モデルベース システム エンジニアリング (MBSE)| 完全なガイド
モデルベースシステムエンジニアリング（MBSE）とは
目次
モデルベース システム エンジニアリング (MBSE) は、複雑なシステムの開発に使用される方法論です。 これは、システムの動作、機能、および物理的特性を捉えるさまざまなモデルを通じてシステムを表現する、モデルベースのアプローチです。 この記事では、モデルベース システム エンジニアリングとは何か、その仕組み、および提供される利点について説明します。
モデルベース システムズ エンジニアリングとは
モデルベース システム エンジニアリングは、モデルを使用してシステムのさまざまな側面を表現するシステム エンジニアリングへのアプローチです。 これらのモデルは、システムの動作、機能、および物理的特性を把握するために使用されます。 MBSE では、システムはコンピューター モデルとシミュレーションを使用して開発および分析されます。 これらのモデルは通常、システムの動作をシミュレートおよび分析できる専用のソフトウェア ツールを使用して作成されます。
MBSE でモデルを使用すると、開発プロセスの精度と一貫性が向上します。 モデルは自己完結型に設計されているため、開発プロセス全体で必要に応じて再利用および更新できます。 これにより、エラーや不整合が減少し、開発プロセスの効率が向上します。
モデルベース システム エンジニアリングはどのように機能しますか?
モデルベースのシステム エンジニアリングには、ライフサイクルを通じてシステムを開発するための構造化されたフレームワークが含まれます。 このフレームワークには、次の主要な手順が含まれます。
- 要件分析： MBSE の最初のステップは、システムの要件を特定して定義することです。 これには、利害関係者のニーズを特定し、それらのニーズをシステム要件に変換することが含まれます。
- モデル開発: 要件が定義されたら、次のステップは、システムを表すために使用されるモデルを開発することです。 これらのモデルは通常、システムの動作のシミュレーションと分析を可能にする専用のソフトウェア ツールを使用して開発されます。
- システム統合： モデルが開発されると、それらはより大きなシステム モデルに統合されます。 このシステム モデルは、システム全体の動作をシミュレートおよび分析するために使用されます。
- 検証と検証: MBSE の次のステップは、システム モデルの検証と検証です。 これには、要件に照らしてシステム モデルをテストして、利害関係者のニーズを満たしていることを確認することが含まれます。
- システムの展開: システムが検証および検証されると、導入されます。 これには、システムの物理的な実装と、ソフトウェアおよびハードウェア コンポーネントの統合が含まれます。
モデルベース システム エンジニアリングの利点
モデルベースのシステム エンジニアリングには、従来のドキュメントベースのシステム エンジニアリングよりも多くの利点があります。 これらの利点は次のとおりです。
- 精度と一貫性の向上: MBSE はモデルを使用してシステムを表現します。これにより、開発プロセスの精度と一貫性が向上します。 モデルは自己完結型になるように設計されているため、エラーや矛盾が減少します。
- コミュニケーションとコラボレーションの改善: MBSE は、利害関係者がコミュニケーションとコラボレーションを行うための共通言語とフレームワークを提供します。 これにより、開発プロセスの効率と有効性が向上します。
- より迅速な開発: MBSE を使用すると、開発プロセスの効率が向上し、開発時間の短縮とコストの削減につながります。
- より良い意思決定: MBSE は、システムの動作をシミュレーションおよび分析するためのフレームワークを提供します。これにより、開発プロセス全体でより適切な意思決定が可能になります。
- 俊敏性と柔軟性の向上: MBSE により、開発プロセスの俊敏性と柔軟性が向上します。 モデルを使用すると、迅速なプロトタイピングと反復が可能になり、開発の時間とコストを削減できます。
モデルベース システム エンジニアリングの課題
モデルベース システム エンジニアリングには多くの利点がありますが、いくつかの課題もあります。 これらの課題は次のとおりです。
- 複雑： MBSE は複雑なプロセスになる可能性があり、システム モデルを開発および維持するには、専用のソフトウェア ツールと専門知識が必要です。
