Model-Based Systems Engineering (MBSE)| Komplett guide
Innehållsförteckning
Vad är Model-Based Systems Engineering (MBSE)
Model-Based Systems Engineering (MBSE) är en metodik som används vid utveckling av komplexa system. Det är ett modellbaserat tillvägagångssätt där systemet representeras genom olika modeller som fångar systemets beteende, funktioner och fysiska egenskaper. I den här artikeln kommer vi att utforska vad Model-Based Systems Engineering är, hur det fungerar och vilka fördelar det erbjuder.
Vad är modellbaserad systemteknik?
Model-Based Systems Engineering är en metod för systemteknik som använder modeller för att representera olika aspekter av ett system. Dessa modeller används för att fånga systemets beteende, funktioner och fysiska egenskaper. I MBSE utvecklas och analyseras systemet med hjälp av datormodeller och simuleringar. Dessa modeller skapas vanligtvis med hjälp av specialiserade mjukvaruverktyg som kan simulera och analysera systemets beteende.
Användningen av modeller i MBSE möjliggör större noggrannhet och konsekvens i utvecklingsprocessen. Modellerna är designade för att vara fristående, vilket innebär att de kan återanvändas och uppdateras efter behov under hela utvecklingsprocessen. Detta hjälper till att minska fel och inkonsekvenser och möjliggör större effektivitet i utvecklingsprocessen.
Hur fungerar modellbaserad systemteknik?
Model-Based Systems Engineering innebär ett strukturerat ramverk för utvecklingen av systemet genom dess livscykel. Detta ramverk innehåller följande nyckelsteg:
- Kravanalys: Det första steget i MBSE är att identifiera och definiera kraven för systemet. Detta innebär att identifiera intressenternas behov och översätta dessa behov till systemkrav.
- Modellutveckling: När kraven har definierats är nästa steg att utveckla de modeller som ska användas för att representera systemet. Dessa modeller utvecklas vanligtvis med hjälp av specialiserade mjukvaruverktyg som möjliggör simulering och analys av systemets beteende.
- Systemintegration: När modellerna väl utvecklats integreras de i en större systemmodell. Denna systemmodell används för att simulera och analysera beteendet hos systemet som helhet.
- Validering och verifiering: Nästa steg i MBSE är att validera och verifiera systemmodellen. Det handlar om att testa systemmodellen mot kraven för att säkerställa att den möter intressenternas behov.
- Systemdistribution: När systemet har validerats och verifierats distribueras det. Detta involverar den fysiska implementeringen av systemet och integrationen av mjukvaru- och hårdvarukomponenterna.
Fördelar med modellbaserad systemteknik
Model-Based Systems Engineering erbjuder ett antal fördelar jämfört med traditionell dokumentbaserad systemteknik. Dessa förmåner inkluderar:
- Större noggrannhet och konsekvens: MBSE använder modeller för att representera systemet, vilket möjliggör större noggrannhet och konsekvens i utvecklingsprocessen. Modellerna är designade för att vara fristående, vilket minskar fel och inkonsekvenser.
- Förbättrad kommunikation och samarbete: MBSE tillhandahåller ett gemensamt språk och ram för intressenter att kommunicera och samarbeta. Detta förbättrar effektiviteten och effektiviteten i utvecklingsprocessen.
- Snabbare utveckling: MBSE möjliggör större effektivitet i utvecklingsprocessen, vilket kan leda till snabbare utvecklingstider och lägre kostnader.
- Bättre beslutsfattande: MBSE tillhandahåller ett ramverk för simulering och analys av systemets beteende, vilket möjliggör bättre beslutsfattande under hela utvecklingsprocessen.
- Större smidighet och flexibilitet: MBSE möjliggör större smidighet och flexibilitet i utvecklingsprocessen. Användningen av modeller möjliggör snabb prototypframställning och iteration, vilket kan bidra till att minska tiden och kostnaderna för utveckling.
Utmaningar med modellbaserad systemteknik
Även om modellbaserad systemteknik erbjuder ett antal fördelar, innebär det också vissa utmaningar. Dessa utmaningar inkluderar:
- Komplexitet: MBSE kan vara en komplex process som kräver specialiserade mjukvaruverktyg och expertis för att utveckla och underhålla systemmodellerna.
