姚 元,周傳睿,梁 浩

(南京電子技術(shù)研究所, 江蘇 南京 210039)

0 引 言

從20世紀(jì)60年代開始,系統(tǒng)工程 (SE) 在航天、國(guó)防等領(lǐng)域一直被用于對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的研發(fā)管理[1-5]。傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程以文檔和實(shí)物等形式為依托。以系統(tǒng)工程的典型V型模型為例,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段主要包括需求分析與規(guī)格定義、系統(tǒng)功能與架構(gòu)設(shè)計(jì)、子系統(tǒng)設(shè)計(jì)等,該階段自頂向下,根據(jù)需求將任務(wù)進(jìn)行分解,再將任務(wù)下發(fā)到不同部門,各部門之間的信息傳遞載體主要為書寫文檔、數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)階段主要包括零部件、組件、設(shè)備、子系統(tǒng)再到整個(gè)系統(tǒng)的集成,集成完成以后進(jìn)行技術(shù)測(cè)試和確認(rèn)交付等。

隨著國(guó)防技術(shù)的不斷發(fā)展,系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度都在不斷增長(zhǎng),傳統(tǒng)基于文檔的系統(tǒng)工程 (TBSE) 難以滿足復(fù)雜系統(tǒng)的研制需求[5]。一般而言,系統(tǒng)復(fù)雜度越高,研發(fā)文檔數(shù)量越多,出現(xiàn)問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)越大,傳統(tǒng)TBSE的不足也就越加凸顯。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段,各部門內(nèi)部的文檔書寫習(xí)慣以及數(shù)據(jù)表達(dá)格式等存在差異,不同的學(xué)科領(lǐng)域可能使用不同的術(shù)語(yǔ)或公式,導(dǎo)致部門內(nèi)外之間信息傳遞過(guò)程的效率降低。部門研發(fā)人員在閱讀技術(shù)文檔時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力,甚至產(chǎn)生誤解,導(dǎo)致各部門協(xié)同效率大大降低。在實(shí)物集成階段,常規(guī)通過(guò)對(duì)實(shí)物樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試的方式雖然真實(shí)有效,但也存在弊端。一方面,如果設(shè)計(jì)方案中存在的問(wèn)題在實(shí)物集成階段才被發(fā)現(xiàn),解決問(wèn)題的成本和周期會(huì)大大增加。另一方面,實(shí)物樣機(jī)與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案以及責(zé)任單位之間的映射關(guān)系不嚴(yán)格、不規(guī)范,在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),不利于問(wèn)題的追查定位與回溯。

隨著信息技術(shù)及數(shù)字建模仿真技術(shù)的快速發(fā)展,基于模型的系統(tǒng)工程 (MBSE)[6-12]成為近年來(lái)復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)和技術(shù)管理的研究熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)TBSE不同,MBSE采用數(shù)字模型來(lái)承載信息,具備知識(shí)統(tǒng)一表述、溝通交流效率高、知識(shí)再利用增強(qiáng)、系統(tǒng)研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)減小等潛在優(yōu)勢(shì),有望大幅提升復(fù)雜系統(tǒng)研發(fā)的效益[11-14]。

然而,在許多實(shí)際系統(tǒng)研發(fā)案例中,應(yīng)用MBSE并沒(méi)有獲得期望中的高得益,有些案例中甚至出現(xiàn)效果不及TBSE的情況。文獻(xiàn)[12]通過(guò)文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)分析,對(duì)2022年以前出版的MBSE重要文獻(xiàn)進(jìn)行了調(diào)查,認(rèn)為當(dāng)前處于開發(fā)和應(yīng)用第二代MBSE技術(shù)的初期階段,未進(jìn)入技術(shù)成熟期。從技術(shù)發(fā)展階段上解釋了MBSE應(yīng)用不及預(yù)期的根源,但缺少細(xì)化的原因分析。探究MBSE應(yīng)用不及預(yù)期的原因并提出改進(jìn)建議十分重要。但目前針對(duì)以上問(wèn)題的分析較少,往往歸咎于MBSE尚處于發(fā)展完善階段[12]、設(shè)計(jì)師接納新設(shè)計(jì)模式動(dòng)力不足、投入精力不夠等,卻忽視了實(shí)際系統(tǒng)研發(fā)場(chǎng)景與期望應(yīng)用場(chǎng)景的差異、應(yīng)用MBSE的代價(jià)等因素,導(dǎo)致所采取的改進(jìn)措施效果不甚理想。

