電子多專業(yè)協(xié)同成千上萬工程師協(xié)作，數千供應商配合波音公司員工總數超過17萬，超過14萬人擁有大學以上學歷中航工業(yè)集團下轄100余家成員單位、24家上市公司，員工逾45萬人幾十米長的結構件加工精度達到微米級上千℃高溫、數十噸、千倍大氣壓載荷下高超音速飛行任務論證詳細設計測試試驗運行維護概念設計復雜系統(tǒng)的發(fā)展趨勢本課件是可編輯的正常PPT課件收放作動器轉彎作動器減震器起落架伺服控制器狀態(tài)監(jiān)控余度管理起落架伺服作動系統(tǒng)輔助飛控伺服作動系統(tǒng)發(fā)動機伺服作動系統(tǒng)喉道控制導葉片控制位置傳感器尾噴管控制狀態(tài)監(jiān)控余度管理主飛控伺服作動系統(tǒng)方向舵作動器副翼作動器升降舵作動器減速板作動器指令傳感器主操縱控制器遠程控制單元安定面作動器擾流板作動器狀態(tài)監(jiān)控襟副翼作動器艙門作動器角度傳感器輔助操縱控制器狀態(tài)監(jiān)控余度管理復雜系統(tǒng)的發(fā)展趨勢本課件是可編輯的正常PPT課件復雜系統(tǒng)的發(fā)展趨勢典型復雜工業(yè)系統(tǒng)航天航空能源船舶車輛Poweredorks1工業(yè)系統(tǒng)高復雜性高性能要求高可靠性多系統(tǒng)交聯(lián)多層次結構多學科耦合多團隊協(xié)作極端任務環(huán)境極致性能要求耦合機理復雜技術驗證困難運行環(huán)境多樣安全性可靠性設計難度大規(guī)范性要求高本課件是可編輯的正常PPT課件復雜系統(tǒng)的發(fā)展趨勢2007年美國總統(tǒng)科技顧問委員會（PCAST）在報告中將CPS列為聯(lián)邦研究投入的最優(yōu)先領域之一，德國于2012年10月制定了《未來項目“工業(yè)4.0”落實建議》，指出CPS是工業(yè)4.0的核心，我國2010年在《國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃》和《國家重大科學研究計劃》中也明確了CPS研究的重要性。綜合來看，新一代復雜系統(tǒng)及其研制需要關注以下趨勢：系統(tǒng)形態(tài)由“復雜系統(tǒng)”向“系統(tǒng)的系統(tǒng)”延伸，多系統(tǒng)協(xié)同將創(chuàng)造更多的價值；“軟件定義”是工業(yè)產品/復雜裝備/工程系統(tǒng)的未來，而數字化研發(fā)是“軟件定義”的基石；基于模型的設計（ModelBasedDesign）是CPS時代的技術特征和必然要求；統(tǒng)一的模型規(guī)范是跨學科、跨領域集成的基礎，Modelica、SysML等標準是未來重要的基礎標準。本課件是可編輯的正常PPT課件復雜系統(tǒng)的發(fā)展趨勢INCOSE2035愿景中指出，復雜系統(tǒng)從原始的機電系統(tǒng)、電氣&電子系統(tǒng)發(fā)展到軟件化、網絡化系統(tǒng)，到未來將進一步過渡到數據與智能驅動系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT課件“系統(tǒng)工程是進行技術決策時查看系統(tǒng)“全貌”的途徑，是在確定的運行使用環(huán)境下和規(guī)劃的系統(tǒng)壽命周期中，在費用、進度和其他約束條件下，達到利益相關者所提出的在功能、物理和使用方面性能需求的途徑。它還是能夠支持對系統(tǒng)壽命周期費用進行控制的方法論。簡而言之，系統(tǒng)工程是一種有邏輯的思維方法”NASA將“系統(tǒng)工程”定義為一種用于系統(tǒng)設計、實現(xiàn)、技術管理、運行使用和退役處置的有條理的、多學科的方法?；谖臋n的系統(tǒng)工程方法已不能滿足工程應用需求：易產生理解歧義，信息一致性難以維護，可追蹤性難以保障；子系統(tǒng)間隔離的設計難以開展多學科全系統(tǒng)設計與驗證；與技術系統(tǒng)融合度低，倚重管理。系統(tǒng)工程與基于模型的系統(tǒng)工程本課件是可編輯的正常PPT課件MBSE是一種通過建模支持系統(tǒng)需求、設計、分析、驗證和確認的形式化手段，可從概念設計階段開始，一直持續(xù)到開發(fā)及以后的后期生命周期階段。

Theformalizedapplicationofmodelingtosupportsystemrequirements,design,analysis,verificationandvalidationactivitiesbeginningintheconceptualdesignphaseandcontinuingthroughoutdevelopmentandlaterlifecyclephases.(INCOSE2007)《系統(tǒng)工程愿景2035》中還指出，到2035年，將會有統(tǒng)一、集成的MBSE系統(tǒng)建模與仿真（SystemModelandSimulation，SMS）框架問世，能夠與數字孿生技術結合，并完全集成到企業(yè)級數字線索基礎軟件，能夠實現(xiàn)多領域模型集成，支撐“從搖籃到墳墓”的全生命周期虛擬探索，能夠靈活高效地捕捉、建模、模擬和理解用戶體驗，實現(xiàn)敏捷的持續(xù)集成、構建、驗證和周期性發(fā)布。系統(tǒng)工程與基于模型的系統(tǒng)工程本課件是可編輯的正常PPT課件MBSE概念與內涵伴隨系統(tǒng)規(guī)模的擴大，傳統(tǒng)基于文檔的溝通、協(xié)同方式，已經遠不能滿足系統(tǒng)規(guī)模的急劇擴展需求INCOSE在《MBSE方法學綜述》中給出解釋，MBSE方法學包括相關過程、方法和工具的集合，以支持基于模型或模型驅動環(huán)境下的系統(tǒng)工程MBSE是一種系統(tǒng)工程方法，它利用模型作為系統(tǒng)設計和開發(fā)過程中的主要信息源MBSE的目的是使用模型來改進系統(tǒng)工程的效率、效果和可靠性，這些模型代表了系統(tǒng)的各個方面，包括其結構、行為和要求本課件是可編輯的正常PPT課件MBSE概念與內涵本課件是可編輯的正常PPT課件MBSE概念與內涵數字

主線

虛擬集成虛擬實現(xiàn)設計建模架構建模虛擬驗證虛擬確認詳細設計系統(tǒng)需求初步設計研制要求產品實現(xiàn)系統(tǒng)集成產品測試產品驗證交付確認服務維護數字孿生虛擬運行虛擬維護系統(tǒng)設計驗證系統(tǒng)需求研制要求需求工程需求建模數字世界物理空間模型虛擬設計物理設計交付建模仿真本課件是可編輯的正常PPT課件MBSE概念與內涵準：通過數字化手段提升型號研制質量，同時通過實物提高數字化模型的可信度全：在各研制階段充分全面考慮系統(tǒng)各專業(yè)耦合特性，實現(xiàn)整體最優(yōu)與局部最優(yōu)的平衡快：減少設計迭代次數，提升研制效率，縮短研制周期，降低研制成本早：在方案論證階段與系統(tǒng)設計階段提早發(fā)現(xiàn)并解決更多問題全系統(tǒng)統(tǒng)一建模：理論和經驗模型化、知識化全生命周期應用：全范圍、全周期、全要素系統(tǒng)統(tǒng)一數據源：模型化定義，全局映射管理設計驗證一體化：需求、設計、仿真模型互操作早快全準MBSE方法最顯著的優(yōu)點與作用（1）便于交流和傳播（2）數據容易獲?。?）提高設計質量（4）提高生產率（5）降低風險本課件是可編輯的正常PPT課件MBSE典型應用場景系統(tǒng)多層級總體設計多專業(yè)綜合集成驗證虛實結合系統(tǒng)測試多專業(yè)崗位協(xié)同開發(fā)本課件是可編輯的正常PPT課件MBSE典型應用場景一種典型的基于模型的復雜系統(tǒng)的技術框架如圖所示本課件是可編輯的正常PPT課件2010201520202025新興MBSE標準分布式、安全的多領域模型庫成熟的MBSE方法、指標、集成系統(tǒng)/HW/SW模型仿真、分析和可視化的集成架構模型定義MBSE理論、主體、形式跨專業(yè)、成熟的統(tǒng)一模型工業(yè)化的MBSE/完整的基于模型的需求獲取良好定義的MBSE/傳統(tǒng)的MB混合的需求獲取特的MBSE/基于文檔-傳統(tǒng)的需求獲取理解大圖——全領域集成建模的能力相近領域建模的認知單一領域的建模實踐基于模型工程/商業(yè)實踐成熟度MBSE能力成熟度INCOSE在2007年制定的MBSE研究發(fā)展路線圖MBSE國內外實踐情況本課件是可編輯的正常PPT課件洛克希德馬丁公司面向全生命周期多階段的數字模型應用，提出了數字織錦概念，實現(xiàn)多階段模型和數據映射集成數字織錦技術是MBE技術的擴展延申，通過數字織錦技術支持模型技術與數據技術的融合，實現(xiàn)多層級、多專業(yè)、多階段模型之間的關聯(lián)集成，可以支撐MBSE、數字孿生等全方位的數字化應用MBSE國內外實踐情況本課件是可編輯的正常PPT課件跨專業(yè)、跨階段系統(tǒng)模型具有明顯的差異性，多源異構模型之間需要具有交互操作能力通用的語言和方法難以高效、完整地描述出系統(tǒng)組成特點，需要將模型與業(yè)務進行更深入結合系統(tǒng)架構模型與專業(yè)模型之間沒辦法實現(xiàn)真正的深度融合，影響了系統(tǒng)整體的綜合集成迭代驗證模型是MBSE應用實踐中的核心資源，是MBSE數字化研制過程能力、質量、效率的基本保證互操作性領域化平臺能力模型積累MBSE國內外實踐情況本章小結本章主要介紹系統(tǒng)工程與MBSE相關內容，面向初學者的角度，介紹了復雜系統(tǒng)對數字化研制技術的迫切需求，給出了系統(tǒng)工程與MBSE的概念、內涵，描述了MBSE應用場景，陳述了MBSE在國內外的實踐情況，講解了當前階段MBSE應用的短板問題，并簡要概括了MBSE的未來發(fā)展趨勢。