基于模型的系统工程（MBSE）及MWORKS实践 课件 1 MBSE教材讲义 第一章 引论.pptx

立足航天、面向工业、服务行业基于模型的系统工程及MWORKS实践聂兰顺教授2024年11月08日

立足航天、面向工业、服务行业引论聂兰顺教授2024年11月08日

复杂系统的发展趋势系统可以从系统规模和系统结构复杂程度两个角度进行分类：从系统规模角度，可以分为小系统、大系统、巨系统；从系统结构复杂程度角度，可以分为简单系统和复杂系统。根据这种界定方式，系统工程的关注对象是复杂大系统和复杂巨系统。从专业构成角度看，复杂装备通常包含总体结构、推进系统、制导系统、控制系统、探测系统、通信系统、能源系统、环热控系统等多个分系统，多个分系统协同工作，共同完成飞行、探测、作战、防御等任务，不同分系统间会产生不可预测的功能耦合、交叠甚至冲突传统系统研发主要采用“各系统基于文档分解研发任务→各专业孤立研发→基于实物试验开展实物迭代试错”模式，这种研发模式的研发周期长、成本高，更重要的是难以适应复杂装备在性能、效率和质量方面的高要求

八大系统、大量分系统、数百万个零件，结构、力学、流体、动力、通信、软件、电子多专业协同成千上万工程师协作，数千供应商配合波音公司员工总数超过17万，超过14万人拥有大学以上学历中航工业集团下辖100余家成员单位、24家上市公司，员工逾45万人几十米长的结构件加工精度达到微米级上千℃高温、数十吨、千倍大气压载荷下高超音速飞行任务论证详细设计测试试验运行维护概念设计复杂系统的发展趋势

收放作动器转弯作动器减震器起落架伺服控制器状态监控余度管理起落架伺服作动系统辅助飞控伺服作动系统发动机伺服作动系统喉道控制导叶片控制位置传感器尾喷管控制状态监控余度管理主飞控伺服作动系统方向舵作动器副翼作动器升降舵作动器减速板作动器指令传感器主操纵控制器远程控制单元安定面作动器扰流板作动器状态监控襟副翼作动器舱门作动器角度传感器辅助操纵控制器状态监控余度管理复杂系统的发展趋势

复杂系统的发展趋势典型复杂工业系统航天航空能源船舶车辆Poweredorks1工业系统高复杂性高性能要求高可靠性多系统交联多层次结构多学科耦合多团队协作极端任务环境极致性能要求耦合机理复杂技术验证困难运行环境多样安全性可靠性设计难度大规范性要求高

复杂系统的发展趋势2007年美国总统科技顾问委员会（PCAST）在报告中将CPS列为联邦研究投入的最优先领域之一，德国于2012年10月制定了《未来项目“工业4.0”落实建议》，指出CPS是工业4.0的核心，我国2010年在《国家重点基础研究发展规划》和《国家重大科学研究计划》中也明确了CPS研究的重要性。综合来看，新一代复杂系统及其研制需要关注以下趋势：系统形态由“复杂系统”向“系统的系统”延伸，多系统协同将创造更多的价值；“软件定义”是工业产品/复杂装备/工程系统的未来，而数字化研发是“软件定义”的基石；基于模型的设计（ModelBasedDesign）是CPS时代的技术特征和必然要求；统一的模型规范是跨学科、跨领域集成的基础，Modelica、SysML等标准是未来重要的基础标准。

复杂系统的发展趋势INCOSE2035愿景中指出，复杂系统从原始的机电系统、电气电子系统发展到软件化、网络化系统，到未来将进一步过渡到数据与智能驱动系统。

“系统工程是进行技术决策时查看系统“全貌”的途径，是在确定的运行使用环境下和规划的系统寿命周期中，在费用、进度和其他约束条件下，达到利益相关者所提出的在功能、物理和使用方面性能需求的途径。它还是能够支持对系统寿命周期费用进行控制的方法论。简而言之，系统工程是一种有逻辑的思维方法”NASA将“系统工程”定义为一种用于系统设计、实现、技术管理、运行使用和退役处置的有条理的、多学科的方法。基于文档的系统工程方法已不能满足工程应用需求：易产生理解歧义，信息一致性难以维护，可追踪性难以保障；子系统间隔离的设计难以开展多学科全系统设计与验证；与技术系统融合度低，倚重管理。系统工程与基于模型的系统工程

MBSE是一种通过建模支持系统需求、设计、分析、验证和确认的形式化手段，可从概念设计阶段开始，一直持续到开发及以后的后期生命周期阶段。

Theformalizedapplicationofmodelingtosupportsystemrequirements,design,analysis,verificationandvalidationactivitiesbeginningintheconceptualdesignphaseandcontinuingthroughoutdevelopmentandlaterlifecyclephases.(INCOSE2007)《系统工程愿景2035》中还指出