本文建立了一種應(yīng)用MBSE的效能模型,從得益和代價(jià)兩個(gè)方面分析了相比傳統(tǒng)的TBSE,MBSE帶來(lái)的效能提升指標(biāo),用以表征MBSE在系統(tǒng)研制過(guò)程中發(fā)揮作用的有效程度;使用提出的效能模型針對(duì)應(yīng)用MBSE不及預(yù)期的原因進(jìn)行了分析;基于得益最大化且代價(jià)最小化原則,提出了MBSE應(yīng)用于系統(tǒng)研發(fā)以及MBSE試點(diǎn)和推廣的相關(guān)建議。

1 應(yīng)用MBSE的效能模型

1.1 基本效能模型

為了比較應(yīng)用MBSE相比傳統(tǒng)TBSE帶來(lái)的效能差異,給出基本效能模型

E=G-L

(1)

式中:E表示應(yīng)用MBSE相比應(yīng)用TBSE的效能變化,主要體現(xiàn)為以系統(tǒng)研發(fā)成功為基本前提的成本和周期變化;G表示應(yīng)用MBSE的得益與應(yīng)用TBSE的得益之差,包括研發(fā)效率提升和質(zhì)量改善的變化等;L表示應(yīng)用MBSE的代價(jià)與應(yīng)用TBSE的代價(jià)之差,包括學(xué)習(xí)成本、人力物力資源消耗的變化等。

1.2 應(yīng)用MBSE的得益

1.2.1 應(yīng)用MBSE的期望得益Ge

諸多文獻(xiàn)均提到了應(yīng)用MBSE相比傳統(tǒng)TBSE可以帶來(lái)的益處,本文將其定義為應(yīng)用MBSE的期望得益Ge,即聲稱、預(yù)計(jì)可以獲得的研發(fā)質(zhì)量的改善。期望得益Ge主要包括以下內(nèi)容:

(1) 消除歧義,統(tǒng)一語(yǔ)言,提升溝通效率

在傳統(tǒng)TBSE中,由于個(gè)人理解的不同,文字描述有時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的解讀,造成歧義和誤解。MBSE使用統(tǒng)一、規(guī)范、嚴(yán)格的模型對(duì)系統(tǒng)的功能、接口等進(jìn)行準(zhǔn)確描述。直觀、無(wú)歧義的模型可以有效避免信息傳遞過(guò)程中可能產(chǎn)生的多義性,從而提高團(tuán)隊(duì)成員之間信息理解的一致性。此外,MBSE模型可以在多學(xué)科、多領(lǐng)域之間互聯(lián)且協(xié)同,有利于不同領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員以易于理解的方式描述各子系統(tǒng)之間的接口規(guī)范以及關(guān)聯(lián)關(guān)系,提高跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的溝通交流效率[9]。

(2) 需求、狀態(tài)變更關(guān)聯(lián)傳遞

在傳統(tǒng)TBSE中,當(dāng)需求、技術(shù)狀態(tài)發(fā)生變更時(shí),需要人工更改相關(guān)聯(lián)的所有文檔。當(dāng)相關(guān)文檔數(shù)量較多時(shí),變更工作量大且容易發(fā)生遺漏,導(dǎo)致不同文檔內(nèi)容相互之間不一致。MBSE拋棄了傳統(tǒng)的文檔管理方式,更加明確了系統(tǒng)模型和需求之間的關(guān)系,各系統(tǒng)模型之間相互聯(lián)動(dòng),當(dāng)發(fā)生需求、狀態(tài)變更時(shí),各類變更自動(dòng)關(guān)聯(lián)、傳遞,系統(tǒng)更改帶來(lái)的影響也更透明。

