復雜系統(tǒng)工程涉及統(tǒng)管多個學科，而各個學科通常各自為政并使用各種各樣不兼容的工具。物聯(lián)網(wǎng)（IOT）工程開發(fā)需要更強大的互聯(lián)性。采用所有系統(tǒng)合作的綜合 3D 數(shù)字模擬——一個基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）方式的虛擬樣機技術(shù)有望降低工程難度。

作者：Lindsay James

有效地開展一個復雜系統(tǒng)工程是一項宏大的事業(yè)。系統(tǒng)工程國際委員會（INCOSE）研究員、特許工程師、作家，來自蘇格蘭的 Hillary Sillitto 說：“傳統(tǒng)方法重點關(guān)注結(jié)構(gòu)（部件與部件之間的互聯(lián)），并且認為可以通過將互聯(lián)部分適當?shù)亟M裝起來獲得所需的性能”。

顯然，這種“結(jié)構(gòu)第一”的設(shè)計方法讓系統(tǒng)本身直面子系統(tǒng)之間的沖突，但是，Sillitto 說：“因為相互潛在的互動過于繁雜，這一方法不能夠保證不會產(chǎn)生不良或無法接受的特性或行為?！?/span>

更重要的是，物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的興起導致這一挑戰(zhàn)難度倍增。美國Booz Allen Hamilton 咨詢公司總工程師兼研究院、INCOSE 系統(tǒng)工程轉(zhuǎn)型助理主任、福特汽車公司前總工程師 Troy Peterson 說：“成倍增長的互聯(lián)現(xiàn)象加劇了系統(tǒng)復雜性、系統(tǒng)交互傳播以及頻率。”

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)的領(lǐng)導者，德國家電制造商美諾公司（ Miele）十分了解這些挑戰(zhàn)?！爱a(chǎn)品功能越來越趨于硬件和軟件復雜結(jié)合的結(jié)果，”美諾公司虛擬產(chǎn)品開發(fā)的帶頭人 Matthias Knoke 說，“許多傳統(tǒng)機械功能已被電子組件所取代，這大大增加了功能的多樣性。同時，越來越多的學科，必須接受咨詢并參與進來。傳統(tǒng)開發(fā)和測試方法已經(jīng)不再能夠滿足需求?！?/span>

基于模型的系統(tǒng)工程

越來越多的組織開始探索基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）方法的潛在應(yīng)用能力，利用虛擬仿真技術(shù)降低由該方法產(chǎn)生的工程復雜性。INCOSE 將其定義為“正式利用模型來支持系統(tǒng)的需求、分析、設(shè)計、驗證和確認，起始于概念設(shè)計階段，并將持續(xù)應(yīng)用于整個開發(fā)階段及后期的生命周期階段?！?MBSE 有望降低目前許多工業(yè)設(shè)備（IE）公司面臨的挑戰(zhàn)。

美諾已經(jīng)開始獲得豐厚的回報。“利用 MBSE 將系統(tǒng)化的方法應(yīng)用于產(chǎn)品的復雜性，使得產(chǎn)品更易于管理，”Knoke說，“因此，開發(fā)周期得到縮短，同時，在研發(fā)方面的相應(yīng)指出減少。更重要的是，各學科之間的合作與交流得到了改善?！?

德國的高端家電制造商美諾公司，以這款物聯(lián)網(wǎng)功能洗衣機為代表，采用基于模型的技術(shù)來解決不同的工程學科的優(yōu)先次序競爭的問題，以對設(shè)備的整體結(jié)果進行優(yōu)化。（圖片來自美諾）

總部位于Fairfield，業(yè)務(wù)范圍涵蓋了從發(fā)電渦輪機組到飛機發(fā)動機的IE 系統(tǒng)全球供應(yīng)商，通用電氣，同樣利用MBSE 獲得了不少好處?！斑@種方法之所以至關(guān)重要，有以下一些基本原因，”通用電氣數(shù)字部門制造行業(yè)負責人Paul Boris 說，“通過構(gòu)建數(shù)字模型，我們能夠?qū)C械耐受的不同工作條件和壓力納入考量。例如，我們在一些飛機發(fā)動機上發(fā)現(xiàn)了一種超乎我們預(yù)期的磨損情況。我們利用該數(shù)字模型對這些特定設(shè)備的使用模式進行映射，而不是把這些發(fā)動機全部召回以期發(fā)現(xiàn)問題。我們認為是它們的使用方式導致發(fā)動機性能下降；問題還是來源于發(fā)動機本身。于是，我們開發(fā)了一種洗流系統(tǒng)來對其進行整流。利用該系統(tǒng)，這個問題得以定位到特定發(fā)動機的特定區(qū)域。就這樣，我們?yōu)榭蛻羰∪チ擞靡孕蘩硪恍嵸|(zhì)上并未破損部件的支出及浪費，同時延長了發(fā)動機的運行時間并使其擁有更好的性能?！?

同樣，美國航空航天局（NASA）也已采用 MBSE 技術(shù)來處理復雜性日益增加的航天飛行任務(wù)?！癕BSE 幫助我們在單一可信來源數(shù)據(jù)庫中捕捉項目信息，并通過這些信息與廣大用戶群體進行有效的溝通，”加利福尼亞州 Pasadena 噴氣推進實驗室的系統(tǒng)工程師，Brian Cooke 說。

Cooke 效力的 NASA 歐洲項目預(yù)計將在本世紀20年代探索木衛(wèi)二衛(wèi)星。

加快 MBSE 普及應(yīng)用

然而，采用 MBSE 實踐的例子目前仍屈指可數(shù)。戰(zhàn)略與“it's OWL”（智能技術(shù)系統(tǒng)OST Westfalen Lippe ）技術(shù)網(wǎng)絡(luò)研發(fā)總經(jīng)理，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計德國 Fraunhofer 項目組的 SE 部門負責人，Roman Dumitrescu 說，一些因素正在限制 MBSE 技術(shù)的普及?！癕BSE 技術(shù)標準缺失，其中包括關(guān)于如何實現(xiàn) MBSE 和具體配置復雜技術(shù)系統(tǒng)建模的明確流程，”杜米特雷斯庫說，“此外，目前能夠使用 MBSE 的工程師不足，并且?guī)缀鯖]有關(guān)于MBSE 的專業(yè)教育項目?！?

為了使 MBSE 獲得廣泛應(yīng)用，杜米特雷斯庫說，IE 企業(yè)必須基于真實工程挑戰(zhàn)來定義其 MBSE 方法?！八麄儜?yīng)該從復雜度較低的系統(tǒng)開始，同時著力于工作流程和語言配置文件，”他說?！癐E公司需要讓他們所有的工程師熟悉 MBSE ，成立小型 MBSE 大師團隊?！?

彼得森對比表示同意：“一個規(guī)模合理、目的明確且資源富足的試點項目，即使再小，也能清楚地顯示MBSE 技術(shù)的價值，”他說?！暗皇且环N靈丹妙藥。如果要將其作為一項持久的能力或用以提供競爭優(yōu)勢，其仍然需要進一步的投資與承諾，需要具有領(lǐng)導力和專業(yè)知識的人員參與進來，以將其轉(zhuǎn)變成一種基于模型且能將不同學科和領(lǐng)域的模型連接起來的方法?！?

原文標題：明日模式之雛形 多層次系統(tǒng)的虛擬仿真有望解決復雜性難題

本文摘自3DEXPERIENCE雜志《COMPASS》雜志，第九期