- 学習曲線： 利害関係者は専用のソフトウェア ツールの使用方法を学習し、モデリング言語を理解する必要があるため、MBSE に関連する学習曲線が存在する可能性があります。
- 費用： MBSE の実装には、専用のソフトウェアへの投資と開発チームのトレーニングが必要になる場合があるため、コストが高くなる可能性があります。
- データ管理： MBSE では大量のデータとモデルを管理する必要があり、これは困難で時間がかかる場合があります。
- 限定的な標準化: 現在、MBSE で使用されるモデリング言語とソフトウェア ツールの標準化は限定的であり、異なるシステム間の相互運用性の問題が生じる可能性があります。
モデル ベース定義 (MBD) VS モデル ベース エンタープライズ (MBE) VS モデル ベース システム エンジニアリング (MBSE) VS モデル ベース開発
モデルベース定義 (MBD)、モデルベース エンタープライズ (MBE)、モデルベース システム エンジニアリング (MBSE)、およびモデルベース開発はすべて、システムを表現および開発するためのモデルの使用を指す関連用語です。 ただし、それぞれに独自の焦点と目的があります。
モデルベースの定義 (MBD)
モデルベースの定義 (MBD) は、3D モデルを使用して製品および製造情報 (PMI) をデジタル形式で定義および伝達するプロセスです。 MBD では、3D モデルが設計および製造情報の信頼できるソースとして使用されるため、2D 図面は必要ありません。 このアプローチは、製造プロセスにおけるエラーや矛盾を減らし、さまざまな部門や利害関係者間のコミュニケーションとコラボレーションを改善するのに役立ちます。
モデルベース エンタープライズ (MBE)
モデルベース エンタープライズ (MBE) は MBD を拡張したもので、製品設計、製造、サプライ チェーン管理、保守など、企業全体でデジタル モデルを使用します。 MBE は、デジタル モデルを使用して企業全体のコミュニケーション、コラボレーション、および意思決定を改善することにより、製品ライフサイクル全体を最適化しようとする総合的なアプローチです。
モデルベース システム エンジニアリング (MBSE)
モデルベースのシステム エンジニアリング (MBSE) は、モデルを使用して、システムのさまざまな側面 (動作、機能、物理的特性など) を表現する方法論です。 MBSE は複雑なシステムの開発に重点を置いており、コンピューター モデルとシミュレーションを使用してシステムを設計および分析します。 MBSE でモデルを使用すると、開発プロセスの精度、一貫性、および効率が向上します。
モデルベース開発
モデルベース開発は、モデルを使用してシステムを物理的に構築する前に設計、シミュレーション、およびテストするプロセスです。 このアプローチは、開発時間とコストを削減し、システムの品質と信頼性を向上させるのに役立ちます。 モデルベース開発は、さまざまなコンポーネントの動作と相互作用をモデルを使用してシミュレートおよび分析できる、ソフトウェアおよび組み込みシステムの開発でよく使用されます。
主な違い
MBD、MBE、MBSE、およびモデルベース開発はすべてモデルの使用を伴いますが、それぞれに独自の焦点と目的があります。 MBD と MBE は主に製品の設計と製造に重点を置いていますが、MBSE は複雑なシステムの開発に重点を置いています。 モデルベース開発は、ソフトウェアと組み込みシステムの開発に重点を置いています。
MBD と MBE はどちらも、さまざまな部門や利害関係者間のコミュニケーションとコラボレーションを改善するためのデジタル モデルの使用に関心を持っています。 MBD は 3D モデルを使用して PMI を定義および伝達することに重点を置いていますが、MBE はデジタル モデルを使用して製品ライフサイクル全体を最適化しようとするより包括的なアプローチです。
MBSE は、モデルを使用してシステムの動作、機能、および物理的特性を表現および分析することに重点を置いています。 このアプローチにより、開発プロセスの精度、一貫性、および効率が向上します。 モデルベース開発は、システムを物理的に構築する前にモデルを使用してシステムを設計、シミュレーション、およびテストすることに重点を置いており、システムの品質と信頼性を向上させながら、開発時間とコストを削減します。
MBSEを利用する工学分野は?