(3) 及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,支持跨系統(tǒng)設(shè)計(jì)

MBSE可以通過(guò)模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行多角度分析,在設(shè)計(jì)的早期進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證,從而降低風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)縮短設(shè)計(jì)更改周期。在系統(tǒng)視角層面,MBSE通過(guò)構(gòu)建數(shù)字化設(shè)計(jì)成果,可以通過(guò)工具輔助自動(dòng)生成任意跨系統(tǒng)視角視圖,幫助工程師在系統(tǒng)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,彌合傳統(tǒng)手段下因系統(tǒng)視角缺失導(dǎo)致的設(shè)計(jì)遺漏、系統(tǒng)間數(shù)據(jù)不匹配等問(wèn)題。

(4) 降低重復(fù)開發(fā)工作量

MBSE模型嚴(yán)格、規(guī)范,具有模塊化特征,可以重復(fù)利用,避免功能類型相同模塊的重復(fù)開發(fā),并使得系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中的信息獲取以及再利用變得便捷高效,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)重用、設(shè)計(jì)自動(dòng)化,提高設(shè)計(jì)效率[9]。對(duì)同一個(gè)項(xiàng)目產(chǎn)品的生命周期維度,系統(tǒng)前期的架構(gòu)設(shè)計(jì)成果可以向后期詳細(xì)設(shè)計(jì)成果(軟件接口、電原理圖、線纜圖等)進(jìn)行模型傳遞,避免人為二次勞動(dòng)。

1.2.2 應(yīng)用MBSE的實(shí)際得益Gr

將MBSE應(yīng)用于某個(gè)具體系統(tǒng)的研發(fā)時(shí),實(shí)際能收獲到的相比于傳統(tǒng)TBSE的益處,與其期望或者聲稱的得益Ge往往存在一定差距。本文將某個(gè)具體系統(tǒng)實(shí)際能獲得的研發(fā)質(zhì)量上的改善定義為應(yīng)用MBSE的實(shí)際得益Gr,定義

Gr=rGe

(2)

式中:r表示應(yīng)用MBSE的實(shí)際得益與期望得益的匹配度,0

(1) 系統(tǒng)的復(fù)雜度

與TBSE相比,MBSE可以滿足具有更高復(fù)雜性產(chǎn)品的系統(tǒng)開發(fā)要求,因此產(chǎn)品越復(fù)雜,基于MBSE研發(fā)模式的得益越高。但是當(dāng)某個(gè)具體系統(tǒng)的復(fù)雜度不夠高時(shí),應(yīng)用MBSE相比于TBSE,獲得的得益會(huì)較低。以系統(tǒng)復(fù)雜度C為因變量,應(yīng)用MBSE相比于TBSE的實(shí)際得益曲線如圖1所示。隨著系統(tǒng)復(fù)雜度增高,應(yīng)用MBSE得益越高。但是在一定的復(fù)雜度門限CT以下,應(yīng)用MBSE相比于TBSE的得益非常低。只有系統(tǒng)復(fù)雜度超過(guò)門限CT后,MBSE的實(shí)際得益才迅速提升,并逐漸接近MBSE的期望得益。

圖1 應(yīng)用MBSE相比TBSE的得益隨系統(tǒng)復(fù)雜度的變化

值得注意的是,系統(tǒng)的復(fù)雜度是一個(gè)相對(duì)概念,而非絕對(duì)概念。同一個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度C會(huì)因不同研發(fā)團(tuán)隊(duì)的專業(yè)能力、研發(fā)經(jīng)驗(yàn)等因素的不同而存在差異。以雷達(dá)系統(tǒng)為例,某個(gè)大型雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)沒(méi)有雷達(dá)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)而言,復(fù)雜度非常高,但是對(duì)擁有豐富雷達(dá)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)而言,其復(fù)雜度則可能為中等。在相對(duì)復(fù)雜度不高的情況下,應(yīng)用MBSE相比于TBSE的得益也會(huì)相應(yīng)降低。

