MBSE探讨
本文《基于模型的系统工程研究与实践》是按照我2015年工作中的需要编写的，当前内容删除了一些单位业务属性的信息等。摘录删除过程中也许会有些语句不通顺，敬请谅解。
基于模型的系统工程研究与实践
1 背景
系统工程分析与设计是一项涉及多学科领域、多目标、多约束的复杂系统工程过程,系统耦合关联严重、参与人员众多、设计信息庞杂。以文档为中心的传统系统工程范式凸显出一定的困难,亟需探索新的系统工程方法。本文以基于模型的系统工程方法和工具使用为主要研究对象,探讨了系统工程分析与设计中应用模型工具的可行性等问题。
建模自出现以来，一直是系统工程的重要组成部分。在过去十年中，工程师们已经大幅增加基于模型的技术的使用，并发展出一门新的学科，基于模型的系统工程（Model-Based Systems Engineering, MBSE）。这门学科与传统的系统工程不同，它强调中央系统模型，该模型同时捕捉系统需求和满足这些需求的设计决策。除了作为系统工程的工作构件的知识库之外，还可以通过模拟系统模型来验证成本、性能研究和设计选择。
基于模型的系统工程（MBSE，model-based systems engineering）是近年产生的新型系统工程方法，以应对现代大型系统的复杂性与软件密集型特性的复杂巨系统解决手段。该方法的基本元素是模型，利用模型表示法以及图形化建模语言的优势，能发展成为通用的、贯通学术界与工业界并且能够普遍适用于行业生产的标准化方法。
基于模型的系统工程的特点是具有良好的整体视图表现能力，可以有非常直观的子系统关系视角和各个模块之间的关联性视角。上述的各种视角一致性和连贯性将提供系统设计者和工程人员在设计实施中的变更提供最为高效的修正设计手段和明确展示需要修正设计的要素。
2 研究目标
MBSE要成为标准化方法，需要建模语言表达能力强、适用范围广、语法简洁；模型需要加强与仿真工具、分析工具的集成，使得系统模型与仿真、分析工具能够实现通信与数据交互。工程中所有相关人员如利益方、设计方、实践方、验收方等,都能够着眼于公共认同的系统模型,在需求分析、结构分析,功能分析,性能分析,仿真验证等全阶段都围绕着该系统模型,进行设计、加工、反馈修改等活动。不断利用该模型来指导工程,也不断通过工程实践的反馈,来维护更新模型，以使得模型与工程并行前进。具体要求是：
1) 表达能力强大，能够达到知识表达的无歧义性。
2) 具备一致性与完整性。系统模型涵盖工程全生命周期，包括需求、分析、设计、验证、确认过程。所有层级之间可贯穿，可追溯。
3) 提供多视角多剖面对于系统的审视，有助于尽可能在设计初期进行验证确认，降低风险与设计修改成本。
因此我们的研究目标是通过系统模型化理论的研究，完善模型化方法论，制定系列标准，同时提供强大的支持各学科领域专业的工具及相互通信联动的开发平台的支撑。
3 MBSE实践探索
本次实践探索是基于模型的系统工程思想，使用业务建模工具对已规划项目进行模型化梳理，通过梳理检查组织、业务、技术等多方面的一致性和相关性。
本次使用的项目是在互联网上搜寻的美国公开资料《美国PPBE系统运行的分析及启示》和《美国军事实力的源流：战略管理与规划能力》。根据其两篇文章针对美军PPBE[1]进行全方位模型化梳理。本次梳理内容仅为组织、业务的关系，未能包含技术系统内容。
梳理工具为华迪计算机的HD-BMW[2]。该工具已经被《电子政务业务流程设计方法通用规范》GB /T 19487-2004中使用。
该工具的特点是建模后具备组织树、职责流程图、协作流程图的一致性。也就是说在上述任何视点进行修改，转到其它视点缩减到的是已经修改过的内容。这一点对于复杂大系统建模非常重要！多数人在工具使用上遇到的困难就是某一视点的图在修改后与其它试点无关，当系统具备足够复杂情况下就会出现混乱。
3.1 建模-建立树