モデルベース システム エンジニアリング (MBSE) は、幅広い工学分野や産業、特に複雑なシステムの設計、開発、分析に関係する分野に適用できます。 MBSE を利用する工学分野の例を次に示します。
- 航空宇宙および防衛工学: MBSE は、航空機、宇宙船、ミサイル、防衛システムなどの複雑なシステムの設計、開発、および解析のために、航空宇宙および防衛工学で広く使用されています。
- 自動車工学： MBSE は、エンジン、トランスミッション、電子制御システムなどの車両および車両システムの設計と開発のために、自動車業界で使用されています。
- システムエンジニアリング： MBSE はシステム エンジニアリングの不可欠な部分であり、ハードウェア、ソフトウェア、および人的要因を含む複雑なシステムの開発と分析に重点を置いています。
- 電気電子工学： MBSE は、電力網、電気通信システム、電子制御システムなどの複雑なシステムの設計と開発のために、電気および電子工学で使用されます。
- 製造エンジニアリング： MBSE は製造エンジニアリングで使用され、シミュレーションと分析のためのデジタル モデルの使用を含め、製造プロセスとシステムを設計および最適化します。
- 医療機器工学: MBSE は医療機器の開発に使用され、安全性、信頼性、および規制要件への準拠を保証します。
- ロボット工学: MBSE は、産業用、医療用、軍事用のロボット システムを設計および開発するために、ロボット工学で使用されます。
MBSE と SysML
SysML は MBSE で使用される主要なモデリング言語の XNUMX つであるため、MBSE と SysML (システム モデリング言語) は密接に関連した概念です。
SysML は、システム エンジニアリング専用に設計されたグラフィカル モデリング言語です。 構造、動作、他のシステムとの相互作用など、システムのさまざまな側面を表すための標準化されたシンボルと図のセットを提供します。 SysML は、業界および学術パートナーのコンソーシアムによって開発され、現在ではさまざまなエンジニアリング分野で広く使用されています。
一方、MBSE は、システム エンジニアリング プロセス全体でのモデリングおよびシミュレーション ツールの使用を含む、より広い概念です。 MBSE には、要件、アーキテクチャ、動作など、システムのさまざまな側面を表すモデルの開発と、これらのモデルを使用したシステムの分析、シミュレーション、および最適化が含まれます。
MBSE では UML (統一モデリング言語) などのさまざまなモデリング言語を使用できますが、SysML はシステム エンジニアリング アプリケーションに特に適しています。 SysML は、要件、構造、動作、インターフェイスなど、システムのさまざまな側面を表すために使用できる豊富な図と記号のセットを提供します。
SysML には、次のようないくつかのタイプのダイアグラムが含まれています。
- ブロック定義図 (BDD) – システムのコンポーネントとそれらの相互関係を定義するために使用されます。
- 内部ブロック図 (IBD) – コンポーネントとその相互接続を含む、システムの内部構造を示すために使用されます。
- アクティビティ図 – システムとそのコンポーネントの動作をモデル化するために使用され、それらが時間の経過とともにどのように相互作用するかを示します。
- ステートマシン図 – さまざまなイベントや状態に応じたシステムまたはコンポーネントの動作をモデル化するために使用されます。
- シーケンス図 – データの流れや制御信号など、システムのさまざまなコンポーネント間の相互作用を示すために使用されます。
MBSE の一部として SysML やその他のモデリング言語を使用することで、エンジニアは複雑なシステムの詳細なモデルを作成し、仮想環境でその動作とパフォーマンスを分析できます。 これにより、潜在的な問題を特定し、物理プロトタイプを作成する前に設計を最適化できるため、時間とコストを節約できます。
SysML の欠点
SysML には複雑なシステムをモデル化するための多くの利点がありますが、考慮すべきいくつかの潜在的な欠点もあります。
- 複雑： SysML は強力で柔軟なモデリング言語ですが、複雑で習得が難しい場合もあります。 言語とそれに関連するツールに習熟するには、かなりの量のトレーニングと経験が必要です。