(2) 系統(tǒng)面臨的實(shí)際瓶頸問(wèn)題

系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中會(huì)遇到許多瓶頸問(wèn)題,如需求變更頻繁、溝通交流效率低下、關(guān)系協(xié)調(diào)困難、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高等。不同的系統(tǒng)所面臨的研發(fā)瓶頸問(wèn)題并不相同。

一方面,當(dāng)某個(gè)具體系統(tǒng)的主要瓶頸問(wèn)題,與MBSE期望所能解決的問(wèn)題完全匹配時(shí),應(yīng)用MBSE將獲得較高的得益。反之,當(dāng)其主要瓶頸問(wèn)題與應(yīng)用MBSE的期望得益不匹配時(shí),應(yīng)用MBSE將難以獲得期望的得益。另一方面,當(dāng)系統(tǒng)研發(fā)中存在MBSE所能解決的問(wèn)題,但是這些問(wèn)題并不是核心關(guān)鍵問(wèn)題時(shí),應(yīng)用MBSE解決該問(wèn)題所獲得的實(shí)際得益也較低。例如,當(dāng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員彼此溝通交流經(jīng)驗(yàn)豐富,依托傳統(tǒng)TBSE模式已經(jīng)形成了高效、準(zhǔn)確的溝通渠道與方式時(shí),MBSE所期望的消除溝通歧義性得益將變得較低;而當(dāng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員彼此較為陌生,缺乏溝通交流經(jīng)驗(yàn)且專業(yè)跨度較大時(shí),MBSE所期望的消除溝通歧義性得益將會(huì)較高。

1.3 應(yīng)用MBSE的代價(jià)

應(yīng)用系統(tǒng)工程本身也需要付出人力、物力、時(shí)間等資源代價(jià)。同樣,相比TBSE,應(yīng)用MBSE也可能付出一定的額外成本,主要包括建模成本、學(xué)習(xí)成本、試錯(cuò)成本以及匹配成本等,即

L=Lm+Ls+Lf+Lo

(3)

1.3.1 建模成本Lm

復(fù)雜產(chǎn)品往往包含多個(gè)子系統(tǒng),不同子系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系不同,每個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)部的功能特性也不同,內(nèi)在機(jī)理難以具體描述,因此具有很高的復(fù)雜度,使得建立可信的復(fù)雜產(chǎn)品模型需要面對(duì)高昂的建模成本。

復(fù)雜產(chǎn)品的研制任務(wù)往往具有復(fù)雜性、多元性、自主性等特點(diǎn)。系統(tǒng)模型的建立通常以系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化為指導(dǎo)思想,需要制定一系列建模的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,并按照統(tǒng)一的規(guī)范開發(fā)各種仿真系統(tǒng)。建模過(guò)程中,需要投入總體到分系統(tǒng)的上下游產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)的產(chǎn)品研制人員與數(shù)字化建模實(shí)施人員,需要配備為相應(yīng)規(guī)范、系統(tǒng)模型、建模工具提供支撐的供應(yīng)商和科研院所等。需要各研究部門、生產(chǎn)和管理部門共同協(xié)作完成,且該過(guò)程需要覆蓋從需求分析到設(shè)計(jì)論證、生產(chǎn)加工、組裝、測(cè)試,直到最終交付、維護(hù)的完整生命周期,導(dǎo)致利用建模手段研究復(fù)雜工程體系的全過(guò)程需要大量的人力、物力以及時(shí)間成本。

