文/陳根
盡管系統(tǒng)工程起源于20世紀(jì)早期，并在第二次世界大戰(zhàn)中就已經(jīng)進(jìn)行了運(yùn)用，但直到1951年，美國(guó)貝爾公司在建成微波中繼通信網(wǎng)后才正式提出“系統(tǒng)工程”這一名詞。1972年，美國(guó)阿波羅載人登月工程運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法大獲成功，這讓系統(tǒng)工程第一次在世界范圍內(nèi)被人們所熟知。之后，在美國(guó)國(guó)防部的領(lǐng)導(dǎo)下，承包商標(biāo)準(zhǔn)被引入，系統(tǒng)工程才逐漸被應(yīng)用于民用航空領(lǐng)域。
其中，國(guó)際系統(tǒng)工程師協(xié)會(huì)（INCOSE）將系統(tǒng)工程定義為：是一種能夠使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的方法和手段。系統(tǒng)工程專注于在系統(tǒng)開發(fā)的早期階段，就定義并文檔化客戶需求，然后再考慮系統(tǒng)運(yùn)行、成本、進(jìn)度、性能、培訓(xùn)、保障、試驗(yàn)、制造等問題，并進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和確認(rèn)。
由此可見，系統(tǒng)工程可被應(yīng)用于建立跨學(xué)科的復(fù)雜大系統(tǒng)，通過對(duì)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、信息流等進(jìn)行科學(xué)的、有條理的研究和分析，使學(xué)科與學(xué)科之間、子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間和系統(tǒng)的整體與局部之間相互協(xié)調(diào)和配合，從而優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行，更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的目的。
然而，伴隨著需求的增長(zhǎng)和技術(shù)的革新，傳統(tǒng)工業(yè)逐漸向智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型。在新的工業(yè)環(huán)境下，系統(tǒng)復(fù)雜度的提升所產(chǎn)生的龐大信息量與數(shù)據(jù)量給傳統(tǒng)的基于文檔的系統(tǒng)工程（TSE）帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。于是，隨著模型驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)開發(fā)方法的興起，特別是在軟件領(lǐng)域，人們將模型驅(qū)動(dòng)與系統(tǒng)工程相結(jié)合，提出了基于模型的系統(tǒng)工程方法（MBSE）。
MBSE強(qiáng)調(diào)貫穿于全生命周期的技術(shù)過程的形式化建模，建立的系統(tǒng)模型既解決了項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)積累和復(fù)用的問題，也通過多視角的系統(tǒng)頂層需求建模與系統(tǒng)架構(gòu)建模，為復(fù)雜系統(tǒng)或體系的向下分解與及時(shí)驗(yàn)證提供了模型依據(jù)，體現(xiàn)了整體論與還原論的辯證統(tǒng)一；而針對(duì)物理層構(gòu)建的各專業(yè)領(lǐng)域（機(jī)械、電子、流體、力學(xué)、氣動(dòng)等）的物理模型，也體現(xiàn)了對(duì)具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)的描述，使系統(tǒng)工程不再僅僅是使能技術(shù)，還包含了完整的工程實(shí)現(xiàn)所需的技術(shù)集合。
一方面，MBSE中的DoDAF系統(tǒng)架構(gòu)描述標(biāo)準(zhǔn)，提供了多視角的體系架構(gòu)描述方法，從全景視點(diǎn)、能力視點(diǎn)、作戰(zhàn)（業(yè)務(wù)）視點(diǎn)、服務(wù)視點(diǎn)和系統(tǒng)視點(diǎn)等8個(gè)方面來完整描述系統(tǒng)，使得從整體上描述復(fù)雜系統(tǒng)或體系成為可能，滿足了系統(tǒng)工程方法的系統(tǒng)性與整體性，使得系統(tǒng)工程成為名副其實(shí)的系統(tǒng)論指導(dǎo)下的工程方法。而建立的系統(tǒng)架構(gòu)模型，也為在系統(tǒng)定義的早期階段就能對(duì)系統(tǒng)功能分解與系統(tǒng)指標(biāo)分解的結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證提供了模型支持。
另一方面，2007年INCOSE在《系統(tǒng)工程2020年愿景》中，給出了“基于模型的系統(tǒng)工程”的定義：支持以概念設(shè)計(jì)階段開始并持續(xù)貫穿于開發(fā)和后續(xù)的生命周期階段的系統(tǒng)需求、設(shè)計(jì)、分析、驗(yàn)證和確認(rèn)活動(dòng)的形式化建模應(yīng)用。可以看見，MBSE與傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程相比，最主要的區(qū)別是貫穿于全生命周期的技術(shù)過程的形式化建模，重點(diǎn)在形式化，而不是有無建模。
當(dāng)前，MBSE已成為創(chuàng)建數(shù)字孿生的框架，數(shù)字孿生可以通過數(shù)字線程集成到 MBSE工具套件中，進(jìn)而成為MBSE框架下的核心元素。而從系統(tǒng)生存周期的角度，MBSE又可以作為數(shù)字線程的起點(diǎn)，使用從物聯(lián)網(wǎng)收集的數(shù)據(jù)，運(yùn)行系統(tǒng)仿真來探索故障模式，從而隨著時(shí)間的推移逐步改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
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