模型的系统工程-电子表格

翻译整理：王方勇

V系统开发生命周期图

你还在使用Visio，PowerPoint和Excel来管理系统工程文档吗？很多开发团队都发现这种做法解决不了问题。

即使是很小的团队也都正面临着同样的问题，就是向已有的机械设计中添加电子设备和嵌入式软件所带来的产品复杂性的增长。

对此，CAE和PLM供应商正在推出基于模型的系统工程解决方案，用来帮助对开发生命周期（如V系统）进行管理。

基于文档控制的系统工程本质上是脆弱的

假设某个一级代理商需要将自主巡航控制系统集成到现有的车道变换回避系统当中去。目前供应商为该系统提供两种基本架构 - 一种是基于雷达而另一种是基于激光。每种架构都有若干需要支持不同OEM厂商进行所带来的需求差异。

现在再假设他们的系统工程过程都是基于文档方式的。通过Excel，Word和PowerPoint的组合来捕获原始需求、架构设计和嵌入式软件的规格。设计新的功能时，需要手动进行检查、发现及调和在所有这些文档中描述的，那些新功能涉及到的子系统和接口。对于团队来说，这是一个脆弱而繁重的过程，并且不可避免地会导致后期设计的矛盾。

主动安全控制之类的复杂系统往往需要多个并行的开发周期来管理机械、软件和电子设备。随着这些子系统的增加，如ANSYS提供的SCADE System 之类的系统工程类的软件，可以按照明确模式来描述功能、架构以及这些子系统的接口，然后将它们连接在一起来验证关键的系统需求是否得到满足。

基于模型的系统工程解决了基于文档方式提出的挑战

MBSE已经发展到允许团队更好地对变更进行管理，以确保适当的更新和可追溯性。但是它需要管理层的软件。对于从高级系统模型到组件模型的产品开发过程，系统工程师所面临的是一个零散的 工具 集，它们各自独立的记录了机械、软件和电子设备的开发路径。

通过多次迭代，对机械、电子和嵌入式软件系统之间的所有类型的互动进行建模，并不是电子表格所具备的能力。

据Scott Leemans（Advatech Pacific 首席工程师）所描述的，有多种方式来管理系统工程，“动态3D CAD模型作为MBSE的核心，包含了所有的子系统定义。设计开始于一个通用模型（V模型的左上角），通过充实细节来进行进一步的定义。V模型底部左侧的输出是高保真描述的详细组件模型，它们包括所有组件级别的功能、依赖关系和接口。”

这些组件模型并不总是能够无缝连接到系统级模型上，也有一些系统管理工具软件都能够管理整个V系统，覆盖了从概念到验证的所有阶段。

MBSE管理系统看起来是什么样的

MBSE软件提供了多层框图及常用工具集来描述系统的功能和体系结构。除了设计系统，这些工具同样用于管理子系统之间的接口，并将系统需求往下跟踪到设计细节。

由于使用了动态模型的形式进行描述，如果设计的某部分发生了变更，对其它子系统或原始需求的影响会立即变得显而易见。此外，系统模型使得在组件细节设计之前进行架构的自动验证和优化变得可行。

MBSE解决方案被设计成确保系统设计的一致性并符合原始需求，同时数据是通过模型检测和模型差异比较来进行更新的。

许多MBSE解决方案，包括入门级的产品，是基于开放标准的系统标记语言（SysML）。SysML实现了模型在供应链的上下游转换。ANSYS提供的SCADE System 就是这样一个基于SysML的解决方案。它最初是为嵌入式软件行业所设计的，所以它是特别适用于复杂的控制和显示系统，可以与仿真及嵌入式软件生成工具进行同步。

MBSE软件的其他特点包括：

图表创建（二元决策及内部框图）

分配/模型/数据 库&表

可定制的设计规则检查器（对行业有帮助的具体准则，如AUTOSAR和IMA）

定义和数据字典管理

原型、认证和验证

“ANSYS MBSE解决方案之所以与众不同，是因为它与我们同类最佳的工程仿真工具组集成在一起，涵盖了机械、电子和嵌入式软件开发等多方面。”ANSYS营销总监 Todd McDevitt如是说。“当我们的竞争对手从PLM的主干入手，将V系统融入到基于模型的系统设计时，我们从底部开始，开发详细物理仿真及嵌入式软件开发的最先进技术。然后我们将这些作为模块进行构建，以提供贯穿整个V系统的模型和仿真驱动的产品开发解决方案。“

仿真历来仅限应用于组件或子系统级模型，即使是这样，也只能在验证阶段使用。通过使用由MBSE软件支持的基于模型的系统工程方法，项目经理和系统工程师可以对整个系统进行仿真，在故障被引入组件之前来确定问题的可能来源。

注：ANSYS在ENGINEERING.com赞助推广其CAE软件解决方案。他们没有编辑本篇文章 - 所有观点都是我的。 - Shawn Wasserman