1.3.2 學(xué)習(xí)成本Ls

應(yīng)用MBSE的前提是學(xué)習(xí)理解并熟練掌握MBSE。

傳統(tǒng)TBSE已經(jīng)在國(guó)內(nèi)系統(tǒng)研發(fā)中應(yīng)用了幾十年,隨著系統(tǒng)研發(fā)實(shí)踐的不斷深入,各企業(yè)結(jié)合實(shí)際情況在標(biāo)準(zhǔn)TBSE流程基礎(chǔ)上進(jìn)行了改良與裁剪,各自形成了非常成熟、深度匹配的企業(yè)流程規(guī)范。研發(fā)團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)TBSE的成本付出較低。

MBSE作為系統(tǒng)工程最新的發(fā)展方向,正處于發(fā)展變化之中,其自身比較復(fù)雜,而且與各企業(yè)系統(tǒng)研發(fā)的實(shí)際情況匹配還不夠深入,研發(fā)團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)MBSE原理需要付出額外的時(shí)間、金錢和人力成本,并且學(xué)習(xí)越深入,學(xué)習(xí)成本越高。

此外,對(duì)MBSE工具的熟練掌握也需要付出學(xué)習(xí)成本。MBSE工具包括建模工具以及軟件,對(duì)這些新型工具的學(xué)習(xí)也需要付出一定的成本。相比之下,在傳統(tǒng)TBSE中,對(duì)文檔類設(shè)計(jì)工具的掌握已成為設(shè)計(jì)師的基本必備技能,學(xué)習(xí)成本相對(duì)小很多。

1.3.3 試錯(cuò)成本Lf

應(yīng)用MBSE的試錯(cuò)成本主要包括:

(1) 未正確理解和應(yīng)用MBSE的試錯(cuò)成本

MBSE作為系統(tǒng)工程的新興發(fā)展方向,其自身的知識(shí)體系較為復(fù)雜,對(duì)其概念內(nèi)涵、運(yùn)行機(jī)理的理解尚未形成統(tǒng)一、規(guī)范、成熟的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),目前主流MBSE方法基本來(lái)自國(guó)外[10],如IBM的Harmony-SE、Vitech MBSE方法論以及INCOSE面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)工程方法等。方法論的外源性導(dǎo)致國(guó)內(nèi)研發(fā)人員在學(xué)習(xí)MBSE方法論過(guò)程中容易存在一定的認(rèn)識(shí)障礙。不具備資深MBSE研究經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員,很容易進(jìn)入傳統(tǒng)的研究路徑并對(duì)MBSE抵觸。當(dāng)對(duì)MBSE的理解與運(yùn)用掌握存在偏差時(shí),會(huì)因?yàn)殄e(cuò)誤的應(yīng)用方式而帶來(lái)一定的試錯(cuò)成本。例如建立模型的顆粒度不滿足要求需要重新建模,機(jī)械套用MBSE流程導(dǎo)致不達(dá)標(biāo)等。

(2) MBSE設(shè)計(jì)工具不夠完善導(dǎo)致的試錯(cuò)成本

當(dāng)前面向MBSE的建模及設(shè)計(jì)軟件和工具仍處于發(fā)展完善之中,一些設(shè)計(jì)工具存在模型運(yùn)行速度慢、不支持協(xié)同建模設(shè)計(jì)、不支撐復(fù)雜系統(tǒng)的全要素動(dòng)態(tài)行為仿真、與其他設(shè)計(jì)工具交互困難等問(wèn)題,還需要設(shè)計(jì)師在試用中反饋問(wèn)題以促進(jìn)MBSE設(shè)計(jì)工具的優(yōu)化迭代和完善。設(shè)計(jì)師在試用這些尚未完善的MBSE設(shè)計(jì)工具時(shí),就會(huì)造成額外的試錯(cuò)成本。