- Inlärningskurva: Det kan finnas en inlärningskurva förknippad med MBSE, eftersom intressenter kan behöva lära sig hur man använder de specialiserade mjukvaruverktygen och förstår modelleringsspråket.
- Kostnad: Kostnaden för att implementera MBSE kan vara hög, eftersom det kan kräva investeringar i specialiserad programvara och utbildning för utvecklingsteamet.
- Datahantering: MBSE kräver hantering av stora mängder data och modeller, vilket kan vara utmanande och tidskrävande.
- Begränsad standardisering: Det finns för närvarande begränsad standardisering av modelleringsspråk och mjukvaruverktyg som används i MBSE, vilket kan skapa interoperabilitetsproblem mellan olika system.
Model Based Definition (MBD) VS Model Based Enterprise (MBE) VS Model Based System Engineering (MBSE) VS Model Based Development
Model-Based Definition (MBD), Model-Based Enterprise (MBE), Model-Based Systems Engineering (MBSE) och Model-Based Development är alla relaterade termer som hänvisar till användningen av modeller för att representera och utveckla ett system. Men de har var och en sitt unika fokus och syfte.
Modellbaserad definition (MBD)
Model-Based Definition (MBD) är en process som innebär att man använder 3D-modeller för att definiera och kommunicera produkt- och tillverkningsinformation (PMI) i ett digitalt format. I MBD används 3D-modellen som den auktoritativa källan för design- och tillverkningsinformation, vilket eliminerar behovet av 2D-ritningar. Detta tillvägagångssätt hjälper till att minska fel och inkonsekvenser i tillverkningsprocessen och förbättra kommunikationen och samarbetet mellan olika avdelningar och intressenter.
Model-Based Enterprise (MBE)
Model-Based Enterprise (MBE) är en förlängning av MBD som innebär användning av digitala modeller i hela företaget, inklusive produktdesign, tillverkning, supply chain management och underhåll. MBE är ett holistiskt tillvägagångssätt som strävar efter att optimera hela produktens livscykel genom att använda digitala modeller för att förbättra kommunikation, samarbete och beslutsfattande i hela företaget.
Model-Based Systems Engineering (MBSE)
Model-Based Systems Engineering (MBSE) är en metod som använder modeller för att representera olika aspekter av ett system, inklusive dess beteende, funktioner och fysiska egenskaper. MBSE är fokuserat på utveckling av komplexa system och använder datormodeller och simuleringar för att designa och analysera systemet. Användningen av modeller i MBSE möjliggör större noggrannhet, konsekvens och effektivitet i utvecklingsprocessen.
Modellbaserad utveckling
Modellbaserad utveckling är en process som använder modeller för att designa, simulera och testa ett system innan det byggs fysiskt. Detta tillvägagångssätt hjälper till att minska utvecklingstiden och -kostnaderna, samt förbättra systemets kvalitet och tillförlitlighet. Modellbaserad utveckling används ofta vid utveckling av mjukvara och inbyggda system, där olika komponenters beteende och interaktioner kan simuleras och analyseras med hjälp av modeller.
Viktiga skillnader
Även om MBD, MBE, MBSE och Model-Based Development alla involverar användningen av modeller, har de var och en sitt eget unika fokus och syfte. MBD och MBE är främst inriktade på design och tillverkning av produkter, medan MBSE är fokuserat på utveckling av komplexa system. Modellbaserad utveckling är fokuserad på utveckling av mjukvara och inbyggda system.
MBD och MBE är båda angelägna om att använda digitala modeller för att förbättra kommunikation och samarbete mellan olika avdelningar och intressenter. MBD fokuserar på att använda 3D-modeller för att definiera och kommunicera PMI, medan MBE är ett mer holistiskt tillvägagångssätt som strävar efter att optimera hela produktens livscykel med hjälp av digitala modeller.
MBSE är fokuserat på användningen av modeller för att representera och analysera beteendet, funktionerna och fysiska egenskaperna hos ett system. Detta tillvägagångssätt möjliggör större noggrannhet, konsekvens och effektivitet i utvecklingsprocessen. Modellbaserad utveckling är fokuserad på användningen av modeller för att designa, simulera och testa ett system innan det fysiskt byggs, vilket minskar utvecklingstiden och -kostnaderna samtidigt som systemets kvalitet och tillförlitlighet förbättras.
Vilka teknikområden använder sig av MBSE?