謝謝！基于模型的系統(tǒng)工程及MWORKS實踐MBSE語言、工具和方法SysML(SystemModelingLanguage，系統(tǒng)建模語言)，是目前MBSE方法中應用最為廣泛的主流系統(tǒng)架構設計建模語言，支持對復雜系統(tǒng)開展規(guī)范化分析、設計、驗證和確認工作。多領域物理統(tǒng)一建模語言Modelica從原理上統(tǒng)一了之前的各種多領域建模機制，其已成為復雜系統(tǒng)仿真建模通用語言。SysML提供基礎建模元素，涵蓋一套面向任何復雜系統(tǒng)的基礎建模框架，抽象層級比較高。同時，它具備擴展功能。目前二者局限性：在設計模型與仿真模型之間的互操作性、統(tǒng)一描述與轉換等功能上仍有不足；系統(tǒng)設計與虛擬驗證之間尚未貫通，不能滿足一體化設計與驗證、全階段模型一致性要求等；無法支持CPS的時序任務分析與設計、信息流專業(yè)設計與驗證、CPS分布式架構的設計與復用、SOA（面向服務的架構）軟件建模、通用總線協(xié)議描述與分析等專用需求。因此適用于CPS的領域專用方法、工具作補充滿足CPS一體化設計與驗證的流程、規(guī)范、工具需求。MBSE語言概述SysMLSysML提供了9張視圖，從不同的維度描述系統(tǒng)，9張視圖從需求、行為、結構和參數描述同一個系統(tǒng)。需求圖（RequirementDiagram）：用來定義和跟蹤系統(tǒng)的功能與非功能性要求，以及它們與其他模型元素的關系；用例圖（UseCaseDiagram）：用來描述系統(tǒng)的用例，即表示系統(tǒng)的功能、參與者、用例和關系的圖形符號，以及它們的范圍和目標；塊定義圖（BlockDefinitionDiagram，BDD）：用來描述系統(tǒng)中的塊，即表示系統(tǒng)的部件、模塊、接口或約束等的抽象概念，以及它們的屬性、操作和關聯(lián)；內部塊圖（InternalBlockDiagram，IBD）：用來描述塊的內部結構，即表示塊的端口、組件、連接器、流程和分配等的圖形符號；參數圖（ParametricDiagram）：用來描述塊的參數約束，即表示塊的參數、方程式、值和綁定等的圖形符號；包圖（PackageDiagram）：用來描述系統(tǒng)中的包，即系統(tǒng)的組織單元，以及它們的依賴和嵌套關系；活動圖（ActivityDiagram）：用來描述系統(tǒng)的活動，即表示系統(tǒng)的輸入、輸出、控制和數據流等的圖形符號，以及它們的條件和并發(fā)性；序列圖（SequenceDiagram）：用來描述系統(tǒng)的交互，即表示系統(tǒng)中的對象、角色、消息和生命線等的圖形符號，以及它們的時間順序和條件；狀態(tài)機圖（StateMachineDiagram）：用來描述系統(tǒng)的狀態(tài)，即表示系統(tǒng)中的對象、事件、狀態(tài)、轉換和動作等的圖形符號，以及它們的觸發(fā)條件和效果。MBSE語言概述用例圖SysML視圖需求圖行為圖參數圖結構圖活動圖狀態(tài)機圖序列圖塊定義圖內部塊圖MBSE語言概述包圖其他圖形通用建模元素表格、矩陣SysML模型的基本元素ModelicaModelica技術是代表性的數字化設計與驗證技術，已經成為世界公認的MBSE和CPS的核心關鍵支撐技術：系統(tǒng)多領域統(tǒng)一建模仿真。Modelica是一種開放、面向對象的以方程為基礎的語言，適用于大規(guī)模復雜異構物理系統(tǒng)建模，包括：機械、電子、電力、液壓、熱、控制及面向過程的子系統(tǒng)模型；用數學方程描述不同領域的物理規(guī)律和現(xiàn)象，基于語言內在的組件連接機制實現(xiàn)模型構成和多領域集成，通過求解微分或代數方程實現(xiàn)仿真運行；Modelica的最大特點是支持物理建模。OpenModelingLanguageObjectOrientedMultiEngineeringAcausalModeling28MBSE語言概述Modelica標準庫簡表28名稱描述UsersGuideModelica（標準）庫的使用指南Blocks基本輸入輸出控制框圖模型庫（連續(xù)、離散、邏輯、表格）Electrical電類模型庫（模電、數電、電機等）Math數學函數庫（如sin、cos）以及矩陣和向量的運算函數庫Mechanics一維和三維機械模型庫（多體、平移、轉動等）Media媒介性質模型庫Thermal模擬熱交換和簡單管路熱流的熱力學組件模型庫Utilities用于編寫腳本等的工具函數庫（針對文件、流、字符串、系統(tǒng)等的一些操作）Constants數學和自然界中的一些常量或符號（如p、e、R、S等）Icons圖標庫SIunits基于ISO標準的國際單位制StateGraph用于離散和響應系統(tǒng)建模的層次狀態(tài)機模型庫MBSE語言概述28

連接器：描述組件與其他組件的接口變量

行為描述：描述模型物理行為的方程或算法MBSE工具概述281．建模活動（1）工程初始化（2）各種建模元素的創(chuàng)建（3）各種建模元素的修改（4）各種建模元素的刪除（5）各種建模元素的屬性定義（6）各種建模元素間的關聯(lián)（7）各種分析矩陣的定義和生成（8）自頂而下的分解、分配（9）自底而上的綜合、構建（10）內部仿真模型定義（11）模型的編譯、仿真（12）可視化分析與檢查（13）報告生成（14）參數方程定義（15）備選方案定義（16）評估與決策系統(tǒng)設計建模軟件MBSE工具概述282.數據組織（1）面向圖的數據組織（2）面向階段的數據組織（3）面向對象的數據組織（4）面向上下游的數據組織（5）面向評審的數據組織（6）面向迭代的數據組織（7）可以自定義項目結構樹3.關聯(lián)引用（1）模型元素調用（2）外部模型調用（3）外部數據導入（4）模板、概要文檔的定義與引用（5）自動執(zhí)行（6）驗證策略定義4.分析運行（1）參數約束仿真（2）指標分配仿真（3）行為黑/白盒仿真（4）效能評估模型仿真（5）外部專業(yè)仿真系統(tǒng)設計建模軟件MBSE工具概述28系統(tǒng)仿真建模軟件時間事件備注1997年9月Modelica規(guī)范發(fā)布

2006年9月達索公司收購DynasimAB公司的Dymola，采用Modelica作為CATIAV6核心標志著Modelica正式為工業(yè)界所接受2007年6月LMS公司收購AMESim，支持Modelica

2007年10月歐洲EUROSYSLIB計劃啟動，旨在強化歐洲在嵌入式系統(tǒng)建模與仿真方面的領導地位

2008年2月MathWorks公司在MATLAB中推出類似于Modelica的SimScape模塊，支持多領域統(tǒng)一建模世界三大數學軟件之一2008年12月Maplesoft公司發(fā)布基于Modelica的工程仿真軟件MapleSim世界三大數學軟件之一2011年3月WolframResearch公司收購MathModelica，其后發(fā)布支持Modelica的SystemModeler世界三大數學軟件之一2012年11月西門子公司收購LMS公司，其包含的AMESim軟件支持Modelica

2013年10月ESI集團收購CyDesignLabs，支持基于Modelica的系統(tǒng)建模

2014年9月ANSYS與Modelon合作支持Modelica，提供一維系統(tǒng)模型與三維有限元模型集成