1.3.4 過(guò)度應(yīng)用成本Lo

MBSE作為系統(tǒng)工程最有前途的發(fā)展方向之一,往往被寄予厚望,希望被廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)研發(fā)的各個(gè)方面。然而,大量系統(tǒng)研發(fā)的工程實(shí)踐表明,在系統(tǒng)研發(fā)中應(yīng)用系統(tǒng)工程并不是越多越好,因?yàn)閼?yīng)用系統(tǒng)工程本身也需要付出人力、物力、時(shí)間等資源代價(jià)。實(shí)踐表明,系統(tǒng)工程付出占項(xiàng)目總付出的比例為14%左右時(shí)[5],可以獲得收益和代價(jià)的最佳平衡。在系統(tǒng)工程上的投入超過(guò)14%時(shí),系統(tǒng)研發(fā)會(huì)因?yàn)樵贛BSE上付出了過(guò)多的投入而造成額外的進(jìn)度拖期和成本超支。

1.3.5 應(yīng)用MBSE代價(jià)的時(shí)間遞減性

上述應(yīng)用MBSE的各類代價(jià),均會(huì)隨著MBSE技術(shù)的逐漸成熟與日益推廣而逐步降低。在應(yīng)用初期,需要建立大量模型,對(duì)MBSE接觸不多、對(duì)MBSE理解不深入、 MBSE設(shè)計(jì)工具不夠完善、對(duì)MBSE應(yīng)用過(guò)度,往往導(dǎo)致各類成本均較高。

在應(yīng)用中后期,隨著模型庫(kù)里的內(nèi)容逐步豐富,建模技術(shù)的不斷成熟和規(guī)范化,以及模型可重用特征帶來(lái)的模型重復(fù)利用率提升,建模成本將會(huì)越來(lái)越低。當(dāng)MBSE普及程度比肩TBSE時(shí),MBSE相比于TBSE的學(xué)習(xí)成本就可以忽略不計(jì),而隨著對(duì)MBSE理解的深入和MBSE設(shè)計(jì)工具的逐步完善,試錯(cuò)成本也會(huì)越來(lái)越低。當(dāng)系統(tǒng)工程師對(duì)MBSE持有理性的期望時(shí),其過(guò)度應(yīng)用成本也會(huì)降低。

總而言之,應(yīng)用MBSE的成本和代價(jià)主要集中于初級(jí)階段。隨著時(shí)間的推移,各類代價(jià)將呈現(xiàn)穩(wěn)定下降的趨勢(shì),如圖2所示。

圖2 應(yīng)用MBSE的代價(jià)隨時(shí)間逐漸降低

2 應(yīng)用MBSE效能未及預(yù)期原因分析

基于應(yīng)用MBSE的效能模型,可以解釋為何在許多實(shí)際系統(tǒng)研發(fā)案例中,應(yīng)用MBSE并沒(méi)有獲得期望的高于TBSE的效能。當(dāng)?shù)靡鍳小于代價(jià)L,致使總效益E<0時(shí),應(yīng)用MBSE并不能獲得更好的系統(tǒng)研發(fā)效果和體驗(yàn)。

應(yīng)用MBSE未達(dá)到預(yù)期效能的典型情況包括:

(1) 選擇了相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)應(yīng)用MBSE,導(dǎo)致相比于TBSE的得益較低。

(2) 所選擇系統(tǒng)面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)與MBSE所能解決的問(wèn)題匹配度不高,導(dǎo)致相比于TBSE的得益較低。

(3) 系統(tǒng)可復(fù)用的模型較少,需要重新建立大量的模型,導(dǎo)致建模成本較高。

(4) 選擇缺乏MBSE知識(shí)背景的設(shè)計(jì)師開展MBSE的學(xué)習(xí)和應(yīng)用,導(dǎo)致學(xué)習(xí)成本較高。

(5) 選用的MBSE設(shè)計(jì)工具成熟度較低,導(dǎo)致試錯(cuò)成本較高。

(6) 對(duì)MBSE的效能預(yù)期過(guò)高,過(guò)度應(yīng)用MBSE導(dǎo)致成本較高。

3 應(yīng)用MBSE的優(yōu)化建議

基于應(yīng)用MBSE的效益分析模型,為了指導(dǎo)系統(tǒng)研發(fā)實(shí)踐,提高應(yīng)用MBSE相比于傳統(tǒng)TBSE的效益,提出以下建議。