建模中仅引用上述两个文档的描述内容，构成美国“国防部PPBE系统”，系统的两个根分别是“流程框架”和“组织单元”。建模过程中尽量反映原始文档的流程结构与组织结构，目的是保持文档模型化的严谨性。
建模工作的第一步是建立树，在建立流程树的时候立即发现了一个很有趣的现象，流程中常说PPBE四个根，但是文档中将计划于预算进行了合并为PPE，与标题不符。
组织树是按照文档描述层级显示，一般不会出现问题。本案组织结构分别由国会、总统、总统办公厅和国防部组成。
3.2 建模-建立流程
在建立树后面的工作还是输入工作，建立树与树之间的协作流程，本次建模中共计4个流程图，分别是“规划阶段流程”、“预算年计划流程”、“预算年预算流程”和“执行阶段流程”。
流程建模是一个相对细致的工作，需要对于每一句话针对的相关组织和流程进行描述，详细设计的时候还需要携带表单以支撑流程涵盖的细节。
下图为“规划阶段流程”。
下图为“预算年计划流程”
下图为“预算年预算流程”
下图为“执行阶段流程”
上述流程建立后，软件支持将局部事件交付到事件流程图的功能。该功能交付后事件流程图盒子之间就会有事件关联的流线了，不同节点位置有不同的流程图，且重要的是所有的事件流程图和职责流程图乃至结构树都是关联一致的。
当流程建立并交付到时间流程后，可以看到职责流程图流线和流线标注。分析流线的完整性和合理性。对于不合理的流线查找原因并回到流程图进行修改。多次反复即可保证在不同层级的职责流程合理性，即告模型建立和检查工作完毕。
3.3 模型分析-职责流程图关联性检查
完成了模型的流程工作并做了局部事件交付，职责流程图就能够反应本部门的输入和输出、部门内部事件的传递方向及内容。
如图所示，该节点位于国防部。
图中看到位于国防部组织中的两个部门，业务局和评估部门在本文档描述中未能涉及，或者建模中对这两个部门建模遗漏。也可以有另外的解释就是这两个部门与PPBE工作无关。
当协作流程图和职责流程图推演合理后，在回到原始文档进行修正描述，使得文档与模型构成一致。
3.4 模型不同视角的一致性
该模型工具具备建模中间不同视图的一致性特征。该特征的具体表现形式为在“组织结构树”、“职责流程图/时间流图”和“协作流程图”中的任何建立、修改动作会自动映射到其它视图中，即保证了系统建模过程的一致性。
上述一致性包括信息盒子、流程标注、表单等内容。
4 研究实践总结
基于模型的系统工程实践首先是要有模型工程的思想。基于模型的系统工程实践中，使用建模工具的重要的感受就是不论多少视点，强调它们之间是一体的，不可拆分的。
人类通常把模型理解为立体，但是在基于模型的系统工程则是具备更多视点或者多维空间的描述，包括复杂的局部细节描述，类似机械工程的平立剖组合视图。
该软件能够通过协作流程图与职责流程图之间的交付动作，实现检查职责流程中的没有事件的空盒子，即发现它的存在意义或者流程的遗漏，进而修正整个树和流程达到系统工程模型化表示进一步的完整。
支持上述思想和描述需要有相应的工具。HD-BMW解决了一树多图的要素、事件流、表单等内容描述的一致性。本文所展示的模型图来自HD-BMW软件，内容是根据美国公开资料《美国PPBE系统运行的分析及启示》和《美国军事实力的源流：战略管理与规划能力》两文的要素抽取处理的。
国家正在积极推进基于模型的系统工程实践，多个机构在基于模型的系统工程中已经取得一定的成果。个人感觉推动该工程的同时，使用适当的工具来帮助我们的工程实践，提高研究效率和检查系统梳理过程的缺陷是非常重要的环节。同样我们还应该看到，我们自身已经拥有自己的建模工具。在国产自主可控的大环境下，在系统工程中用好它，让它为我们系统研究工作品质更高的有力工具。
[1] PPBE（Planning，Programming，Budgeting & Executing）规划—计划—预算—执行的英文缩写
[2] 模型建设工具产品（HD-Business Model is Working），简称“HD-BMW”。