2015年4月達索公司收購Modelon公司，進一步加強對Modelica的支持，提供系統(tǒng)與三維模型集成

2016年1月ESI集團收購ITI公司，進一步強化其系統(tǒng)與三維模型集成的戰(zhàn)略MWORKS平臺簡介緊貼業(yè)務，擴展方便，定制適用于不同專業(yè)的設計工具領域知識模型復用支持多層級模板、模型庫的積累與復用，實現(xiàn)領域知識的高效應用設計仿真模型轉換開放定制能力內置主流設計流程的功能模板，方便設計師更快理解掌握系統(tǒng)設計模型與系統(tǒng)仿真模型快速轉換，打通設計驗證閉環(huán)內置設計流程MBSE工具概述MWORKS平臺簡介MWorks.Sysbuilder是面向復雜工程系統(tǒng)，基于模型的系統(tǒng)架構設計工具。以系統(tǒng)需求作為輸入，按照自頂向下的系統(tǒng)研制流程，以圖形化、結構化、面向對象方式，覆蓋系統(tǒng)概念架構、功能架構和邏輯架構設計過程，通過與MWorks.Sysplorer的緊密集成，支持在系統(tǒng)設計的早期實現(xiàn)多領域綜合分析和驗證。2.用例詳細分析面向系統(tǒng)使命任務，針對典型任務場景，識別出任務曲線、環(huán)境要素、利益相關方等系統(tǒng)上下文信息，結合用例圖繪制任務場景，開發(fā)或者復用環(huán)境與外部系統(tǒng)動態(tài)模型，實現(xiàn)任務場景的構建與動靜態(tài)分析，與任務分解配合進行迭代，形成數字化任務模型和量化的任務需求。3.需求用例關聯(lián)1.用例圖分析系統(tǒng)設計驗證過程：任務分析MBSE工具概述根據系統(tǒng)任務，承接系統(tǒng)任務模型，采用活動圖、序列圖、狀態(tài)機圖等多種行為模型，對任務的行為邏輯進行描述，開展黑/白盒等不同顆粒度的模型描述與細化，完成系統(tǒng)功能邏輯定義與分析，并形成系統(tǒng)功能需求。系統(tǒng)設計驗證過程：行為分析MBSE工具概述以系統(tǒng)任務、需求和行為模型作為牽引，采用架構設計類視圖，開展結構分解定義接口設計、參數定義、功能分配等工作，支持系統(tǒng)架構設計。面向強協(xié)同環(huán)境，還能夠構建多崗位網絡化協(xié)同論證環(huán)境，將不同模塊的設計任務分配給不同崗位人員，支持基于模型的網絡化并行協(xié)同設計與集成驗證。系統(tǒng)設計驗證過程：架構設計MBSE工具概述以系統(tǒng)架構模型為輸入，向下傳遞分系統(tǒng)研制需求，開展各專業(yè)或分系統(tǒng)設計工作?？梢詮陀酶鲗I(yè)或者分系統(tǒng)的Modelica模型庫，進行少量封裝開發(fā)，集成為專業(yè)或分系統(tǒng)選型設計模塊，支持多種構型方案的并行設計與指標評估，從而提升專業(yè)或分系統(tǒng)方案設計、評估的可行性與效率。系統(tǒng)設計驗證過程：專業(yè)或分系統(tǒng)設計MBSE工具概述以系統(tǒng)架構模型、專業(yè)或分系統(tǒng)方案等為輸入，進行總體設計綜合，以網絡化協(xié)同或離線提交的形式，將各專業(yè)或分系統(tǒng)模型提交給總體專業(yè)系統(tǒng)工程師進行綜合集成，形成總體設計模型，并開展總體集成仿真驗證。系統(tǒng)集成的輸出為系統(tǒng)總體方案。系統(tǒng)設計驗證過程：系統(tǒng)集成MBSE工具概述將已有的系統(tǒng)總體方案模型轉換或者關聯(lián)到系統(tǒng)仿真模型，實現(xiàn)二者之間的參數傳遞，通過行為模型、架構模型驅動仿真模型的快速編譯、求解，應用仿真數據，實現(xiàn)對技術需求、任務參數的仿真驗證，根據仿真結果實現(xiàn)系統(tǒng)總體方案的動態(tài)計算評估。系統(tǒng)設計驗證過程：仿真驗證MBSE工具概述系統(tǒng)設計驗證過程：分析評估以系統(tǒng)總體方案為輸入，開展需求覆蓋性分析、需求追溯性分析、多方案比較分析等。需求覆蓋多方案比較分析通過對可靠性、成熟度、成本、質量、尺寸等指標對方案進行綜合評價，并按照最終評分對方案進行排序，輔助人工進行優(yōu)選系統(tǒng)設計驗證過程：模型庫積累結合上述系統(tǒng)設計驗證過程，能夠實現(xiàn)多專業(yè)、多層級的系統(tǒng)設計知識積累，將任務、功能、結構、機理等各類模型沉淀為可復用的系統(tǒng)設計模型庫，支持后續(xù)同類型號系統(tǒng)的快速設計與驗證。MBSE工具概述MBSE方法概述MBSE方法采用形式化的建模手段MBSE技術體系通過模型化的任務分析、需求分解、架構設計、系統(tǒng)驗證手段，能夠支持復雜系統(tǒng)模塊化、集成化、多領域統(tǒng)一和多專業(yè)協(xié)同研發(fā)，滿足復雜系統(tǒng)基于模型系統(tǒng)設計驗證的通用業(yè)務活動要求OOSEM是INCOSE提出的一種MBSE方法MagicGrid方法是NoMagic公司（于2018年被達索公司收購）提出的一種基于SysML語言的MBSE方法，該方法以矩陣形式呈現(xiàn)了MBSE方法的各項建?；顒親armonySE（敏捷系統(tǒng)工程）方法是IBM公司提出的一種基于SysML的MBSE方法，其著眼于不同流程、不同模型之間的傳遞與演化關系，結合敏捷開發(fā)的思想，實現(xiàn)逐步擴展的系統(tǒng)架構設計與迭代MBSE方法概述MBSE方法概述MBSE應用實踐關鍵問題共性問題：唯一真相源=唯一

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真相“唯一真相源”是復雜系統(tǒng)全生命周期協(xié)同研制效率與質量的促進劑；系統(tǒng)設計建模語言和系統(tǒng)仿真建模語言二者之間缺少互操作能力；“唯一”和“真相”尚未真正結合在一起，距離“唯一真相源”尚有較大差距；系統(tǒng)研發(fā)=系統(tǒng)設計+系統(tǒng)驗證MBSE方法關注系統(tǒng)設計，符合系統(tǒng)工程師自頂向下分解的視角；在具體研發(fā)實踐過程中，更符合自底向上集成的驗證需要；現(xiàn)有工具尚未實現(xiàn)系統(tǒng)設計與系統(tǒng)驗證過程的統(tǒng)一；落地實踐=通用方法+領域知識不同行業(yè)、專業(yè)用戶在業(yè)務流程、建模習慣、求解方式、表現(xiàn)形式等方面的差異顯著；MBSE工具有良好的擴展性和定制開發(fā)能力，支持領域知識的快速積累與復用。MBSE應用實踐關鍵問題復雜裝備MBSE落地實踐的關鍵問題：通用流程與工程行業(yè)的結合問題，將MBSE通用流程與具體工程行業(yè)業(yè)務特點與習慣結合，提升適用性通用語言與專業(yè)知識的結合問題，將通用建模語言與專業(yè)領域知識結合，提升效率通用工具與專業(yè)工具的結合問題，打通系統(tǒng)級設計仿真工具與各專業(yè)常用工具的接口，便于信息傳遞多階段與多專業(yè)協(xié)同的結合問題，形成各階段模型持續(xù)擴展、各專業(yè)模型分工與綜合集成的協(xié)同機制，改變協(xié)作模式關注重點短板問題本章小結本章主要介紹了MBSE技術體系中涉及的語言、工具、方法。語言層面主要介紹了SysML、Modelica兩種國際通用的系統(tǒng)設計與系統(tǒng)仿真建模語言。工具層面不僅介紹了國內外比較常見的系統(tǒng)建模工具，還著重介紹了MWORKS軟件平臺的功能，為本書后續(xù)章節(jié)的教學提供了基本參考。本章還介紹了國際上主流的MBSE方法，簡單描述了MBSE方法的典型思想、流程，最后結合在工程實踐中遇到的具體問題，總結了MBSE應用實踐的關鍵問題，作為啟發(fā)讀者在后續(xù)章節(jié)學習中提升目標。謝謝！