第五届“启航杯”MBSE建模大赛 第1阶段第1场培训
（2024年4月29日）
培训主题：达索面向航空航天的MBSE解决方案总览
培训内容：
1）航空航天MBSE业务挑战；
2）达索面向航空航天MBSE总体方案；
3）航空航天MBSE案例与发展前瞻；
培训时间：4月29日 下午 15:00～16:00
培训对象：“启航杯”MBSE建模大赛历届参赛团队和本届报名团队
主讲人：
姓名：郝广鑫
职位：达索系统航空航天高级技术经理
简介：从事航空研发、数字化转型和产品生命周期管理领域10余年，参与并实施了众多航空航天及国防行业MBSE 、PLM、相关规划、咨询与落地项目。广泛涉猎行业各方数字化解决方案，深入了解航空研制保障核心业务流程，以业务需求为立足点促进航空核心业务与数字化技术的融合落地。
线上会议链接：
大赛报名入口：
微信扫描二维码报名。可关注大赛官网（http://www.mbse-alliance.com）或公众号“复杂装备MBSE生态”，本届大赛后续安排陆续发布中。
一 公司简介
法国达索系统（Dassault Systemes）公司是全球PLM（产品生命周期管理）解决方案的领导者。在1981年成立之初，达索系统是一个只有大约20名工程师的小团队，主要利用当时唯一的品牌为航空航天行业提供支持：CATIA。如今，达索系统的员工队伍已发展壮大到超过22,500人，产品组合囊括了12个几乎面向所有行业的品牌。
科学深深根植于达索系统的企业DNA中。达索系统帮助全球企业利用虚拟世界应对现实世界中最严峻的挑战。无论是3D设计、数字样机（DMU）还是产品生命周期管理（PLM），都是我们的领域，而且仍在不断发展。
达索系统以创新为驱动。自2012年开始转型起，达索系统从一家软件公司转变为一家体验公司。这意味着达索系统为客户提供的不仅仅是产品，还包括专注于改善最终用户体验的服务和内容。达索系统将3DEXPERIENCE平台设计为一个协作环境，使人员和企业能够以全新的方式开展创新。
自2020年以来，达索系统一直在应用自身的知识和专业技术来更好地理解和推动有机世界的发展——从本质上讲，将达索系统的影响力从事物延伸到生命科学。通过为生命科学与医疗保健行业提供人体虚拟孪生体验，可以揭示尚未解开的复杂奥秘，帮助提高人们的健康水平。
达索系统解决方案将其3DExperience平台本身的特点优势与其在行业多年的实践结合，基于“基于模型、实时协同、全周期管控、数据驱动”的3DExperience平台，通过实现9大工程价值流，支撑航空航天企业逐步实现“构建持续正向的创新研制体系”、“打通研制信息高速干道”、“实现全周期流程驱动与过程管控”、“实现基于数据的显性准确的管理决策”等核心价值主张，最终达到提高产品质量、缩短研制周期、减少研制成本、提升竞争实力的企业目标。
二 达索MBSE方案简介
达索系统提供的MBSE整体解决方案以3DExperience平台为基础，串联起MBSE全流程的工作, 构建起从需求管理、功能设计到逻辑设计再到物理设计的数据架构，并基于RFLP数据框架统一数据源，在深度上，保证了初步设计和详细设计阶段，需求、系统定义和数字样机之间的一致性；在广度上，使系统架构师和学科专家能够预先定义和验证与需求匹配的系统；实现从系统之系统到设计仿真一体化协同，实现系统模型和仿真结果能正向驱动产品设计。
在工具层面，达索提供以MagicDraw为核心的CATIA Magic多层级架构建模工具（支持任务工程，系统工程和软件工程），以及基于Modelica语言的模型仿真工具软件Dymola等，形成了庞大且完善的达索系统-系统工程解决方案体系。
达索于2018年收购No Magic，并规划至其CATIA品牌之下。该公司聚焦于基于模型的体系工程（UAF、DoDAF、UPDM），基于模型的系统工程（SYSML、RAAML、fUML）、软件架构建模（UML）和业务流程（BPMN）建模，核心产品是建模工具CATIA Magic。该工具是一个行业先进的跨平台的基于模型系统工程的开发环境，提供强大的MagicGrid系统工程方法论和不同视角的SysML系统模型，支持工程师进行需求验证、设计决策权衡、模型一致性检查及需求追溯分析。还能拓展到MBPLE、基于模型的测试、V&V、基于模型的安全性可靠性，以及网络安全分析等。
