SysML实践指南第二版第二章基于模型的系统工程概述
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2021-01-27
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SysML实践指南第二版第二章基于模型的系统工程概述实践指南第二版第二章基于模型的系统工程概述
基于模型的系统工程
基于模型的系统工程(MBSE)应用系统建模作为系统工程过程的部分描述在第1章，支持开发系统的分析、规格说明、设计、
和验证。MBSE的一个主要构建是开发系统的一个连贯模型。这种方法提高规范和设计质量，促进系统规范和设计构件的重
用,提高与开发团队之间的交流。
本章汇总不需要强调一个特定的建模语言、方法、或工具的MBSE概念，为SysML提供详细的语境。MBSE与传统的基于文档
的方法的对比是使用MBSE的动机且更能显示出它的价值。本章也讨论了有效的建模准则。
基于文档和基于模型的方法对比
下面的章节对比基于文档的系统工程方法和基于模型的系统工程方法。
基于文档的系统工程方法
传统上,大的项目执行系统工程活动已经采用了基于文档的系统工程方法，参考第1.2节。这种方法被执行通过生成文本规范和
设计文档,以硬拷贝或电子文件格式,并随后在客户、用户、开发者、和测试者之间进行交换。系统需求和设计信息被表示在这
些文档和绘图中。系统工程强调的被放置在控制文档中，并确保文档和绘图是有效的、完整的、和一致的、并且开发的系统符
合该文档。
在基于文档的方法中,一个特定系统、它的子系统、和它的硬件和软件组件的规格说明常常被描绘在一个分层的树中,称为规范
树（specification tree）。系统工程管理计划(SEMP)记录，系统工程过程如何使用在项目中，与工程学科如何一起工作来开发
文档需要的内容来满足规范树中的需求。系统工程活动被计划通过预估时间和生成文档需要的工作,并且过程随后被测量通过
文档的完整性状态。
基于文档的系统工程典型的依赖于运行构想的文档，来定义系统如何被使用支持任务或目标的需要。功能分析被执行来分解系
统功能,并分配它们到系统的组件。绘制工具被使用来捕捉系统设计,诸如，功能流程图和原理方框图。这些图被存储作为独立
文件并包含在系统设计文档中。工程权衡分析和分析被执行，并记录通过许多不同的学科来评估和优化可选的设计并分配性能
需求。分析可以被支持通过个体分析模型对应性能、可靠性、安全性、质量属性、和系统的其它方面。
需求可追跟踪性被建立并维护在基于文档的方法中，通过跟踪需求在规范树中的不同层级的规格说明之间。需求管理工具被使
用来解释需求包含在规范文档中并捕捉它们到一个需求数据库中。需求和设计之间的可追溯性被维护通过标识系统或子系统的
部分，其满足需求,和/或验证过程被使用来验证需求,并随后反映这在需求数据库中。
基于文档的方法是严格的，但有一些基础限制。完整性、一致性、和需求、设计、工程分析、和测试信息之间的联系，由于这
些信息在多个文档之间传播，评估变得非常困难。这使理解系统的一个特定方面和来执行必要的可追溯性和评估变更的影响变
得非常困难。这也导致系统层级需求和设计与底层的硬件和软件设计之间脆弱的同步。同时也使对于系统的一个演变、系统设
计的变体的维护、重用系统需求和设计信息变得非常困难。同时,系统工程工作的过程基于文档状态,其反映系统需求和设计的
质量可能是不充分的。这些限制可能导致效率底下和潜在的质量问题，常常出现在集成和测试过程中,或更糟在系统被交付给
客户之后出现。
基于模型的系统工程方法
在电子和机械设计和其它学科中，基于模型的方法已经实践了许多年。机械工程从画图板转化到更熟练的2维和随后3维计算
机辅助设计工具开始于1980年代。电子工程从人工电路设计到自动电路板生成和电路分析在一个相似的时间段。使用图形化
模型来表示软件在一个在编程语言之上的抽象层的计算机辅助软件工程变得大众化在1980年代。软件开发使用建模正变得越
来越被广泛采用，特别是自从1990年统一建模语言（UML）的出现。
基于模型的方法变得越来越流行在系统工程中。1993年 Wayne Wymore[31]年提出MBSE概念。随着计算机处理能力、存储
容量和网络技术的发展、和需要强调的系统工程标准的形成，产生了一个显著的机会来推进MBSE实践的状态。期望MBSE以
其它工程学科类似的方式变成标准实践。
“基于模型的系统工程(MBSE)是建模的形式化应用来支持系统需求、设计、分析、验证、和确认活动开始在概念设计阶段并持
续贯穿开发和随后的生命周期阶段”[32]。MBSE着力促进系统工程实践活动，系统工程实践传统上被执行使用基于文档的方
法，并且逐步增强了规范和设计质量,系统规范和设计构件的重用,和开发团队之间的通讯。系统工程活动的输出是系统的一个
连贯的模型(即,系统模型),重点被放在模型的演化和细化上使用基于模型的方法和工具。
系统模型
系统模型通常被生成使用一个建模工具并包含在一个模型库中。系统模型包含系统的规格说明、设计、分析、和验证信息。模
型包含表示需求、设计、测试用例、设计原理模型元素、和它们的内部关系。图2.1显示系统模型作为一组互联的模型元素
集，表示系统的关键方面正如定义在SysML中,包含它的结构、行为、参数、和需求。包含在模型库中的模型元素之间的多个
交叉联系，使系统模型将能聚焦在系统的不同视角上。
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