基于模型的系統(tǒng)工程及MWORKS實踐MWORKS.Sysbuilder系統(tǒng)設計建模功能是面向復雜工程系統(tǒng)、基于模型的系統(tǒng)設計建模工具以用戶需求作為輸入自頂向下圖形化、結構化、面向對象與MWORKS.Sysplorer、MWORKS.Syslab緊密集成概述從需求分析、功能設計到架構定義，用戶均可以進行設計及關聯(lián)主界面包含快捷工具欄、菜單欄、資源管理器、建模視圖、模型庫、屬性列表、模型輸入輸出/模型組件參數和輸出欄概述創(chuàng)建包在資源管理器中，單擊“模型瀏覽器”標簽在模型瀏覽器空白處右鍵單擊，選擇“新建元素”→“包”模型組織結構管理重命名包選中新建的包，按F2鍵，重命名包為“0概覽”同樣方法，在模型瀏覽器中創(chuàng)建包“1需求分析”創(chuàng)建子包在模型瀏覽器中右鍵單擊“1需求分析”選擇“新建元素”→“包”，即可在包“1需求分析”下創(chuàng)建子包，命名為“1.1需求收集”在包“1需求分析”下創(chuàng)建子包“1.2需求導入”模型組織結構管理創(chuàng)建包圖在模型瀏覽器中右鍵單擊“0概覽”選擇“新建視圖”→“包圖”，新建一個包圖命名為“模型結構_包圖”打開包圖雙擊模型瀏覽器中的“模型結構_包圖”，即可在建模視圖中打開該包圖模型組織結構管理放置包在模型瀏覽器中選中“1需求分析”，按下左鍵并拖動到右側“模型結構_包圖”中合適位置松開左鍵，系統(tǒng)自動在包圖中創(chuàng)建包“1需求分析”創(chuàng)建包在“模型結構_包圖”中也可以創(chuàng)建包在空白處右鍵單擊，選擇“新建包”，將會新建一個包，默認包名為“包1”該包在模型瀏覽器中與“模型結構_包圖”處于同一級模型組織結構管理重命名包在“模型結構_包圖”中雙擊“包1”的名稱，將其重命名為“1需求分析包圖”，此時，模型瀏覽器中“包1”的名稱將同步改變在“模型結構_包圖”中創(chuàng)建包“2卷揚設計”、“2.1需求定義”和“2.2功能分析”模型組織結構管理建立關聯(lián)單擊包“2卷揚設計”圖元邊框上的“□”移動鼠標指針至包“2.1需求定義”圖元邊框的“□”上，當“□”變綠時單擊，即可創(chuàng)建包含關系在模型瀏覽器中，“2.1需求定義”將自動移動至“2卷揚設計”的子級。在“模型結構_包圖”中建立其他包之間的關聯(lián)”模型組織結構管理導入工程文件單擊“文件”→“導入”→“導入工程文件”打開導入工程對話框選擇安裝路徑下“Example\卷揚系統(tǒng)\SysML模型”中的“卷揚設計.sybprojx”單擊“打開”按鈕在模型瀏覽器中，將會顯示導入的工程結構模型導入、導出導出需求文件單擊“工具”→“導出需求”在“選擇需求導出”對話框中，勾選要導出的需求單擊“確定”按鈕在彈出的對話框中選擇路徑“E:\Sysbuilder\用戶手冊\需求xlsx\”，文件名為“卷揚設計_需求001.xlsx”單擊“保存”按鈕。模型導入、導出導入需求文件準備好符合導入規(guī)范的Excel文件表格中各列存放的信息說明如下：列A是id（編號），列B是名字，列C是需求Text（文本），列D是指標的參數名稱，列E是指標值，列F是指標單位，列G是指標描述。一個需求的信息單獨存放在一行中，該需求的指標在需求行后另起一行寫入單擊“文件”→“導入”→“導入需求文件”→“導入Excel文件”在打開的對話框中選擇路徑“E:\Sysbuilder\用戶手冊\需求xlsx\”下的“卷揚設計_需求001.xlsx”文件單擊“打開”按鈕模型導入、導出導入鏈接文件右鍵單擊“1需求分析”選擇“新建元素”→“鏈接的文件”在“文件鏈接”對話框中選擇“卷揚系統(tǒng)設計任務書.sysml”單擊“打開”按鈕鏈接的文件支持.mo、.docx、.ppt等類型文件模型導入、導出導出包在模型瀏覽器中，右鍵單擊“1需求分析”選擇“導出”在打開的對話框中選擇導出路徑“E:\Sysbuilder\用戶手冊\卷揚設計導出\”單擊“選擇文件夾”按鈕，將會在指定文件夾中保存導出的包導入包右鍵單擊模型瀏覽器空白處，選擇“導入”在打開的對話框中安裝路徑下的“Example\卷揚系統(tǒng)\SysML模型\卷揚設計\SysML2\'1需求分析'”文件夾單擊“選擇文件夾”按鈕模型導入、導出導出XMI文件單擊“文件”→“導出”→“導出UML2.5XMI文件”在“導出到”對話框中選擇路徑“E:\Sysbuilder\用戶手冊\XMI文件\”，文件名為“卷揚設計UMLExport.xml”單擊“保存”按鈕導入XMI文件單擊“文件”→“導入”→“導入UML2.5XMI文件”在打開的對話框中選擇路徑“E:\Sysbuilder\用戶手冊\XMI文件\”，文件名為“卷揚設計UMLExport.xml”單擊“打開”按鈕模型導入、導出創(chuàng)建需求右鍵單擊“需求條目”選擇“新建元素”→“需求”將在“需求條目”下新建“需求1”，命名為“1系統(tǒng)需求_import”需求定義創(chuàng)建參與者右鍵單擊“2.1.2使用場景分析”選擇“新建元素”→“參與者”創(chuàng)建“參與者1”，命名為“駕駛員”創(chuàng)建用例右鍵單擊“2.1.2使用場景分析”選擇“新建元素”→“用例”新建“用例1”，命名為“鉆孔”參照前面的步驟創(chuàng)建用例“抖土”、“流量控制器正向半打開”等需求定義創(chuàng)建邊界Sysbuilder用例圖中的邊界用塊來替代右鍵單擊“2.3組成設計”選擇“新建元素”→“塊”新建“塊1”，命名為“機架”需求定義創(chuàng)建用例圖右鍵單擊“2.1.2使用場景分析”選擇“新建視圖”→“用例圖”新建“用例圖1”，命名為“鉆孔與抖土_用例圖”需求定義添加圖元在模型瀏覽器中選中參與者“駕駛員”按住左鍵拖至用例圖“2.1.2使用場景分析”中，松開左鍵，將參與者“駕駛員”添加至用例圖中按照上述方法將其他圖元，如用例、邊界等，拖動到用例圖中需求定義建立關聯(lián)在用例圖中選中參與者“駕駛員”圖元單擊其接口單擊用例“鉆孔”圖元的接口，在它們之間建立一個關聯(lián)同樣方法，建立“駕駛員”和“抖土”之間的關聯(lián)需求定義建立包含關系從模型庫中拖動“包含”連接線至用例圖中將其兩端分別與用例“鉆孔”和“快速下放”的接口連接，兩個用例之間建立包含關系參照前面的方法建立其他用例之間的包含關系需求定義創(chuàng)建需求圖右鍵單擊“2.1.1需求與指標”選擇“新建視圖”→“需求圖”新建“需求圖1”，命名為“卷揚系統(tǒng)頂層需求”同樣，創(chuàng)建“卷揚系統(tǒng)設計需求”和“'卷揚系統(tǒng)設計需求（最終）'”兩個需求圖需求定義創(chuàng)建需求在需求圖“卷揚系統(tǒng)頂層需求”中，右鍵單擊空白處選擇“新建需求”，創(chuàng)建“需求1”，在模型瀏覽器中，與需求圖同級處也同步添加了該需求重命名需求在需求圖中雙擊“需求1”名稱，重命名為“0系統(tǒng)需求”，模型瀏覽器中的需求名稱也同步改變需求定義在需求圖中添加其他需求需求定義編輯Id在需求圖中雙擊“0.4功能性需求”中的Id項，改為“0.4”編輯Text在需求圖中雙擊“0.4功能性需求”中的Text項，改為“卷揚系統(tǒng)功能性需求”建立關系選中“0系統(tǒng)需求”將其接口與“0.4功能性需求”連接，即可創(chuàng)建它們之間的包含關系建立其他需求之間的關系需求定義創(chuàng)建序列圖在“鉆孔與抖土_用例圖”中，右鍵單擊“流量控制器正向打開”選擇“新建分析視圖”→“序列圖”在模型瀏覽器中，與用例“流量控制器正向打開”同級，新建交互“流量控制器正向打開_交互1”，在其下級新建序列圖“流量控制器正向打開_序列圖1”系統(tǒng)功能分析重命名交互在模型瀏覽器中選擇交互“流量控制器正向打開_交互1”重命名為“流量控制器正向打開細化”重命名序列圖在模型瀏覽器中選擇序列圖“流量控制器正向打開_序列圖1”重命名為“流量控制器正向打開_序列圖”創(chuàng)建生命線從模型庫中拖動生命線至序列圖中合適位置雙擊生命線的矩形框，命名生命線為“駕駛員”設置生命線類型右鍵單擊生命線“駕駛員”選擇“選擇類型”，彈出其類型選擇對話框在“類型”下拉列表中選擇“駕駛員”單擊“確認”按鈕，設置生命線類型。創(chuàng)建生命線“卷揚”并設置類型為“卷揚”系統(tǒng)功能分析創(chuàng)建發(fā)送消息從模型庫中按住左鍵拖動“發(fā)送消息”至生命線“駕駛員”上當生命線高亮時松開左鍵移動鼠標指針至生命線“卷揚”上當生命線高亮時單擊，即可創(chuàng)建發(fā)送消息添加連接線說明雙擊發(fā)送消息的連接線在連接線下方文本框中輸入連接線說明“啟動”系統(tǒng)功能分析創(chuàng)建回復消息從模型庫中按住左鍵拖動“應答消息”至生命線“卷揚”連接發(fā)送消息的矩形上當矩形高亮時松開左鍵移動鼠標指針至生命線“駕駛員”連接發(fā)送消息的矩形上當矩形高亮時單擊，即可創(chuàng)建回復消息，并添加連接線說明“啟動成功”系統(tǒng)功能分析在序列圖中添加剩余的發(fā)送消息和回復消息系統(tǒng)功能分析添加操作符從模型庫中拖動“替換”操作符至序列圖中設置操作符條件，雙擊操作符圖元中的“[]”，輸入條件“鉆孔狀態(tài)”添加操作對象在序列圖中右鍵單擊操作符，選擇“添加操作對象”添加一個操作對象輸入條件“抖土狀態(tài)”系統(tǒng)功能分析通過拉伸操作符邊框和虛線框，將消息框選在正確的操作對象中。