基于模型的系统工程

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1、基于模型的系统工程商业机会与克服实现挑战2014年11月CIMdata,Inc.3909ResearchParkDriveAnnArbor,MI48108+1734.668.9922www.CIMdata.com基于模型的系统工程商业机会与克服实现挑战基于模型的系统工程介绍CIMdata近期对基于模型的系统工程（MBSE）开展了一次调查。调查的目的是进一步了解设计各种产品的企业在哪里以及如何部署MBSE，以支持和强化产品开发过程，从而发现相关业务价值。本报告将首先介绍MBSE战略的背景信息，然后是它的优势、应用技术以及调查的部分重要结论。此次调查的受访者来自各种规模的企业，主

2、体部分的收入范围介于极高和极低两个极端之间。有46%的企业的收入超过50亿美元，25%的收入不足1亿美元。这些结论与我们已经开展的系统工程相关的其它调查的结果吻合,且CIMdata认为大约25%的答复来自极小规模的公司,足以说明小公司管理人员及其公司文化能够比更大、更复杂的组织机构更容易地实现系统工程战略。所有的调查答复均来自北美（73%）或欧洲（27%）。图1所示为是代表的行业。图1：调查答复的行业分布CIMdata公司2014年版权所有。1基于模型的系统工程商业机会与克服实现挑战本报告的研究已部分得到ANSYS公司的支持。不断变化的产品开发性质制造企业，尤其是开发电子

3、和软件占比较大的复杂机电系统的企业正面临着不断增长的挑战与风险，即需要在日益缩短的生命周期内开发创新性新产品。经验丰富的全球消费者越来越多地要求定制化产品，要求产品拥有最先进的技术特性，同时又能够使用通用产品架构、软件、组件和子系统进行高效大批量生产。此外“物联网”的未来里几乎每种对消费者有切实或认知价值的产品都包含电子和软件内容。随着行业的进步，设计和构建日益复杂产品的工具也在发展。由于功能和造型等因素、电子、嵌入式软件、控制系统等新技术更频繁的组合以及产品对多物理领域（如结构、热、流体、化学、电磁学、声学、光学等）的依赖，造成了3D产品的几何结构变得更加复杂，从而让产品复

4、杂性呈现多样化。这种结合领域间的相互作用增大了新产品开发的内在风险：延迟产品市场投放速度，降低产品质量，增大灾难性故障概率，增加产品召回数量，引发个人责任索赔和其它许多问题。除了产品复杂性问题，政府与其他组织机构的合规性要求已变得更加严格，要求为安全监管部门提供可追踪的详尽报告，满足稀有或有害物质的回收或处理要求，以及现有产品和组件的再利用要求。市场的全球化、产品开发和制造已经导致了更加复杂的产品开发状态。这些因素直接导致增加前期工程的投资，从而在产品生产甚至是构建原型之前验证产品设计是否满足性能和合规要求。需要构建和测试多个原型迭代的时代已经过去。对于今天的复杂产品来说，构

5、建原型—测试—构建原型的过程太慢而且成本过高。企业已经运用六西格玛和失效模式与影响分析（FEMA）等多种方法帮助了解和降低风险。但是如果有一种更综合的方法能从产品概念之初就最大程度地降低风险和控制成本，并随着设计成熟不断降低风险概率，效益会更加显著。调查结果证明了该问题的存在。超过66%的企业称部件数量、每个产品平台的备选方案数量以及产品定制化水平都会影响到产品的复杂性。超过86%的受访者表示他们不得不实施正式的工程计划来控制复杂性和风险。CIMdata公司2014年版权所有。2基于模型的系统工程商业机会与克服实现挑战为了应对这些压力，工程组织机构正在投资于系统工程，尤其

6、是基于模型的系统工程，从而更深入地了解产品设计，在产品开发周期中尽早支持更高质量的工程决策。下文中将对MBSE概念进行详细介绍，不过其核心在于运用可视化和可执行的建模原理，并通过跨越各个专业领域的系统工程活动（一系列支持需求管理、产品设计与优化以及测试与验证工作的模型）虚拟地定义产品。发挥日益强大的建模与仿真功能是确保产品设计在整个生命周期满足各项要求的关键，这其中包括涉及多个领域中的功能，如软件与电子、机械组件与控制系统之间的关系。MBSE介绍系统工程（SE）是一种跨领域的产品和过程开发方法，其重点在于定义客户需求和功能要求以尽早在工程开发周期中予以满足，记录工程需求，然后

7、在考虑完整的产品定义和生命周期的同时，进入设计综合和系统验证，具体包括：成本与日程性能测试、确认与验证生产运营培训与支持处理与回收1INCOSE定义的基于模型的系统工程是一种正式的建模与持续设计验证应用，可用于从概念设计阶段开始，贯穿整个产品开发阶段直到随后的生命周期阶段，支持包括需求、设计、分析、确认与验证工作在内的系统工程。MBSE过程和传统系统工程过程之间的根本差异在于权威性的系统定义不再存在于一系列静态的、基于文本的设计文档，而更多地体现为一个逼真的模型。这个模型能够深入细致地掌握