工業(yè)仿真軟件之于工業(yè)，類似于地圖之于地理，無一日無它。

工業(yè)仿真的目的，首先是為了好的產(chǎn)品性能，其次是為了好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，最后是為了好的市場效益。簡單地說，一個(gè)好的電飯煲，最佳的目標(biāo)是收益和口碑俱佳，叫好又叫座。

從產(chǎn)品規(guī)劃到產(chǎn)品功能需求（尺寸、色彩、電壓、烹調(diào)功能）這些定義通常是落到紙面上。設(shè)計(jì)工程師根據(jù)這些要求使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品零部件設(shè)計(jì)。這就造成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程上的脫節(jié)：規(guī)劃在紙上，設(shè)計(jì)在模型，無法動(dòng)態(tài)自動(dòng)化調(diào)整產(chǎn)品規(guī)劃。

MBSE介紹

基于模型的系統(tǒng)工程 （MBSE）是一種形式化的方法，用于支持與復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)的需求、設(shè)計(jì)、分析、驗(yàn)證和確認(rèn)。與以文檔為中心的工程設(shè)計(jì)相比，MBSE 將模型置于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中心。

數(shù)字建模環(huán)境中的 MBSE 提供了基于文檔的系統(tǒng)工程無法提供的優(yōu)勢。例如，在基于文檔的方法中，許多文檔由不同的作者生成，以從各種利益相關(guān)者視圖（例如系統(tǒng)行為、軟件、硬件、安全、安保或其他學(xué)科）捕獲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。使用數(shù)字建模方法，構(gòu)建系統(tǒng)的單一事實(shí)來源，其中使用相同的模型元素創(chuàng)建系統(tǒng)的特定學(xué)科視圖。

數(shù)字建模環(huán)境還創(chuàng)建了一種基于標(biāo)準(zhǔn)的通用方法來記錄系統(tǒng)，該方法可以通過編程方式進(jìn)行驗(yàn)證，以消除模型中的不一致之處，并強(qiáng)制所有利益相關(guān)者使用標(biāo)準(zhǔn)。這種通用的建模環(huán)境改進(jìn)了系統(tǒng)的分析，并減少了傳統(tǒng)基于文檔的方法中通常注入的缺陷數(shù)量。數(shù)字化系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可用性可用于跨學(xué)科分析，為所有利益相關(guān)者提供一致的更正傳播和新信息和設(shè)計(jì)決策的合并（即，一次聲明并自動(dòng)傳播到數(shù)據(jù)的各種視圖）。如果MBSE做得好，結(jié)果是總體上降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

MBSE概念：模型+系統(tǒng)思維+建模語言

模型是某物的簡化版本——一種圖形、數(shù)學(xué)或物理表示，它抽象現(xiàn)實(shí)以消除一些復(fù)雜性。這個(gè)定義意味著簡化、表示或抽象的形式或規(guī)則。要對系統(tǒng)進(jìn)行建模，系統(tǒng)架構(gòu)師必須用較少的細(xì)節(jié)來表示系統(tǒng)，以便其結(jié)構(gòu)和行為顯而易見，并且其復(fù)雜性易于管理。

系統(tǒng)思維是一種將所考慮的系統(tǒng)視為一個(gè)更大的系統(tǒng)的一部分而不是自給自足的實(shí)體的方式。系統(tǒng)工程師從遠(yuǎn)處觀察系統(tǒng)；探索其邊界、背景和生命周期，注意其行為，并識(shí)別其模式。盡管系統(tǒng)工程師必須在一開始就分解和分析系統(tǒng)——識(shí)別部件并描述它們之間的聯(lián)系——但通過系統(tǒng)思維，他們后來將這些部件綜合成一個(gè)連貫的整體。零件不僅與其他零件相連，它們相互依賴才能正常工作。系統(tǒng)思維強(qiáng)調(diào)這種相互聯(lián)系。系統(tǒng)的行為來自系統(tǒng)子部分的活動(dòng)。系統(tǒng)思維可以更容易識(shí)別、平衡系統(tǒng)并管理系統(tǒng)的復(fù)雜性。

我們都見過、使用或生成過模型，從代表汽車或飛機(jī)的玩具到描述和解釋熱力學(xué)或重力等物理現(xiàn)象的數(shù)學(xué)公式。雖然根本不同，但這些模型都將一個(gè)想法與現(xiàn)實(shí)聯(lián)系起來，并為目的提供了足夠的抽象。在對系統(tǒng)進(jìn)行建模時(shí)，系統(tǒng)工程師決定生產(chǎn)系統(tǒng)的哪些方面最重要，例如結(jié)構(gòu)、能量或物質(zhì)流、內(nèi)部通信或安全和安保。這些類型的方面將成為模型的重點(diǎn)。建模活動(dòng)的首要目標(biāo)是對模型所關(guān)注的突出方面進(jìn)行建模，盡可能接近真實(shí)系統(tǒng)。

建模語言是一個(gè)常用術(shù)語，用于清楚地傳達(dá)模型捕獲的抽象概念。建模語言可以是正式的，具有嚴(yán)格的語法和規(guī)則。存在一些系統(tǒng)建模語言，包括通用語言，如系統(tǒng)建模語言（SysML）和統(tǒng)一建模語言（UML）

概念澄清：模型與元模型

當(dāng)你擁有建模語言，并且建立起模型的時(shí)候，就會(huì)遇到一個(gè)問題，如何將復(fù)雜的實(shí)體模型映射到系統(tǒng)建模中。將一個(gè)電飯煲的CAD圖形文件拖入系統(tǒng)建模是毫無價(jià)值的，因?yàn)樗皇且粋€(gè)活動(dòng)的模型。

系統(tǒng)建模的模型是一個(gè)動(dòng)態(tài)的活動(dòng)的模型，當(dāng)給定輸入條件的時(shí)候，它會(huì)給出特定的輸出。比如：電壓220V，標(biāo)準(zhǔn)煮飯按鈕代表著A類功率輸出控制。

系統(tǒng)建模中看重的是模型的功能輸出，所以那些沒有輸出的CAD模型、網(wǎng)格模型、甚至實(shí)體樣機(jī)本身都不是系統(tǒng)建模中的模型的完整定義。系統(tǒng)建模中模型的完整定義包括：輸入?yún)?shù)、模型描述、輸出參數(shù)。

所以系統(tǒng)建模中的模型是產(chǎn)品物理模型的某種功能或者性能抽象，比如：

對于開關(guān)來說，插拔力和插拔速度曲線，定義了插拔功能模型。

對于電飯煲來說，煮飯功能和功率需求，定義了功率需求模型。

對于飛機(jī)來說，起落架的載荷、體積、重量，定義了飛機(jī)的最大起飛和降落能力模型。

元模型

上述系統(tǒng)建模中所需要的功能模型，就是元模型。元模型就是某個(gè)系統(tǒng)的特征抽象（真空中飛行的炮彈軌跡的元模型就是位置和時(shí)間以及重力加速度的函數(shù)關(guān)系式）。對于零部件來說，抽象出系統(tǒng)建模中所需要的包含性能特征的模型并非易事。正如此前討論過，元模型的抽象需要使用從采樣、降階、多方法擬合元建模、驗(yàn)證等至少4個(gè)步驟。

元模型是MBSE基于模型的系統(tǒng)工程的基石。

審核編輯：劉清