序列圖總覽如圖所示系統(tǒng)功能分析移動序列圖在模型瀏覽器中按住左鍵拖動交互“流量控制器正向打開細化”使之懸停在包“2.1.2.1功能分解”上松開左鍵，調整其位置系統(tǒng)功能分析創(chuàng)建功能在模型瀏覽器中右鍵單擊“2.2功能分析”選擇“新建元素”→“功能”，新建“功能1”，命名為“卷揚活動”同樣方法，在“2.2.1鉆孔功能分析”下創(chuàng)建功能“鉆孔”“自動下放”“快速下放”“鉆進”“觸底保護”，在“2.2.2抖土功能分析”下創(chuàng)建功能“抖土”“快速提升”“下放”，在“2.2.3設計綜合”下創(chuàng)建功能“控制液壓油流量”“控制液壓油方向”等系統(tǒng)功能分析創(chuàng)建活動圖在模型瀏覽器中右鍵單擊功能“鉆孔”選擇“新建活動圖”，新建“活動圖1”，命名為“鉆孔_活動圖”添加功能在模型瀏覽器中按住左鍵拖動功能“快速下放”至活動圖中合適位置松開左鍵，在活動圖中添加功能。同樣方法，在活動圖中添加功能“觸底保護”“自動下放”“鉆進”添加初始節(jié)點從模型庫中按住左鍵拖動“初始節(jié)點”至活動圖中合適位置松開左鍵，在活動圖中添加初始節(jié)點添加選擇節(jié)點從模型庫中按住左鍵拖動“選擇節(jié)點”至活動圖中合適位置松開左鍵，在活動圖中添加選擇節(jié)點系統(tǒng)功能分析添加合并節(jié)點從模型庫中按住左鍵拖動“合并節(jié)點”至活動圖中合適位置松開左鍵，在活動圖中添加合并節(jié)點。添加輸出接口在活動圖中右鍵單擊“觸底保護”，選擇“增加輸出接口”添加輸出接口，命名為“觸底信號”建立連接選中初始節(jié)點，將其接口與“快速下放”連接，新建連接關系在“鉆孔_活動圖”中，給各功能建立連接移動接口鼠標指針在接口處懸停，就會出現(xiàn)接口樣式圖標按住鼠標左鍵拖動該接口至目標位置系統(tǒng)功能分析創(chuàng)建子功能在模型瀏覽器中右鍵單擊功能“自動下放”選擇“新建功能”，新建“功能1”，命名為“控制液壓油流量”同樣方法，為功能“自動下放”添加子功能“控制液壓油方向”“動力單元慢速正轉”“執(zhí)行機構慢速正轉”“接收信號”為其他功能添加的各子功能系統(tǒng)功能分析創(chuàng)建塊右鍵單擊模型瀏覽器中的“2.3.1卷揚系統(tǒng)產品架構”選擇“新建元素”→“塊”創(chuàng)建“塊1”，命名為“卷揚系統(tǒng)”同樣方法，在包“2.3.2卷揚系統(tǒng)接口”下添加塊“卷揚系統(tǒng)接口”添加泳道在模型瀏覽器中，在“卷揚系統(tǒng)”的下一級定義“電磁閥”“液壓馬達”“減速機”“卷筒”等組件將這些塊拖動到活動圖中即可自動生成與之對應的泳道圖拖動“電磁閥”到活動圖中作為泳道框選“控制液壓油流量”“控制液壓油方向”等功能，初步實現(xiàn)功能與系統(tǒng)組成之間的映射同樣方法，將塊“液壓馬達”“減速機”“卷筒”拖動到活動圖中作為泳道系統(tǒng)功能分析雙擊打開需求圖“'卷揚系統(tǒng)設計需求（最終）'”，從模型瀏覽器中拖動功能“快速下放”至需求圖中，并將此功能與需求“0.4.4下放功能”連接，可以建立滿足關系參照以上步驟可以建立需求與其他功能的關聯(lián)系統(tǒng)功能分析創(chuàng)建子包在模型瀏覽器中，在包“2.2功能分析”下面創(chuàng)建子包“2.2.4狀態(tài)分析”創(chuàng)建狀態(tài)機圖右鍵單擊“2.2.4狀態(tài)分析”選擇“新建元素”→“狀態(tài)機圖”，新建狀態(tài)機圖軟件自動生成一個空白的狀態(tài)機圖模型，可將狀態(tài)機命名為“卷揚狀態(tài)機”，將狀態(tài)機圖命名為“卷揚狀態(tài)機圖”系統(tǒng)功能分析添加初始狀態(tài)從模型庫中拖動“初始狀態(tài)”至卷揚狀態(tài)機圖中，作為卷揚機整體的初始狀態(tài)添加組合狀態(tài)從模型庫中拖動“組合狀態(tài)”至卷揚狀態(tài)機圖中，修改名稱為“卷揚系統(tǒng)關閉狀態(tài)”組合狀態(tài)可以進一步分解為多個分支狀態(tài)對每個組合狀態(tài)，需要單獨定義初始狀態(tài)和關閉狀態(tài)，與前述操作相同在組合狀態(tài)“卷揚系統(tǒng)關閉狀態(tài)”中添加初始狀態(tài)和最終狀態(tài)創(chuàng)建分支在“卷揚系統(tǒng)關閉狀態(tài)”中右鍵單擊選擇“新建分支”或者從右側元素庫中拖動“分支”，在組合狀態(tài)中建立分支添加“電磁閥關閉狀態(tài)”“液壓馬達停止狀態(tài)”“減速機空閑狀態(tài)”“卷筒空閑狀態(tài)”系統(tǒng)功能分析建立關聯(lián)在卷揚狀態(tài)機圖中選中初始狀態(tài)將鼠標指針懸浮于初始狀態(tài)圖標的任一接口上待圖標變成綠色時，單擊此接口，并拖動至“卷揚系統(tǒng)關閉狀態(tài)”的接口處，生成初始狀態(tài)接口與“卷揚系統(tǒng)關閉狀態(tài)”接口間的連接線，建立二者之間的關聯(lián)增加錨點在“分支”元素上右鍵單擊選擇“增加錨點”→“底部。建立其他關聯(lián)系統(tǒng)功能分析添加組合狀態(tài)在卷揚狀態(tài)機圖中添加組合狀態(tài)“卷揚系統(tǒng)啟動狀態(tài)”添加初始狀態(tài)和最終狀態(tài)添加狀態(tài)，包括“電磁閥打開狀態(tài)”“液壓馬達運轉狀態(tài)”“減速機工作狀態(tài)”“卷筒旋轉狀態(tài)”建立關聯(lián)從初始狀態(tài)到“電磁閥打開狀態(tài)”建立關聯(lián)添加活動在模型瀏覽器中選中“電磁閥打開狀態(tài)機”將其拖動到“卷揚狀態(tài)機圖”的組合狀態(tài)“卷揚系統(tǒng)啟動狀態(tài)”的“電磁閥打開狀態(tài)”中，將會顯示Entry、DoActivity和Exit三個選項選擇DoActivity。為其他狀態(tài)添加活動和建立關聯(lián)系統(tǒng)功能分析添加組合狀態(tài)在卷揚狀態(tài)機圖中添加組合狀態(tài)“卷揚系統(tǒng)運行狀態(tài)”添加初始狀態(tài)和最終狀態(tài)添加狀態(tài)，包括“鉆孔狀態(tài)”和“抖土狀態(tài)”。建立關聯(lián)從初始狀態(tài)到“鉆孔狀態(tài)”建立關聯(lián)添加活動在“鉆孔狀態(tài)”上右鍵單擊，選擇“編輯屬性”彈出“屬性編輯”對話框單擊DoActivity后面的瀏覽按鈕在DoActivity對話框中勾選“鉆孔”，為“鉆孔狀態(tài)”添加“鉆孔”活動也可以在模型瀏覽器中選中“鉆孔”，將其拖動到“鉆孔狀態(tài)”中為其他狀態(tài)添加活動和建立關聯(lián)系統(tǒng)功能分析創(chuàng)建信號右鍵單擊“2.2.4狀態(tài)分析”選擇“新建元素”→“信號”，創(chuàng)建信號，命名為“啟動卷揚系統(tǒng)”信號關聯(lián)在模型瀏覽器中選中“啟動卷揚系統(tǒng)”將其拖動到“卷揚系統(tǒng)關閉狀態(tài)”和“卷揚系統(tǒng)啟動狀態(tài)”的關聯(lián)連線上創(chuàng)建其他信號，完成的“卷揚狀態(tài)機圖”系統(tǒng)功能分析狀態(tài)機仿真單擊“建?！薄胺抡妗薄胺抡妗卑粹o在仿真顯示欄中將會顯示狀態(tài)機仿真情況選擇“鉆孔狀態(tài)機”單擊仿真工具欄中的“開始”按鈕鉆孔狀態(tài)機仿真開始系統(tǒng)功能分析創(chuàng)建子包在包“2.3組成設計”下創(chuàng)建子包“2.3.1卷揚系統(tǒng)產品架構”和“2.3.2卷揚系統(tǒng)接口”創(chuàng)建塊在子包“2.3.1卷揚系統(tǒng)產品架構”下創(chuàng)建塊，命名為“卷揚系統(tǒng)”同樣方法，創(chuàng)建塊“機架”和“電氣系統(tǒng)”創(chuàng)建接口塊在子包“2.3.2卷揚系統(tǒng)接口”下創(chuàng)建接口塊，命名為“機械接口”同樣方法，創(chuàng)建其他接口塊為了方便查看，對創(chuàng)建的塊和接口進行分類系統(tǒng)組成設計創(chuàng)建包“3模型庫”，添加子包“二級部件”，包括塊“卷揚支架”“壓繩器”“減速機”“卷筒”“液壓馬達”“電磁閥”“鋼絲繩”等二級配套產品模型。