Model-Based Systems Engineering (MBSE) kan tillämpas på ett brett spektrum av tekniska områden och industrier, särskilt de som är involverade i design, utveckling och analys av komplexa system. Här är några exempel på ingenjörsfält som använder MBSE:
- Flyg- och försvarsteknik: MBSE används ofta inom flyg- och försvarsteknik för design, utveckling och analys av komplexa system som flygplan, rymdfarkoster, missiler och försvarssystem.
- Bilteknik: MBSE används inom fordonsindustrin för design och utveckling av fordon och fordonssystem, inklusive motorer, transmissioner och elektroniska styrsystem.
- Systemteknik: MBSE är en integrerad del av systemteknik, som är fokuserad på utveckling och analys av komplexa system som kan inkludera hårdvara, mjukvara och mänskliga faktorer.
- Elektro- och elektronikteknik: MBSE används inom el- och elektronikteknik för design och utveckling av komplexa system som kraftnät, telekommunikationssystem och elektroniska styrsystem.
- Produktionsteknik: MBSE används inom tillverkningsteknik för att designa och optimera tillverkningsprocesser och -system, inklusive användning av digitala modeller för simulering och analys.
- Medicinsk utrustningsteknik: MBSE används i utvecklingen av medicinsk utrustning för att säkerställa deras säkerhet, tillförlitlighet och överensstämmelse med regulatoriska krav.
- Robotteknik: MBSE används inom robotteknik för att designa och utveckla robotsystem för industriella, medicinska och militära tillämpningar.
MBSE och SysML
MBSE och SysML (Systems Modeling Language) är närbesläktade begrepp, eftersom SysML är ett av de primära modelleringsspråken som används i MBSE.
SysML är ett grafiskt modelleringsspråk som är speciellt utformat för systemteknik. Den tillhandahåller en standardiserad uppsättning symboler och diagram för att representera olika aspekter av ett system, inklusive dess struktur, beteende och interaktioner med andra system. SysML har utvecklats av ett konsortium av industri- och akademiska partners, och det används nu flitigt inom många olika teknikområden.
MBSE, å andra sidan, är ett bredare koncept som omfattar användningen av modellerings- och simuleringsverktyg genom hela systemutvecklingsprocessen. MBSE innebär utveckling av modeller som representerar olika aspekter av ett system, såsom dess krav, arkitektur och beteende, och användningen av dessa modeller för att analysera, simulera och optimera systemet.
Medan MBSE kan involvera användningen av olika modelleringsspråk, såsom UML (Unified Modeling Language), är SysML särskilt väl lämpat för systemtekniska applikationer. SysML tillhandahåller en rik uppsättning diagram och symboler som kan användas för att representera de olika aspekterna av ett system, inklusive dess krav, struktur, beteende och gränssnitt.
SysML innehåller flera typer av diagram, till exempel:
- Blockdefinitionsdiagram (BDD) – används för att definiera komponenterna i ett system och deras relationer till varandra.
- Interna blockdiagram (IBD) – används för att visa den interna strukturen hos ett system, inklusive dess komponenter och deras sammankopplingar.
- Aktivitetsdiagram – används för att modellera beteendet hos ett system och dess komponenter, och visar hur de interagerar med varandra över tid.
- Tillståndsmaskindiagram – används för att modellera beteendet hos ett system eller en komponent som svar på olika händelser och tillstånd.
- Sekvensdiagram – används för att visa interaktionerna mellan olika komponenter i ett system, såsom dataflödet eller styrsignaler.
Genom att använda SysML och andra modelleringsspråk som en del av MBSE kan ingenjörer skapa detaljerade modeller av komplexa system och analysera deras beteende och prestanda i en virtuell miljö. Detta gör att de kan identifiera potentiella problem och optimera designen innan några fysiska prototyper byggs, vilket kan spara tid och minska kostnaderna.
SysML nackdelar
Även om SysML har många fördelar för att modellera komplexa system, finns det också några potentiella nackdelar att överväga:
- Komplexitet: SysML är ett kraftfullt och flexibelt modelleringsspråk, men det kan också vara komplext och svårt att lära sig. Det kräver en betydande mängd utbildning och erfarenhet för att bli skicklig i språket och dess tillhörande verktyg.
