1978年，錢學(xué)森發(fā)表《文匯報》，指出“系統(tǒng)工程是對組織管理系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃、研究、設(shè)計、制造、測試和使用的科學(xué)方法，是對所有系統(tǒng)都具有普遍意義的方法?！?。

隨著所研究的系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)系統(tǒng)工程的局限性逐漸暴露出來。本文比較了傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程方法，分析了基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）在系統(tǒng)形式化描述方面的優(yōu)勢和發(fā)展期望。提出應(yīng)用MBSE指導(dǎo)信息物理系統(tǒng)建設(shè)將是系統(tǒng)工程發(fā)展的新思路。

西方在總結(jié)大型系統(tǒng)建設(shè)過程中形成的實際工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，形成了一套標(biāo)準(zhǔn)化的工程建設(shè)組織和管理方法，稱為系統(tǒng)工程。

錢學(xué)森將系統(tǒng)工程思想引入中國，并與中國的工程實踐相結(jié)合，形成了具有中國特色的系統(tǒng)工程思想，指導(dǎo)了中國航空航天乃至各行業(yè)的發(fā)展。

隨著模型驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)方法的興起，人們將模型驅(qū)動與系統(tǒng)工程結(jié)合起來，提出了基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）。從系統(tǒng)工程到MBSE

工程、技術(shù)和科學(xué)

工程中必須運(yùn)用技術(shù)手段和科學(xué)知識。技術(shù)為科學(xué)發(fā)現(xiàn)提供工具支撐，科學(xué)將推動技術(shù)升級。

錢學(xué)森對于工程、技術(shù)和科學(xué)的關(guān)系有著獨特的見解。

例如，錢學(xué)森將系統(tǒng)科學(xué)分為工程技術(shù)、技術(shù)科學(xué)、基礎(chǔ)科學(xué)和哲學(xué)指導(dǎo)四個層次。

工程技術(shù)是人們用來直接改造客觀世界的技術(shù)，即系統(tǒng)工程；技術(shù)科學(xué)是為系統(tǒng)工程提供理論方法的科學(xué)，包括運(yùn)籌學(xué)、控制論、信息論等；基礎(chǔ)科學(xué)是揭示系統(tǒng)客觀規(guī)律的科學(xué)，稱為系統(tǒng)科學(xué)；其哲學(xué)指導(dǎo)是馬克思主義體系理論。

MBSE是一種系統(tǒng)工程方法，屬于工程技術(shù)范疇。西方經(jīng)典系統(tǒng)工程思想

國際系統(tǒng)工程研究所（INCOSE）的《系統(tǒng)工程手冊》指出，系統(tǒng)工程研究的目標(biāo)和范圍是人造系統(tǒng)。

系統(tǒng)工程的本質(zhì)是使能技術(shù)和整體技術(shù)。它的價值在于規(guī)劃和指導(dǎo)系統(tǒng)建設(shè)過程，但不是系統(tǒng)實施所依賴的具體技術(shù)。

NASA系統(tǒng)工程手冊將這些流程分為技術(shù)流程和技術(shù)管理流程。 INCOSE系統(tǒng)工程手冊還包括協(xié)議流程和組織的項目啟動流程。

該技術(shù)流程構(gòu)成了系統(tǒng)的生命周期階段模型，即經(jīng)典的V模型，V模型中的階段定義源自著名的霍爾系統(tǒng)工程三維結(jié)構(gòu)。

大廳系統(tǒng)工程3D結(jié)構(gòu)

霍爾的三維結(jié)構(gòu)在時間維度上采用了還原分解的思想，在邏輯維度上對各個階段采用了結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析的思想。知識維度清楚地表明系統(tǒng)工程是一種通用的方法論。錢學(xué)森的系統(tǒng)工程思想

錢學(xué)森結(jié)合中國實際工程經(jīng)驗，拓展了西方系統(tǒng)工程思維，主要體現(xiàn)在以下三點：

1）提出工程系統(tǒng)工程（對應(yīng)西方系統(tǒng)工程理論）、信息系統(tǒng)工程、軍事系統(tǒng)工程、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程、環(huán)境系統(tǒng)工程、社會系統(tǒng)工程等14個系統(tǒng)工程方向。

2）提出總體設(shè)計部門的構(gòu)想。強(qiáng)調(diào)所建系統(tǒng)需要在其所屬的大系統(tǒng)層面進(jìn)行協(xié)調(diào)，各個子系統(tǒng)需要在整個系統(tǒng)層面進(jìn)行協(xié)調(diào)。

3）提出了一種從定性到定量的綜合整合方法，可以說是MBSE思想的萌芽。該方法主要是針對非線性復(fù)雜大系統(tǒng)提出的系統(tǒng)工程方法。當(dāng)定量分解無法描述系統(tǒng)時，將專家的定性經(jīng)驗判斷與建模仿真的定量評價相結(jié)合，進(jìn)行系統(tǒng)研究。

決策支持問題研究的綜合集成方法

MBSE的提案

MBSE繼承自傳統(tǒng)的基于文本的系統(tǒng)工程（TBSE），源于軟件領(lǐng)域的成功實踐。

工程界提出了各種模型驅(qū)動或基于模型的開發(fā)方法。 MBSE中使用的SysML語言是基于建模語言UML開發(fā)的。

隨著計算機(jī)輔助建模技術(shù)的發(fā)展和成熟，各專業(yè)領(lǐng)域的仿真建模技術(shù)迅速發(fā)展，為系統(tǒng)的物理層建模提供了方法支撐。

MBSE彌補(bǔ)了傳統(tǒng)系統(tǒng)工程的以下三個缺點：

（1）缺乏工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)的積累過程，基于文本的系統(tǒng)工程中積累的文本不利于后續(xù)項目的復(fù)用；