模型庫中的內容允許復用，可以分別定義其接口、參數，從而為系統(tǒng)組成結構的具體建模提供基礎資源系統(tǒng)組成設計創(chuàng)建模塊定義圖（BDD，即塊定義圖）在模型瀏覽器中右鍵單擊“2.3.1卷揚系統(tǒng)產品架構”選擇“新建視圖”→“模塊定義圖”新建模塊定義圖，命名為“卷揚系統(tǒng)產品架構”添加建模元素在模型瀏覽器中單擊塊“卷揚系統(tǒng)”按住左鍵拖動到模塊定義圖中，松開左鍵，添加塊“卷揚系統(tǒng)”同樣方法，添加塊“卷揚支架”“壓繩器”“減速機”“液壓馬達”“卷筒”“電磁閥”“鋼絲繩”“電氣系統(tǒng)”“機架”建立關聯(lián)在模塊定義圖中選中塊“卷揚系統(tǒng)”將其接口與塊“卷揚支架”連接，建立組合關系在模型瀏覽器中，塊“卷揚系統(tǒng)”下方同步添加了“組成屬性1：卷揚支架”系統(tǒng)組成設計建立塊“卷揚系統(tǒng)”與其他塊的組合關系”系統(tǒng)組成設計添加值屬性在模型瀏覽器中，右鍵單擊“卷揚系統(tǒng)”選擇“新建值屬性”創(chuàng)建值屬性“總體成本指標”設置默認值右鍵單擊“總體成本指標”選擇“設置默認值”彈出“設置參數”對話框，輸入默認值30000單擊“確定”按鈕，設置默認值”添加其他值屬性“總體重量指標”“最大提升力指標”“最大提升速度指標”“提升力”“提升速度”“總成本”“總質量”設置其默認值系統(tǒng)組成設計添加代理端口在模型瀏覽器中，右鍵單擊“卷揚支架”選擇“新建代理端口”創(chuàng)建代理端口“frame_a”設置端口類型右鍵單擊“frame_a”選擇“選擇類型”在彈出的對話框中設置“類型”為“機械接口”在“二級部件”中設置其他代理端口系統(tǒng)組成設計創(chuàng)建內部模塊圖（IBD，即內部塊圖）在模型瀏覽器中，右鍵單擊塊“卷揚系統(tǒng)”選擇“新建內部模塊圖”新建內部模塊圖，命名為“卷揚系統(tǒng)內部模塊”添加建模元素在模型瀏覽器中選中“卷揚支架”，將其拖動到內部模塊圖“卷揚系統(tǒng)內部模塊”中同樣方法，將“屬性卷筒”“減速機”“液壓馬達”“電磁閥”“電氣系統(tǒng)”“壓繩器”“鋼絲繩”拖動到內部模塊圖“卷揚系統(tǒng)內部模塊”中建立關聯(lián)在內部模塊圖“卷揚系統(tǒng)內部模塊”中選中“卷揚支架”邊框上的端口并與“卷筒”邊框上的端口連接，建立連接關系建立其他關聯(lián)系統(tǒng)組成設計創(chuàng)建約束在模型瀏覽器中，右鍵單擊“2.7.1.1數學模型”選擇“新建元素”→“約束”，命名為“體積計算”添加輸入參數右鍵單擊約束“體積計算”選擇“新建輸入參數”，命名為“a”同樣方法，添加“2.7.1.1數學模型”的全部參數同樣方法，添加“2.7.1.2指標驗證”的全部參數設計驗證創(chuàng)建參數圖在模型瀏覽器中，右鍵單擊“2.3.1卷揚系統(tǒng)產品架構”選擇“新建參數圖”，命名為“卷揚系統(tǒng)參數圖”添加值屬性從模型瀏覽器中選擇塊“卷揚系統(tǒng)”的值屬性“卷筒重量”拖動到參數圖中添加其他值屬性設計驗證建立映射關系從模型瀏覽器中拖動約束“總體質量驗證”至參數圖中彈出“關系映射”對話框在左側框中選中“卷揚系統(tǒng)”下的“卷筒重量”按住Alt鍵，單擊右側框中“卷揚系統(tǒng)”下的“總體重量指標”建立映射關系設計驗證建立關聯(lián)在參數圖中選中值屬性“卷筒重量”將其接口與約束屬性“總體質量驗證”建立關聯(lián)建立其他值屬性與約束屬性的關聯(lián)設計驗證約束設計在參數圖中右鍵單擊約束屬性“總體質量驗證”選擇“編輯約束表達式”彈出“約束表達式”對話框在左側“變量”選項卡中雙擊“總重量：Real”在右側“表達式編輯”框中將會添加此變量編輯約束表達式設計驗證參數計算在模型瀏覽器中，選中“卷揚系統(tǒng)參數圖”單擊“建?！薄胺抡妗薄胺抡妗卑粹o打開“約束計算”對話框在“計算參數設置”框中設置參數值，單擊“計算”按鈕自動計算參數值設計驗證追溯性分析單擊“建?！薄安榭础薄白匪菪苑治觥卑粹o彈出“追溯性分析”對話框，可以查看需求、功能的追溯情況和覆蓋率需求覆蓋單擊“建?！薄安榭础薄靶枨蟾采w”按鈕彈出“覆蓋性分析表”對話框在“視圖”下拉列表中選擇“需求覆蓋表”通過需求追溯矩陣展示需求被功能和塊滿足的情況分析評估創(chuàng)建多個架構方案在包“2.6配置設計”下創(chuàng)建“產品母型”“A方案”“B方案”“C方案”“D方案”“E方案”“F方案”“G方案”設置它們的值屬性選擇架構方案單擊“建?！薄安榭础薄凹軜嫏嗪狻卑粹o彈出“架構權衡”對話框在左側下方勾選“全選”復選框選擇全部要對比的架構方案。導入腳本單擊“導入”按鈕，找到安裝路徑下的Example文件夾選擇腳本文件architect_test.py單擊“打開”按鈕，在“架構腳本編輯”框中將會顯示其中的Python腳本設計驗證架構方案對比結果單擊“計算”按鈕，顯示架構方案的對比結果設計驗證參數計算單擊“關系映射”按鈕在“關系映射”對話框中分別建立“3模型庫”的“二級部件”中的“卷筒.長”、“卷筒.寬”和“卷筒.高”與“卷筒.體積”的關系映射修改公式為“體積=卷筒.長*卷筒.寬*卷筒.高”查看體積的計算結果設計驗證創(chuàng)建表格視圖在模型瀏覽器中右鍵單擊“2.8架構權衡”選擇“新建視圖”→“表格視圖”新建表格視圖，命名為“卷揚設計_表格”篩選數據在表格視圖“卷揚設計_表格”中單擊“選擇表格中顯示的數據”按鈕彈出“篩選數據”對話框，勾選需要顯示的數據編輯注釋內容在表格視圖“卷揚設計_表格”中，還可編輯注釋內容表格視圖與關系矩陣創(chuàng)建關系矩陣在模型瀏覽器中右鍵單擊“2.8架構權衡”選擇“新建視圖”→“關系矩陣”新建關系矩陣，命名為“卷揚設計_關系矩陣”在“卷揚設計_關系矩陣”視圖中單擊“篩選行數據”按鈕彈出“篩選數據”對話框勾選關系矩陣中需要顯示的行數據單擊“確定”按鈕在“卷揚設計_關系矩陣”視圖中單擊“篩選列數據”按鈕在“篩選數據”對話框中勾選關系矩陣中需要顯示的列數據單擊“確定”按鈕在顯示出的關系矩陣中，雙擊勾選矩陣中的單元格，檢查功能條目對需求條目的滿足關系，還可以手動更改表格視圖與關系矩陣新建鏈接文件在模型瀏覽器中右鍵單擊空白處，選擇“新建元素”→“鏈接的文件”在對話框中選擇路徑“Example\卷揚系統(tǒng)\Modelica模型\RotaryDigDrill”單擊“打開”按鈕在模型瀏覽器中將會顯示包package1配置顯示模型右鍵單擊包package1選擇“配置顯示的模型”彈出“模型顯示配置”對話框，勾選要顯示的模型，使其在模型瀏覽器中顯示鏈接Modelica模型打開模型展開包package1雙擊“PI控制器1”在建模視圖中將會打開對應的模型設置輸入參數在下方的“模型輸入輸出”窗口中雙擊“值”輸入框可以設置輸入參數u、u1的值仿真單擊“建?！薄胺抡妗薄胺抡妗卑粹o系統(tǒng)會根據輸入參數值計算輸出參數值鏈接Modelica模型設置屬性打開內部模塊圖“卷揚系統(tǒng)內部模塊”在空白處右鍵單擊選擇“設置Modelica仿真框架屬性”彈出“Modelica仿真框架屬性”對話框在目標屬性“類型”列的下拉列表中選擇類型同樣方法，設置Modelica仿真架構屬性的全部類型生成仿真框架打開內部模塊圖“卷揚系統(tǒng)內部模塊”在空白處右鍵單擊選擇“生成Modelica仿真框架”彈出“生成仿真框架-選擇模塊”對話框勾選“卷揚系統(tǒng)內部模塊”單擊“生成”按鈕生成Modelica模型加載生成的Modelica模型，可視化效果如圖3-90所示鏈接Modelica模型單擊“生成報告”按鈕彈出“選擇報告模板”對話框在“方案報告模板”框中選擇“系統(tǒng)方案設計報告”在“系統(tǒng)方案設計”框中選擇“一、設計輸入”在“專項數據”框中根據實際需要進行勾選，單擊“確定”按鈕在彈出的“報告生成”對話框中選擇模板和輸出路徑單擊“確定”按鈕報告生成后，可以打開方案報告報告生成本章介紹了MWORKS.Sysbuilder系統(tǒng)設計與建模功能，主要內容包括模型組織結構管理，模型導入、導出，需求定義，系統(tǒng)功能分析，系統(tǒng)組成設計，設計驗證，分析評估，架構權衡，鏈接和生成Modelica模型，報告生成。本章小結謝謝！基于模型的系統(tǒng)工程及MWORKS實踐設計與仿真一體化的新一代MBSE方法設計與仿真一體化的MBSE技術體系緊貼業(yè)務，擴展方便，定制適用于不同專業(yè)的設計工具領域知識模型復用支持多層級模板、模型庫的積累與復用，實現(xiàn)領域知識的高效應用設計仿真模型轉換開放定制能力形成與裝備設計流程的平臺功能，方便設計師更快理解掌握系統(tǒng)設計模型與系統(tǒng)仿真模型快速轉換，打通設計驗證閉環(huán)設計流程集成設計與仿真一體化的MBSE技術體系將通用的MBSE方法、工具、模型等與具體業(yè)務相結合，構建流程、模型、工具、標準規(guī)范、團隊相融合的MBSE技術體系，覆蓋全生命周期各階段活動，提供統(tǒng)一的模型數據源、統(tǒng)一的數字化設計驗證操作要求、統(tǒng)一的軟件工具平臺，支撐跨階段、跨層級、跨團隊的協(xié)同論證、設計與運營流程是MBSE技術體系的核心模型為MBSE技術體系提供了基礎資源工具為MBSE全流程業(yè)務活動提供平臺功能支撐標準規(guī)范為研制團隊提供具體的工作指導團隊能力是全部研制能力的核心新一代MBSE方法的技術特點統(tǒng)一架構按照系統(tǒng)架構拆分為若干個可獨立執(zhí)行的業(yè)務組件，并將模型按照生命周期與版本修訂過程分別建立不同顆粒度的系統(tǒng)構型與組件模型。