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?！?/span>

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)的領導者，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）方法的潛在應用能力，利用虛擬仿真技術降低由該方法產(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、設計、驗證和確認，起始于概念設計階段，并將持續(xù)應用于整個開發(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)設備（IE）公司面臨的挑戰(zhàn)。

美諾已經(jīng)開始獲得豐厚的回報?！袄?MBSE 將系統(tǒng)化的方法應用于產(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來解決不同的工程學科的優(yōu)先次序競爭的問題，以對設備的整體結(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)了一種超乎我們預期的磨損情況。我們利用該數(shù)字模型對這些特定設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 技術來處理復雜性日益增加的航天飛行任務?！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 歐洲項目預計將在本世紀20年代探索木衛(wèi)二衛(wèi)星。

加快 MBSE 普及應用

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”（智能技術系統(tǒng)OST Westfalen Lippe ）技術網(wǎng)絡研發(fā)總經(jīng)理，機電一體化系統(tǒng)設計德國 Fraunhofer 項目組的 SE 部門負責人，Roman Dumitrescu 說，一些因素正在限制 MBSE 技術的普及?！癕BSE 技術標準缺失，其中包括關于如何實現(xiàn) MBSE 和具體配置復雜技術系統(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]有關于MBSE 的專業(yè)教育項目。”

為了使 MBSE 獲得廣泛應用，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搹膹碗s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