（2）基本遵循先分解后積分的還原論思想指導(dǎo)，沒有好的方法支持復(fù)雜非線性系統(tǒng)的分解過程，無法及時驗證分解結(jié)果是否可以恢復(fù)上層系統(tǒng)的整體屬性；

(3)重視組織管理可以使領(lǐng)域技術(shù)的作用更好發(fā)揮，但不能取代具體領(lǐng)域技術(shù)。 MBSE的優(yōu)勢、問題及發(fā)展期望

MBSE實現(xiàn)了對系統(tǒng)的整體、系統(tǒng)的描述

MBSE采用的美國國防部架構(gòu)框架（DoDAF）系統(tǒng)架構(gòu)描述標(biāo)準(zhǔn)從全景視角、能力視角、運(yùn)營（業(yè)務(wù)）視角、服務(wù)視角和系統(tǒng)視角八個方面提供了多視角的架構(gòu)描述方法。完整地描述系統(tǒng)，使描述復(fù)雜系統(tǒng)或系統(tǒng)作為一個整體成為可能，滿足了系統(tǒng)工程方法的系統(tǒng)性和整體性，促使系統(tǒng)工程成為系統(tǒng)論指導(dǎo)下的名副其實的工程方法。

MBSE建立的系統(tǒng)架構(gòu)模型為系統(tǒng)定義前期的系統(tǒng)功能分解和系統(tǒng)指標(biāo)分解結(jié)果的仿真和驗證提供了模型支撐。 MBSE 形式建模的其他優(yōu)點

INCOSE 在《組織管理的技術(shù)——系統(tǒng)工程》 中給出了MBSE 的定義：支持系統(tǒng)需求、設(shè)計、分析、驗證和確認(rèn)活動的正式建模應(yīng)用程序，這些活動從概念設(shè)計階段開始，一直持續(xù)到整個開發(fā)和后續(xù)生命周期階段。

與傳統(tǒng)系統(tǒng)工程相比，MBSE與MBSE的主要區(qū)別在于對整個生命周期的技術(shù)過程進(jìn)行形式化建模。

形式化建模有很多優(yōu)點：

1）描述嚴(yán)謹(jǐn)、明確、易于溝通。

2）從不同角度準(zhǔn)確描述系統(tǒng)的行為和規(guī)則，方便各類分析，提高開發(fā)質(zhì)量。

3）建立的模型可以支持動態(tài)執(zhí)行，提高各種驗證確認(rèn)活動的效率。

4）包含足夠的信息來支持模塊化和重用，提供快速實施設(shè)計改進(jìn)的技術(shù)途徑。

MBSE的難點和問題

在組織內(nèi)部深入推廣MBSE方法還存在一些困難和問題：

1）形式化建模過程有一定的技術(shù)門檻；

2）建立的模型可能不能真實反映真實物體的本質(zhì)屬性；

3）涉及多個領(lǐng)域的建模技術(shù)需要基于大量的實測數(shù)據(jù)。

MBSE的發(fā)展預(yù)期

如果MBSE 是系統(tǒng)工程的未來，那么網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)(CPS) 就是系統(tǒng)的未來。

應(yīng)用MBSE方法支持信息物理系統(tǒng)的建設(shè)是MBSE未來的發(fā)展方向。

信息物理系統(tǒng)通過構(gòu)建基于信息空間與物理空間數(shù)據(jù)自動流動的閉環(huán)使能系統(tǒng)，解決系統(tǒng)運(yùn)行過程中的復(fù)雜性和不確定性問題，提高資源配置效率，實現(xiàn)資源優(yōu)化；通過信息虛擬化完善體內(nèi)的學(xué)習(xí)，不斷總結(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，將系統(tǒng)中的顯性數(shù)據(jù)和隱性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識來優(yōu)化物理實體，實現(xiàn)“虛擬體”與“虛擬體”之間的學(xué)習(xí)反饋閉環(huán)實體”。

目標(biāo)形象是在信息空間中構(gòu)建與物理實體系統(tǒng)相對應(yīng)的虛擬系統(tǒng)。

物理信息系統(tǒng)的建設(shè)是當(dāng)前重大先進(jìn)技術(shù)的綜合應(yīng)用。

信息物理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

構(gòu)建信息物理系統(tǒng)的關(guān)鍵是對物理實體系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)則進(jìn)行建模，建立信息空間的同步映射模型。

MBSE模型主要是系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行規(guī)則的建模、系統(tǒng)與外部環(huán)境的交互建模，系統(tǒng)發(fā)展到系統(tǒng)級別后，系統(tǒng)架構(gòu)主要采用DoDAF標(biāo)準(zhǔn)，行為建模成員系統(tǒng)之間主要采用DoDAF標(biāo)準(zhǔn)。 Agent建模技術(shù)（多Agent）。

因此，有必要擴(kuò)展MBSE的建模技術(shù)，集成SysML、DoDAF和Multi Agent建模技術(shù)，建立適應(yīng)信息物理系統(tǒng)描述的模型語言。

在技術(shù)流程和技術(shù)管理流程中還應(yīng)考慮信息物理系統(tǒng)建設(shè)的特點，制定適合系統(tǒng)開發(fā)的系統(tǒng)工程流程。

本文作者：張鵬毅、黃柏橋、鞠宏斌作者簡介：張鵬毅，國防科技工業(yè)海洋安全系統(tǒng)創(chuàng)新中心高級工程師，研究方向為武器裝備系統(tǒng)工程；黃柏橋（通訊作者），國防科技工業(yè)海洋安全系統(tǒng)創(chuàng)新中心，高級工程師，研究方向為系統(tǒng)工程。

論文全文發(fā)表于《系統(tǒng)工程2020年愿景》第21期。這篇文章已被刪除。請訂閱以查看。

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