3.1 最大化得益

(1) 選擇具有合適復(fù)雜度的系統(tǒng)應(yīng)用MBSE

在嘗試對(duì)某特定系統(tǒng)應(yīng)用MBSE之前,首先需要評(píng)估TBSE的適用性,根據(jù)產(chǎn)品研發(fā)的復(fù)雜度和成熟度,決定是否應(yīng)用MBSE。對(duì)簡(jiǎn)單或成熟類型的系統(tǒng),當(dāng)TBSE已經(jīng)可以很好解決該系統(tǒng)研發(fā)所面臨的技術(shù)管理等問(wèn)題,且應(yīng)用MBSE獲得的得益較少時(shí),建議優(yōu)先考慮傳統(tǒng)的TBSE。只有當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜度較大,超出TBSE的應(yīng)用范疇時(shí),應(yīng)用MBSE才更為必要。

(2) 評(píng)估MBSE與所選系統(tǒng)主要矛盾之間的匹配性

當(dāng)系統(tǒng)研發(fā)面臨多專業(yè)的溝通協(xié)調(diào)、數(shù)量龐大的需求管理、頻繁的需求變更、數(shù)量巨大的文檔及其版本更迭等主要矛盾時(shí),應(yīng)用MBSE是合適的。而當(dāng)系統(tǒng)研發(fā)中上述問(wèn)題并不突出(用傳統(tǒng)的TBSE就能很好解決),甚至上述問(wèn)題并不存在時(shí),應(yīng)用MBSE得益不高。

3.2 最小化代價(jià)

(1) 保證一定的模型重用度

完善模型相關(guān)的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn),包括模型的描述組件標(biāo)準(zhǔn)、建模語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)、模型接口標(biāo)準(zhǔn)、模型關(guān)聯(lián)關(guān)系描述標(biāo)準(zhǔn)等,建立一套領(lǐng)域相關(guān)性低,能夠?qū)崿F(xiàn)多學(xué)科、多團(tuán)隊(duì)并行開發(fā)的建模方法,保證MBSE能較好運(yùn)用于不同復(fù)雜度系統(tǒng)的研發(fā),并降低建模成本。

(2) 保證設(shè)計(jì)師對(duì)MBSE具備一定的掌握程度

首先,已經(jīng)具備一定系統(tǒng)工程技術(shù)能力的骨干需將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行傳授。其次,應(yīng)讓更多的員工參與到系統(tǒng)工程的相關(guān)培訓(xùn)和學(xué)習(xí)當(dāng)中,加強(qiáng)考核。最后,各部門員工應(yīng)按計(jì)劃保障項(xiàng)目的開展。新員工將重點(diǎn)放在相關(guān)工具軟件的學(xué)習(xí)應(yīng)用上,老員工則將重點(diǎn)放在工程經(jīng)驗(yàn)的傳承上,新老員工一起完成軟件的學(xué)習(xí)和相關(guān)模型的建立,同時(shí)保障項(xiàng)目的應(yīng)用推廣。

(3) 保證MBSE設(shè)計(jì)工具的基本可用性

加大對(duì)MBSE軟件研發(fā)的投入,通過(guò)自主研發(fā),不斷降低對(duì)國(guó)外建模工具等的依賴,降低MBSE工具和軟件的使用成本。

(4) 適度應(yīng)用MBSE

對(duì)MBSE的發(fā)展熱潮持理性態(tài)度,保持對(duì)應(yīng)用MBSE所能帶來(lái)得益的合理預(yù)期,努力將系統(tǒng)研發(fā)中對(duì)應(yīng)用MBSE的投入占系統(tǒng)研發(fā)總投入的比重控制在14%左右,以避免過(guò)度應(yīng)用MBSE造成的成本。