为了更好的支持客户MBSE落地部署，基于已有客户的工程实践，又提出了适用于复杂系统工程开发的Magicgrid方法论。Magicgrid基于ISO 15288将工程问题分为问题、解决方案、实现三个阶段，每个阶段中对应需求、行为、结构、参数和安全性可靠性四种视角，通过对利益相关者需求分析，用例场景分析，功能的分解分配，接口定义等，使模型的不断演化、迭代递增，使用标准SYSML语言来实现复杂系统的正向设计和创新，支持领域模型的自定义和方法论的裁剪，更好的支持不同企业和产品的落地。
同时提供团队协同工作组件Teamwork Cloud，支持系统工程团队基于在线项目的团队协作，包括成员之间数据同步及消息发送，模型合并和创建分支；支持项目版本管理、权限管理、项目变更管理；支持将项目发布到服务器，供异地协同的项目团队成员校对、审核、审定和批准等工作; 服务器端仿真；
整个方案开放性和标准化，支持最新版标准UAF1.2、SYSML1.7、REQIF、RAAML、UPDM2.1、DODAF、UPDM、fUML、BPMN2.0、UML2.5.1、OSLC等。
Dymola(Dynamic Modeling Lab，动态建模实验室), 是基于公开Modelica系统建模语言的集成建模和仿真环境，是用于模型创建、测试、仿真和后处理的完整环境。通过使用 Modelica 语言和高超的仿真技术，快速解决复杂的多专业系统建模和分析问题。
依靠达索3DExperience平台单一、连续、模型数据源的平台架构，以上工作不仅可以集成在达索统一体系中，还能将MBSE的成果继续无阻碍地向下游传递，实现需求模型到仿真模型最终指导设计模型地正向传递，实现研发正向化、流程化和高度自动化，达成设计仿真一体化协同的目的，大幅度缩短前期研发设计阶段周期，提高产品初期的完成度及质量。
三 应用案例
系统工程技术已经在航天器设计，航空电子和工程中应用了60多年。当前，太空探索行业面临着新的重大挑战：最大的光学和射电望远镜、火星和系外行星任务、可重复使用的火箭、小型立方体卫星的使用增加、服务机器人等。
在高度复杂的空间探索项目中，不断增加的动态特性需要MBSE提供的系统集成方法。航天工业使用MBSE并不是什么新鲜事；然而，应用的规模却逐年增长。
许多公司已经采用了MBSE方法：NASA、ESO、ESA、Raytheon、BEA系统公司、博思艾伦公司、LMCO、诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman）、桑迪亚国家实验室、康斯伯格、洛克希德马丁等。
达索作为高度标准兼容的流行建模工具供应商和解决方案提供商，我们不断满足工业客户的需求，同时也在影响和积极开发系统工程——SysML标准。
NASA作为MBSE的先驱，以NASA为例，展示其在一些项目上MBSE的应用情况。
1) 立方星任务建模与仿真（NASA 及INCOSE MBSE案例）
立方星是一类科研型航天器，被称为纳米卫星。这种立方体卫星长约10厘米，体积约946立方厘米，重约1.4千克。
a) 项目面临的挑战
- 卫星状态在整个飞行任务中如何演变？
- 飞行器设计/运行是否满足所有飞行任务要求？
- 航天器飞行任务参数的变化如何影响性能和要求的满足？
b) MBSE解决方案
- 建模工具：MagicDraw + SysML；
- 仿真工具：Cameo仿真工具包；
- 分析集成模型：STK和MATLAB集成模型和工具对于任务的设计和规划至关重要；
c) 应用效果
- 开发了立方体卫星任务的基本系统模型；
- 将分析模型与仿真能力结合起来；
- 分析了任务和设计的权衡 - 实现了任务和设计的权衡。
d) 评价
“Europa团队能够用通常只够研究一个或两个任务的资源来研究三个不同的任务概念，所有三项研究的高质量得到了哈伯德审查委员会（Hubbard Review Board）和美国国家航空航天局总部（NASA HQ）的称赞。”
——Dave Nichols and Chi Lin, JPL MBSE practitioners at INCOSE International MBSE Workshop 2014.