通過構建系統(tǒng)架構模型與建模仿真框架接口的映射關系，實現(xiàn)架構驅動的多層次、多顆粒度、多版本模型重構，式支持系統(tǒng)模型的組裝定制和擴展以面向對象的方式構建統(tǒng)一架構，可以根據技術方案進行靈活配置，以參數化的形式完成模型實例化，能夠根據模型庫索引信息，實現(xiàn)對設計元模型庫、仿真模型庫進行集成調用新一代MBSE方法的技術特點統(tǒng)一接口復雜系統(tǒng)模型具有層次特性，面向裝備系統(tǒng)不同研制階段，產生不同顆粒度模型，需要定義不同顆粒度的模型接口面向研制單位內部的需求，提供流程接口和業(yè)務接口，流程接口為流程管理、技術狀態(tài)管理、模型數據管理等信息化系統(tǒng)提供了工具和模型訪問接口，業(yè)務接口則為數字試驗管理、故障仿真、健康狀態(tài)評估等具體業(yè)務場景的仿真需求提供不同模型的訪問接口通過面向對象的多態(tài)特性，構建可配置的系統(tǒng)任務接口模型體系，支持不同視圖模型的調用；通過面向對象的抽象繼承特性實現(xiàn)不同顆粒度接口模型的定義，定義多階段接口的持續(xù)細化路徑，支持使命、任務、需求、概念、架構等不同階段模型的遞進演化可以將通用設計接口要求轉化為設計仿真專用的接口模型，對外提供參數化調用，并支持參數驅動的接口類型、顆粒度、專業(yè)的自動實例化生成新一代MBSE方法的技術特點統(tǒng)一模型霍爾三維結構提出包含層級、流程、專業(yè)三個維度的三維模型體系框架模型體系按照復雜系統(tǒng)任務設計與仿真流程，可分為需求模型、功能模型、架構模型及仿真模型4類，再細分為不同層級，每類模型按照專業(yè)又分為不同分系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)范目標是規(guī)范描述多領域、多層級系統(tǒng)的不同模型視圖通過基礎語言標準支持跨學科、跨項目和跨組織的溝通通過通用接口標準支持跨平臺工具之間的通信協(xié)同支持系統(tǒng)建?；蚣蓱玫臏蚀_性以及表達方式的一致性覆蓋特定領域，支撐模型的跨領域集成，實現(xiàn)系統(tǒng)模型的集成、分析、規(guī)范、設計和驗證MBSE方法的“三階段六過程”流程模型與傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程方法相同，MBSE方法同樣要約定研制流程INCOSE提出的一種系統(tǒng)工程V形圖模型在MBSE應用實踐過程中，需要將模型、工具與研制流程相匹配有大量的工程實踐致力于探索系統(tǒng)工程和專業(yè)工程的融合應用參考各種復雜系統(tǒng)研制流程劃分方式，結合實踐的經驗積累，形成了各種復雜系統(tǒng)研制流程模型。根據這些模型的相似性，抽象出適合各類不同復雜系統(tǒng)研制需求的通用MBSE方法的流程模型MBSE方法的“三階段六過程”MBSE方法的“三階段六過程”某復雜系統(tǒng)研制的任務分解示例MBSE方法的“三階段六過程”定義使命任務定義系統(tǒng)概念分析資源約束識別系統(tǒng)需求分析系統(tǒng)需求第一階段：使命任務定義與需求分析圍繞系統(tǒng)的各種運行目標、市場目標，識別出典型的任務場景，以用例圖的形式建立使命任務模型，描述系統(tǒng)上下文信息，定義利益相關方角色和任務場景用例，對任務用例進行分解及分配，梳理形成數字化的任務模型和結構化、可量化的任務要求。在每個任務場景中都需要考慮系統(tǒng)目標、環(huán)境特點，且明確相關任務場景中的主要參與者，描述其關聯(lián)關系。MBSE方法的“三階段六過程”系統(tǒng)、產品功能需求多專業(yè)設計方案信息、控制以及機電熱多專業(yè)設計方案系統(tǒng)整體架構工程總體、系統(tǒng)功能、參數、接口的分配、關聯(lián)與映射多專業(yè)仿真模型信息、控制以及機電熱多專業(yè)仿真模型綜合驗證將產品設計模型、仿真模型綜合為系統(tǒng)級詳細模型，開展綜合驗證第二階段：系統(tǒng)架構定義與可行性論證系統(tǒng)概念架構分解為各系統(tǒng)結構設計要求，通過規(guī)范的需求、接口、參數、行為、約束建模過程，由各專業(yè)團隊并行開展系統(tǒng)架構設計工作，定義能源動力、制導控制、機械傳動、供配電、信息通信等物理方案與運行邏輯，集成為系統(tǒng)整體模型，通過關聯(lián)追溯矩陣、參數圖、行為圖仿真等方式，從系統(tǒng)功能、運行成本、技術可行性、可靠性、安全性等維度開展可行性分析與驗證，形成系統(tǒng)架構方案。擴展系統(tǒng)架構視圖構建接口模型譜系描述關聯(lián)追溯關系構建分系統(tǒng)架構視圖構建可行性論證視圖MBSE方法的“三階段六過程”第三階段：運行方案仿真與綜合評估開展系統(tǒng)物理原理、運行機理的細化描述，擴展其物理模型，描述其系統(tǒng)運行邏輯過程或者協(xié)同運行過程，根據任務場景中的用例，對系統(tǒng)運行方案模型進行重新配置，對各類系統(tǒng)需求進行定性、定量的驗證分析，開展系統(tǒng)方案的綜合評估，支持多方案權衡，選取最合適的系統(tǒng)方案。構建運行方案仿真模型開展多方案分析與權衡確定分系統(tǒng)的評估標準與方法技術指標綜合評估多領域統(tǒng)一模型體系按照MBSE流程要求，系統(tǒng)設計、驗證、評估等需要以多領域統(tǒng)一模型為基礎，各層級、各團隊之間的模型傳遞、共享也應以模塊化模型為載體，需要覆蓋流程、層級、專業(yè)三個維度；“三階段六過程”的三維模型體系框架，為系統(tǒng)多階段、多任務、多層級協(xié)同的MBSE流程提供完整的數字化模型支持，保證跨專業(yè)、跨團隊協(xié)同論證過程的模型一致性和可互操作性；在MBSE流程的執(zhí)行過程中，可以沿上述三個維度中的某一個對模型體系進行展開，將另外兩個維度的模型需求進行歸納整理，形成多維度的模型庫。結合MBSE工具體系實現(xiàn)對多維度模型庫的統(tǒng)一存儲、管理、共享、應用，以此作為使命任務定義與需求分析、系統(tǒng)架構定義與可行性論證、運行方案仿真與綜合評估三個階段的統(tǒng)一模型架構，覆蓋任務、系統(tǒng)、分系統(tǒng)和組件等多個模型層級，兼顧環(huán)境類模型，支持不同階段、不同層級的設計與分析工作。多領域統(tǒng)一模型體系在任務級，建立任務模型，定義任務執(zhí)行參數與剖面，有針對性地開展分析與驗證。建立日環(huán)境參數模型；在系統(tǒng)級，建立系統(tǒng)模型，描述系統(tǒng)的功能以及系統(tǒng)的結構組成和接口，支持系統(tǒng)設計與驗證；在分系統(tǒng)級建立分系統(tǒng)模型，支持各專業(yè)設計知識的復用；在組件級，建立通用的基礎組件模型，為各層級建模提供更豐富的補充；系統(tǒng)各層級的模型庫，具有高度的模塊化特點，可以通過理論分析、同類模型對比、試驗數據對比驗證、相近系統(tǒng)實測數據標定等形式開展模型驗證，提高仿真結果的可靠性。設計與仿真一體化的MBSE工具平臺復雜系統(tǒng)論證過程要求建設如圖的滿足任務整體復雜性要求的完整工具體系，形成設計與仿真一體化的MBSE工具平臺；在工程總體層面（任務級），開展多種任務場景的建模描述與評估，實現(xiàn)技術指標定義、系統(tǒng)需求分解與分配、實施路線的定義與優(yōu)化等；在系統(tǒng)層面（系統(tǒng)級），部署系統(tǒng)架構分析、需求管理、系統(tǒng)仿真驗證等軟件，開展動力、傳動、控制、通信、探測等系統(tǒng)的設計論證工作；在專業(yè)技術層面（分系統(tǒng)級），開展各分系統(tǒng)的能源、控制、運輸等專項任務設計與分系統(tǒng)設計，構建專業(yè)詳細設計和仿真模型，開展成本、風險和可靠性等指標的驗證與評估，建設專業(yè)設計與仿真軟件和各類系統(tǒng)分析軟件，支持各專業(yè)層級的任務分析與系統(tǒng)評估。MBSE協(xié)同設計論證標準規(guī)范體系1.