(5) 提升企業(yè)的整體數(shù)字化水平

企業(yè)在系統(tǒng)研發(fā)中應(yīng)用MBSE時(shí),其付出的代價(jià)受到企業(yè)的整體數(shù)字化水平影響,包括數(shù)字化氛圍、數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施完備程度等,數(shù)字化水平越高,應(yīng)用MBSE的阻力及代價(jià)越小,故需要努力提升企業(yè)的整體數(shù)字化水平。

3.3 明確試點(diǎn)應(yīng)用和推廣應(yīng)用的區(qū)別

一般而言,應(yīng)用MBSE的過(guò)程分為試點(diǎn)和推廣兩個(gè)階段。如果不加以區(qū)分,可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的應(yīng)用MBSE的預(yù)期。

試點(diǎn)階段的主要目標(biāo),并不是單純演示和證明應(yīng)用MBSE相比于TBSE的優(yōu)勢(shì)和先進(jìn)性,而應(yīng)充分考察應(yīng)用MBSE的得益和付出的代價(jià),為后續(xù)推廣應(yīng)用階段提供有參考價(jià)值的指導(dǎo)建議。在試點(diǎn)階段,為了便于快速打通MBSE的流程,通常會(huì)選取相對(duì)成熟和簡(jiǎn)單的系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用,并安排新人使用還不夠完善的MBSE設(shè)計(jì)工具進(jìn)行嘗試。依據(jù)上文分析,此種試點(diǎn)配置往往會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用MBSE相比于TBSE的得益較低、代價(jià)較高,往往難以形成更好的研發(fā)體驗(yàn)和示范。此時(shí),不能因?yàn)樵圏c(diǎn)效果不佳而否定MBSE,因?yàn)樵圏c(diǎn)階段的主要目標(biāo)在于走通流程、仔細(xì)考察應(yīng)用MBSE的得益和代價(jià),以指導(dǎo)后續(xù)推廣階段的應(yīng)用。

在推廣階段,則需要按照得益最大化、代價(jià)最小化原則,仔細(xì)評(píng)估將MBSE應(yīng)用于某一個(gè)特定系統(tǒng)后可能獲得的得益和付出的代價(jià),并竭力提高得益、降低代價(jià)。若經(jīng)過(guò)評(píng)估和策劃仍不能保證得益超過(guò)代價(jià)時(shí),選擇傳統(tǒng)TBSE則更為明智。

4 結(jié)束語(yǔ)

MBSE作為系統(tǒng)工程最新的發(fā)展方向,為解決系統(tǒng)研發(fā)所面臨的日益增長(zhǎng)的系統(tǒng)復(fù)雜度問(wèn)題帶來(lái)了有潛力的解決方案。本文主要針對(duì)應(yīng)用MBSE不及預(yù)期的問(wèn)題進(jìn)行探究。首先,建立了一種MBSE的效能分析模型,提供了定量評(píng)估MBSE在系統(tǒng)研制過(guò)程中發(fā)揮作用的有效程度的解決方案。模型從得益和代價(jià)兩個(gè)方面分析了相比于傳統(tǒng)TBSE,MBSE帶來(lái)的效能變化。接著,結(jié)合模型對(duì)應(yīng)用MBSE不及預(yù)期的問(wèn)題給予了解釋?；诘靡孀畲蠡痛鷥r(jià)最小化原則,提出了MBSE應(yīng)用于系統(tǒng)研發(fā)的優(yōu)化建議,并對(duì)MBSE的試點(diǎn)和推廣提供參考意見。

時(shí)至今日,國(guó)內(nèi)MBSE的應(yīng)用依然處于初級(jí)階段,大量相關(guān)問(wèn)題亟待解決。MBSE的未來(lái)發(fā)展需要大量的基礎(chǔ)理論和方法的研究,并在長(zhǎng)期的工程實(shí)踐中不斷完善和優(yōu)化。