- Standardisering: Även om SysML är ett standardiserat språk, finns det fortfarande en viss variation i hur det används i olika branscher och applikationer. Detta kan skapa utmaningar när man försöker integrera modeller eller kommunicera med intressenter som använder olika versioner eller tolkningar av språket.
- Verktygsberoende: SysML-modeller skapas och hanteras vanligtvis med hjälp av specialiserade modelleringsverktyg. Detta kan skapa ett beroende av specifik programvara och kan göra det svårt att dela eller samarbeta om modeller med intressenter som inte har tillgång till samma verktyg.
- Modelleringsoverhead: Att skapa och underhålla SysML-modeller kan kräva en betydande investering av tid och resurser. Detta kan skapa betydande omkostnader för projekt, särskilt för mindre eller mindre komplexa system.
- Begränsad uttrycksförmåga: Även om SysML tillhandahåller en rik uppsättning symboler och diagram för modelleringssystem, kanske det inte är tillräckligt för alla typer av system eller applikationer. I vissa fall kan ytterligare modelleringsspråk eller verktyg krävas för att helt fånga beteendet eller egenskaperna hos ett system.
- Överteknik: Att använda SysML för att modellera ett system kan leda till överkonstruktion, där modellen blir för komplex eller detaljerad för det faktiska systemet som modelleras. Detta kan skapa onödig komplexitet och kostnader och kanske inte ge någon betydande fördel för projektet eller systemet.
Är Excel lämpligt för en modellbaserad metod?
Excel kan vara ett användbart verktyg för att modellera vissa aspekter av ett system, men det anses vanligtvis inte vara ett idealiskt val för ett helt modellbaserat tillvägagångssätt. Detta beror på att Excel saknar de robusta funktionerna och kapaciteten hos dedikerade modelleringsverktyg som är utformade specifikt för systemteknik och modellbaserade tillvägagångssätt.
Excel är ett kalkylprogram som vanligtvis används för dataanalys, beräkningar och grundläggande modellering. Även om det kan användas för att skapa enkla modeller och utföra beräkningar, är det inte utformat för att hantera komplexiteten hos systemtekniska modeller.
En av de främsta begränsningarna för Excel för ett modellbaserat tillvägagångssätt är att det inte har förmågan att fånga hela systemarkitekturen, inklusive sambanden mellan olika komponenter och delsystem. Detta gör det svårt att modellera komplexa system exakt och effektivt.
Dessutom är Excel inte designat för samarbete eller teambaserad modellering, vilket kan vara en kritisk komponent i ett modellbaserat tillvägagångssätt. Att dela och samarbeta i Excel-kalkylblad kan vara utmanande, och det kan vara svårt att spåra förändringar och se till att alla teammedlemmar arbetar med den mest uppdaterade versionen av modellen.
En annan begränsning för Excel är att den saknar de avancerade analys- och simuleringsmöjligheter som ofta krävs i ett modellbaserat tillvägagångssätt. Även om Excel kan utföra grundläggande beräkningar och analyser, har det inte förmågan att simulera systembeteende eller utföra komplexa analyser som optimering eller känslighetsanalys.
Slutligen är Excel inte designat för att hantera krav, vilket är en kritisk komponent i ett modellbaserat tillvägagångssätt. Kravhanteringsverktyg är speciellt utformade för att fånga, hantera och spåra systemkrav genom hela systemutvecklingsprocessen, vilket säkerställer att alla krav är korrekt fångad och uppfylls av systemdesignen.
Visurkrav ALM-plattform
Krav spelar en viktig roll i modellbaserad systemteknik (MBSE) genom att tillhandahålla en tydlig förståelse av systemmål, säkerställa konsistens och spårbarhet genom hela utvecklingen och fungera som en grund för validering och verifiering.
Visure underlättar effektiv kommunikation mellan intressenter som är involverade i MBSE-processen, ökar synlighet och ansvarsskyldighet, samt ger spårbarhet från krav till artefakter till modeller för att stödja informerat beslutsfattande. Överlag bidrar väldefinierade krav till en mer effektiv, strömlinjeformad och framgångsrik systemutvecklingsprocess i MBSE.
Visure är ett kravhanteringsverktyg som effektivt kan användas för att stödja Model-Based Systems Engineering (MBSE) genom att tillhandahålla en centraliserad plattform för att hantera och analysera krav under hela systemutvecklingens livscykel.