- 標準化： SysML は標準化された言語ですが、さまざまな業界やアプリケーションでの使用方法にはまだいくつかのバリエーションがあります。 これにより、モデルを統合したり、言語の異なるバージョンや解釈を使用している利害関係者と通信したりするときに、課題が生じる可能性があります。
- ツール依存: SysML モデルは通常、専用のモデリング ツールを使用して作成および管理されます。 これにより、特定のソフトウェアへの依存が生じ、同じツールにアクセスできない利害関係者とのモデルの共有や共同作業が困難になる可能性があります。
- モデリングのオーバーヘッド: SysML モデルの作成と維持には、時間とリソースの多大な投資が必要になる場合があります。 これにより、特に小規模または複雑でないシステムの場合、プロジェクトに大きなオーバーヘッドが生じる可能性があります。
- 限られた表現力: SysML は、システムをモデル化するためのシンボルとダイアグラムの豊富なセットを提供しますが、すべてのタイプのシステムまたはアプリケーションには不十分な場合があります。 場合によっては、システムの動作や特性を完全に把握するために、追加のモデリング言語やツールが必要になることがあります。
- オーバーエンジニアリング: SysML を使用してシステムをモデル化すると、オーバー エンジニアリングにつながる可能性があります。つまり、モデル化する実際のシステムに対してモデルが複雑または詳細になりすぎます。 これにより、不要な複雑さとコストが発生する可能性があり、プロジェクトやシステムに大きなメリットがもたらされない可能性があります。
Excel はモデルベースのアプローチに適していますか?
Excel は、システムの特定の側面をモデル化するための便利なツールですが、通常、完全なモデル ベースのアプローチの理想的な選択肢とは見なされていません。 これは、Excel には、システム エンジニアリングやモデル ベースのアプローチ専用に設計された専用のモデリング ツールの堅牢な機能や能力が欠けているためです。
Excel は、通常、データ分析、計算、および基本的なモデリングに使用されるスプレッドシート プログラムです。 単純なモデルを作成して計算を実行するために使用できますが、複雑なシステム エンジニアリング モデルを処理するようには設計されていません。
モデル ベースのアプローチに対する Excel の主な制限の XNUMX つは、さまざまなコンポーネントとサブシステム間の相互関係を含む、完全なシステム アーキテクチャをキャプチャする機能がないことです。 これにより、複雑なシステムを正確かつ効果的にモデル化することが困難になります。
さらに、Excel は、コラボレーションやチーム ベースのモデリング用に設計されていません。これは、モデル ベースのアプローチの重要なコンポーネントになる可能性があります。 Excel スプレッドシートの共有と共同作業は困難な場合があり、変更を追跡してすべてのチーム メンバーがモデルの最新バージョンで作業していることを確認するのが難しい場合があります。
Excel のもう XNUMX つの制限は、モデル ベースのアプローチでしばしば必要とされる高度な分析およびシミュレーション機能がないことです。 Excel は基本的な計算と分析を実行できますが、システムの動作をシミュレートしたり、最適化や感度分析などの複雑な分析を実行したりする機能はありません。
最後に、Excel は、モデル ベースのアプローチの重要なコンポーネントである要件を管理するようには設計されていません。 要件管理ツールは、システム エンジニアリング プロセス全体を通じてシステム要件を取得、管理、追跡するように特別に設計されており、システム設計によってすべての要件が正確に取得され、満たされるようにします。
視界要件ALMプラットフォーム
要件は、モデルベース システム エンジニアリング (MBSE) で重要な役割を果たします。システムの目的を明確に理解し、開発全体で一貫性とトレーサビリティを確保し、検証と検証の基礎として機能します。
Visure は、MBSE プロセスに関与する利害関係者間の効果的なコミュニケーションを促進し、可視性と説明責任を高め、要件から成果物、モデルまでのエンド ツー エンドの追跡可能性を提供して、十分な情報に基づいた意思決定をサポートします。 全体として、明確に定義された要件は、MBSE でのシステム開発プロセスをより効率的で合理化され、成功させるのに役立ちます。