2) NASA JPL案例
对于NASA，JPL的任务是在火星、太阳系、外行星、天体物理学、地球科学和星际网络等领域进行机器人太空探索。NASA JPL成功地将MBSE应用于实际项目的系统工程问题中，涉及到项目、活动和生命周期的各个阶段。 并且在2015年就大约有20多个开发任务在全生命周期内应用了MBSE。
a) 项目案例
Mars 2020, Orion, the Jupiter Europa Orbiter, Europa Clipper, the Soil Moisture Active Passive (SMAP), 及其他。
b) 应用效果
- 通过考虑更复杂因素项的任务分析，以及更快速的权衡分析，增强研发产品的质量；
- 对系统设计进行早期验证；
- 给系统工程师更多的时间专注工程分析，减少文档工作；
- 显著提高系统和子系统工程师之间的沟通和理解效果；
- 实现更多的设计重用；
3) The Europa Clipper Project 木卫二快船项目
“木卫二快船”的任务是对木星的卫星“木卫二”进行详细的侦察，研究这颗冰冷的卫星是否有适合生命生存的条件。木卫二快船任务将在1700英里到16英里(2700公里到25公里)的高度对木卫二执行45次飞掠。
a) 项目面临的挑战
- 管理多种架构方案；
- 在多个“不关联”的工程报告之间保障正确性和一致性；
- 在完整设计完成前管理设计更改；
b) 应用效果
- 配置管理；
- 基于Web的报告生成；
- 集成数据吞吐量分析；
- 集成功耗和能量分析；
- 自动重量计算；
4) 平方公里阵列无线电望远镜项目SKA
平方公里阵列(SKA)是世界上最大的无线电望远镜，工程于2018年启动。在绘制天空地图时，它比当今最好的无线电天文设备灵敏数十倍，速度快数百倍。SKA的设计和建设需要尖端技术和创新，包括设计世界上最快的超级计算机，其可以采用远远超过当前全球互联网流量的速度处理数据。另一方面，SKA使用了数千个不同类型天线技术的无线电天线，这将使天文学家能够以前所未有的细节来探测宇宙。SKA还能够比现有的任何射电天文设施更快地探测整个天空。
a) 项目面临的挑战
联合超过100个联盟成员，统一系统工程模型框架和规范方法，包括：
- SKA望远镜的设计，包括最优方案的权衡；
- 天文台企业架构模型；
下图显示了基于确定接口的分包设计，允许基于子组件规范进行分包。
b) 应用价值
NASA JPL对MBSE应用和实践的体验:
- MBSE增强了沟通和交流：
o 单一权威的信息源使团队信息保持一致；
o 促进项目内准确、高效、一致的沟通；
o 将方案到实施阶段的概念和基本原理更完整传递；
o 基于任务和MBSE实践， 第一步是开发一个系统模型；
- MBSE提高生产效率：
o “最初系统模型开发…通过重用模型pattern和之前在EHM上学到的分析，只花了一小部分时间；
o 平时耗时的项目文档/报告，通过自动生成手段而变得简单；
- MBSE提高质量：
o 由于更清晰的语义，能更早检测出不一致性；
o 例如：在探测任务测试中，识别出来35处方案的不一致；
o “我发现建模的过程可以‘避免人工查错’…捕捉细节有助于更好地理解系统，从而‘跳出’错误或潜在的问题区”；
o 促进早期的需求确认和设计验证；
- MBSE支持集成：
o 提供与学科模型集成的系统一致性定义，包括成本模型和仿真模型；
- MBSE帮助管理复杂度：
o “我们能够评估一致的、结构化的、透明的设计方案，并在很短的时间内与传统方法进行成本/效益对比”；
o 处理不同利益相关者的关注点；
- MBSE使得企业组织知识重用：
o MBSE增强了知识产权的重用（模型元素中积累了珍贵的专业知识）；
四 培训计划
如有问题可咨询达索公司，联系方式：18611903997（王先生），或400-919-6745。