標準規(guī)范體系基礎標準規(guī)范基礎語言規(guī)范，定義建模仿真能力，系統(tǒng)研發(fā)工具、模型體系遵循國際通用基礎語言規(guī)范開發(fā)，從而可以保證設計、驗證工具與模型的先進性和協(xié)同性系統(tǒng)建模規(guī)范是建模準確性與可讀性的保障，通過對模型架構、開發(fā)、定義以及測試驗證等進行全方位的規(guī)范定義，保證模型表達的正確性、模型結果的可信性、模型復用的規(guī)范性模型驗證規(guī)范定義模型的驗證與確認方式，包括測試大綱、測試流程、驗證流程、驗證數據來源以及驗證結果評價方式等，是模型尤其是可運行模型可靠性、可信性的保障。模型應用規(guī)范則從總體流程、任務分析、工具選擇、角色分工、過程控制、結果形式等角度定義應用方法與準則，保證仿真過程可控、結果可信和數據可追溯。規(guī)范文檔名稱使命任務定義與需求分析系統(tǒng)架構定義與可行性論證運行方案仿真與綜合評估使命任務建模規(guī)范√——需求建模規(guī)范√——需求描述規(guī)范√——功能描述規(guī)范√√√架構定義規(guī)范√√√邏輯建模規(guī)范√√√系統(tǒng)驗證規(guī)范—√√建模語言規(guī)范√√√模型接口規(guī)范√√—軟件接口規(guī)范√√—文件規(guī)范√√√可靠性分析規(guī)范—TBD—安全性分析規(guī)范—TBD—保障性分析規(guī)范—TBD—維護性分析規(guī)范—TBD—測試性分析規(guī)范—TBD—模型傳遞規(guī)范√√√流程活動規(guī)范√√√驗證計劃規(guī)范—TBD√技術狀態(tài)管理規(guī)范√√√數據管理規(guī)范√√√2．規(guī)范文檔本章小結本章首先介紹了設計與仿真一體化的MBSE技術體系，以及新一代MBSE方法的技術特點，然后給出了MBSE方法的“三階段六過程”，即使命任務定義與需求分析階段、系統(tǒng)架構定義與可行性論證階段、運行方案仿真與綜合評估階段。本章還介紹了多領域統(tǒng)一模型體系、設計與仿真一體化的MBSE工具平臺，給出了MBSE協(xié)同設計論證標準規(guī)范體系。謝謝！基于模型的系統(tǒng)工程及MWORKS實踐使命任務定義與需求分析概述基于統(tǒng)一模型開展使命任務定義與需求分析等工作，論證使命任務過程、能力、任務所需的資源的約束條件，對系統(tǒng)產品的需求進行逐層細化分析，保證使命任務定義的正確性、利益相關方及其需求識別的完整性、需求傳遞的一致性、系統(tǒng)功能需求定義的合理性與可行性，實現(xiàn)系統(tǒng)正向設計的一體化能力提升使命任務定義完成使命任務是復雜裝備研制的最根本出發(fā)點，是評價研制效果與效能的最終目標，也是系統(tǒng)工程、MBSE技術體系第一個過程/階段的目標；以科研團隊、作戰(zhàn)指揮控制團隊、運營商等最終用戶甚至更高層次管理機構的戰(zhàn)略任務為核心輸入，識別出全生命周期各階段的任務場景、邊界以及利益相關方，開展各層級典型任務場景的數字化建模，定義裝備系統(tǒng)與外部系統(tǒng)、環(huán)境、用戶之間的交互響應關系，從而完成對使命任務的描述、分析、細化，并支撐提煉出利益相關方的應用需求。使命任務定義使命任務定義的輸入最終用戶期望是最終用戶所預設的系統(tǒng)核心任務，既可以表現(xiàn)為簡短的使命任務策劃，也可以表現(xiàn)為較為復雜的任務書；對復雜裝備總體系統(tǒng)，最終用戶期望是指裝備戰(zhàn)略目標，以及由之分解而來的系統(tǒng)能力以及外部接口關系；對分系統(tǒng)及以下層級的產品，最終用戶期望是指在向上一層級交付此目標產品時，上一級系統(tǒng)對其的功能預期其他利益相關方期望是指除直接用戶之外的利益相關方期望；測試性、可靠性、維護性、保障性即為此類利益相關方期望的明確表達繼承性需求是系統(tǒng)需要滿足更高級用戶或者更高級系統(tǒng)的整體性要求，此類需求有天然的繼承性要求，能夠幫助建立本層級的用戶期望使命任務定義使命任務定義的主要活動利益相關方識別確定與系統(tǒng)相關的各利益相關方，為需求收集、任務場景設計與建模等工作提供完整的角色清單，從而保證任務分析、系統(tǒng)需求分析過程的完整性和準確性；利益相關方期望識別以戰(zhàn)略目標、使命任務、需求輸入等不同方式識別出利益相關方對系統(tǒng)的預期要求；任務場景設計與建模描述最終用戶所要求的任務場景，根據其他利益相關方的訴求，盡可能完整地開展任務場景描述，界定相關內外部系統(tǒng)的物理與邏輯結構，識別和確定各類任務場景中系統(tǒng)與外部環(huán)境、外部系統(tǒng)之間的交互關系，明確定義系統(tǒng)的輸入和輸出；利益相關方需求收集根據任務場景中所描述的系統(tǒng)接口、能力要求、操作過程等來收集利益相關方需求。使命任務定義利益相關方識別利益相關方利益相關方是指其權益會被系統(tǒng)能力或研制應用過程影響的群體或個人；系統(tǒng)用戶一般是最重要的利益相關方；針對系統(tǒng)的不同層級、不同專業(yè)，可能需要面向不同的利益相關方；實際工作中，也需要根據不同的業(yè)務流程開展工作；利益相關方類型管理人員；投資者；用戶；維護人員；培訓人員；可用性和效能專家；政府；標準機構；監(jiān)管部門利益相關方期望識別用例圖描述核心使命任務或者系統(tǒng)戰(zhàn)略目標；主要包含用例和參與者兩個元素。利益相關方期望識別用例圖作為運行使用構想的結構化表達，是獲取并描述利益相關方期望的重要手段，用于確定系統(tǒng)需求和運行邊界，是系統(tǒng)中與用戶相關聯(lián)的需求開發(fā)和結構開發(fā)的出發(fā)點，是此后各類系統(tǒng)設計模型、仿真模型、描述文檔的開發(fā)基礎。使命任務定義利益相關方期望識別示例如圖為某深空探測工程系統(tǒng)用例圖該用例包括三個參與者及四個用例。三個參與者分別為地面指揮系統(tǒng)、目標星體（火星）及太空。四個用例分別代表探測工程所需執(zhí)行的場景，即發(fā)射與部署、軌道控制與導航、儀器操作與控制、數據采集與傳輸。使命任務定義概述任務場景模型是對利益相關方期望的具體化表示，是對運行構想的展開描述，是系統(tǒng)需求中的重要根據，其建模元素可以包括用例圖、活動圖等行為模型，通過完善的描述并考察任務場景，經常能揭示出可能會被忽視的需求和設計要求任務分解任務場景建模應考慮運行使用的所有環(huán)節(jié)，包括在集成、試驗、部署直到廢棄/處置過程中的全部計劃和非計劃運行使用。為了開發(fā)可用的、完備的任務場景模型，需要從戰(zhàn)略目標、使命任務出發(fā)，以類似窮舉的方式，對其中包含的子任務或者具體的工作場景進行完整分析，同時還當考慮典型的故障、退化等故障模式下的運行使用場景，從而能夠正確指導系統(tǒng)設計與驗證。任務場景模型中包含的典型信息有：系統(tǒng)生命周期各個階段的典型場景、運行使用時間基線、運行使用場景、故障管理策略、人機接口、維修保障需求、系統(tǒng)端到端通信過程、運行使用設施、任務邏輯過程與關鍵事件等任務場景設計與建模使命任務定義任務場景設計任務場景設計的具體工作過程與任務特點聯(lián)系緊密；需要形成與行業(yè)特點相匹配的具體執(zhí)行路線；以某飛行器的任務分析過程為例，可以采用飛行任務剖面的方法描述飛行器的任務及環(huán)境，該剖面說明了飛行器系統(tǒng)在全生命周期經歷的事件以及事件順序、持續(xù)時間、環(huán)境及系統(tǒng)工作方式。飛行任務執(zhí)行是基于任務事件列表實現(xiàn)的。任務事件列表是指包含完成標稱任務以及突發(fā)性場景所必需的所有任務事件的順序集合，包括任務段、任務節(jié)以及分系統(tǒng)活動三個層次，分別對應飛行任務的頂層、中間層和底層描述。其中，任務段描述飛行任務的主要任務階段；每個任務段包含若干任務節(jié)，對應于該任務段中需要完成的主要事件；分系統(tǒng)活動是底層也是最細節(jié)的任務描述，每個任務段與任務節(jié)都是通過順序執(zhí)行分系統(tǒng)活動序列來實現(xiàn)的。因此任務分析涉及的元素包括任務、子任務、任務段、任務事件、子事件、活動、狀態(tài)等。使命任務定義任務場景建模任務場景建模從戰(zhàn)略級目標出發(fā)，按照層級和分解關系，對系統(tǒng)使命任務進行初步分解任務場景模型既可以從零開始全新創(chuàng)建，也可以從外部任務模型或需求文件導入，設置任務參數與核心技術指標，通過用例圖識別任務利益相關方、外部環(huán)境對象、系統(tǒng)邊界等任務場景通用元素，并建立其形式化定義，明確各個場景的核心活動、內外部系統(tǒng)以及用戶與系統(tǒng)之間的交互活動。使命任務定義任務場景設計與建模示例