Visure は、システム開発ライフ サイクル全体で要件を管理および分析するための集中型プラットフォームを提供することにより、モデルベース システム エンジニアリング (MBSE) をサポートするために効果的に使用できる要件管理ツールです。
Visure が MBSE でどのように役立つかを次に示します。
- 集中要件管理: Visure は、要件を保存、整理、および管理するための単一のプラットフォームを提供し、チーム メンバーと利害関係者間のコラボレーションとコミュニケーションを促進します。
- トレーサビリティ： Visure は、要件、システム要素、およびそれらに関連するモデル間のトレーサビリティを可能にし、開発プロセス全体で一貫性を確保し、変更管理を簡素化します。
- モデリング ツールとの統合: Visure は、SysML や UML などの一般的なモデリング ツールと統合できるため、情報をシームレスに交換し、要件管理プロセスとモデル ベースのアプローチをより適切に連携させることができます。
- 検証と検証のサポート: Visure は、要件をテスト ケース、テスト結果、およびその他の検証成果物にリンクすることで、要件の検証と検証をサポートし、システムが意図した目的を満たし、利害関係者のニーズを満たすことを保証します。
- 変更管理： Visure は、バージョン管理、変更追跡、影響分析などの効率的な変更管理機能を提供し、チームが要件と対応するモデルへの変更を効果的に管理するのに役立ちます。
- コラボレーションとコミュニケーション: Visure のコラボレーション機能は、コメント、通知、ワークフローのレビューなど、チーム メンバーと利害関係者間の効果的なコミュニケーションを促進し、誤解を減らし、システムの目標に対する共通の理解を促進します。
- カスタマイズ可能なワークフロー: Visure は、MBSE プロセスの特定のニーズに合わせて調整できるカスタマイズ可能なワークフローを提供し、独自の段階、役割、および活動を定義して、組織のプロセスと標準へのコンプライアンスを確保できるようにします。
- レポートと分析： Visure には、プロジェクトの進行状況に関する洞察を提供する強力なレポート機能と分析機能が含まれており、関係者がシステム設計の代替案、トレードオフ、および優先事項について十分な情報に基づいた決定を下すのに役立ちます。
- コンプライアンスサポート： Visure は、トレーサビリティ、監査証跡、およびレポートと文書化のサポートを提供することで、組織がさまざまな業界標準と規制要件を満たすのに役立ちます。
まとめ
結論として、モデルベース システム エンジニアリング (MBSE) は、システム エンジニアリング モデルを形式化し、リンクし、システム要件に対して検証するプラクティスです。 MBSE 手法を使用することで、エンジニアは設計をよりよく理解し、それらを効果的に使用するための計画を立てることができ、手作業によるエラーを排除できます。 その利点には、複数のチーム間のコミュニケーションとコラボレーションの増加、および開発時間とコストの削減が含まれます。
利用できるリソースが限られていることや、既存のツールや方法を新しいモデルに統合することが難しいことなど、MBSE の使用には一定の課題があります。 モデルベース定義 (MBD)、モデルベース エンタープライズ (MBE)、モデルベース システム エンジニアリング (MBSE)、およびモデルベース開発はすべて、MBSE の効果を最大化するために密接に関係しています。 航空宇宙工学、自動車工学、医療機器製造、海洋工学など、多くの工学分野でこのアプローチが利用されています。SysML は MBSE ワークフローの不可欠な部分ですが、他の機能の中でも特にスケーラビリティ機能がないために制限があります。 Visure Requirements ALM Platform は、SysML 環境内の高度なトレーサビリティ分析方法を通じて製品データ インテリジェンスを管理するためのオールインワン ソリューションを提供します。 ぜひお試しください 無料の30日試用版 本日、Vision Requirements ALM Platform で開催されました。
この投稿を共有することを忘れないでください！