Så här kan Visure hjälpa till i MBSE:
- Centraliserad kravhantering: Visure erbjuder en enda plattform för att lagra, organisera och hantera krav, vilket underlättar bättre samarbete och kommunikation mellan teammedlemmar och intressenter.
- spårbarhet: Visure möjliggör spårbarhet mellan krav, systemelement och tillhörande modeller, vilket säkerställer konsekvens genom hela utvecklingsprocessen och förenklar förändringshantering.
- Integration med modelleringsverktyg: Visure kan integreras med populära modelleringsverktyg som SysML eller UML, vilket möjliggör ett sömlöst utbyte av information och bättre anpassning av kravhanteringsprocessen till den modellbaserade metoden.
- Support för validering och verifiering: Visure stödjer validering och verifiering av krav genom att länka dem till testfall, testresultat och andra verifieringsartefakter, vilket säkerställer att systemet uppfyller sitt avsedda syfte och tillfredsställer intressenternas behov.
- Change Management: Visure tillhandahåller effektiva ändringshanteringsfunktioner, inklusive versionskontroll, ändringsspårning och konsekvensanalys, som hjälper team att hantera ändringar av krav och deras motsvarande modeller effektivt.
- Samarbete och kommunikation: Visures samarbetsfunktioner främjar effektiv kommunikation mellan teammedlemmar och intressenter, inklusive kommentarer, meddelanden och granskningsarbetsflöden, minskar missförstånd och främjar en delad förståelse av systemmål.
- Anpassningsbara arbetsflöden: Visure erbjuder anpassningsbara arbetsflöden som kan skräddarsys efter de specifika behoven i din MBSE-process, så att du kan definiera dina egna stadier, roller och aktiviteter, vilket säkerställer efterlevnad av organisatoriska processer och standarder.
- Rapportering och analys: Visure innehåller kraftfulla rapporterings- och analysfunktioner som ger insikter i ditt projekts framsteg, och hjälper intressenter att fatta välgrundade beslut om systemdesignalternativ, avvägningar och prioriteringar.
- Support för efterlevnad: Visure kan hjälpa organisationer att uppfylla olika branschstandarder och regulatoriska krav genom att erbjuda spårbarhet, revisionsspår och stöd för rapportering och dokumentation.
Slutsats
Sammanfattningsvis är Model-Based System Engineering (MBSE) den praxis där systemtekniska modeller formaliseras, länkas och verifieras mot systemkrav. Genom att använda MBSE-tekniker kan ingenjörer bättre förstå sina konstruktioner och utveckla planer för att använda dem effektivt, tillsammans med att eliminera manuella fel. Dess fördelar inkluderar ökad kommunikation och samarbete mellan flera team samt minskad utvecklingstid och kostnad.
Det finns vissa utmaningar med att använda MBSE såsom begränsade resurser tillgängliga och svårigheter att integrera befintliga verktyg eller metoder i nya modeller. Model-Based Definitions (MBD), Model-Based Enterprises (MBE), Model-Based Systems Engineering (MBSE) och Model-Based Development går alla hand i hand när det gäller att maximera effektiviteten hos MBSE. Många teknikområden använder sig av detta tillvägagångssätt, inklusive flygteknik, fordonsteknik, tillverkning av medicintekniska produkter, sjöfartsteknik, etc. SysML är en viktig del av MBSE-arbetsflödet men har också sina begränsningar på grund av bristen på skalbarhet bland andra funktioner. Visure Requirements ALM Platform erbjuder en allt-i-ett-lösning för att hantera produktdataintelligens genom avancerade spårbarhetsanalysmetoder inom SysML-miljön. Vi inbjuder dig att prova vår gratis 30-dagars försök på Visure Requirements ALM Platform idag!
Glöm inte att dela detta inlägg!
kapitel
1. Vi introducerar MBSE
2. Nyckelkomponenter och tekniker för MBSE
3. Fördelar med MBSE
4. Bästa MBSE-verktyg och programvara
5. Bästa metoder för implementering av MBSE
6. Framtida trender och utvecklingar inom MBSE
7. MBSE Top Resources
8. MBSE utbildningar och kurser
9. Ordlista
Kom till marknaden snabbare med Visure
- Se till att reglerna uppfylls
- Framtvinga fullständig spårbarhet
- Effektivisera utvecklingen
