如何实现基于模型的系统工程-电子发烧友网

工程师使用基于模型的系统工程 (MBSE) 来管理系统复杂性、改善沟通并生成优化系统。成功的 MBSE 需要将利益相关方的需求融入到系统设计需求和架构模型中，以创建直观的系统描述。

通过将 MATLAB、Simulink、System Composer 和 Requirements Toolbox 结合使用，可以打造一种统一的环境，用于创建可无缝连接到详细实现模型的描述性架构模型。这种互联环境可确保架构领域和设计领域的项目保持同步。系统工程师可以建立一条将系统需求、架构模型、实现模型和嵌入式软件紧密相连的数字线索。

使用 MATLAB、Simulink、System Composer 和 Requirements Toolbox，您可以：

创建架构模型，以通过结构体、行为和视图来定义系统

捕获和管理系统需求，实现影响和覆盖率分析

执行权衡研究以优化系统架构，并使用自定义模型视图分析架构

创建软件架构、面向服务的架构和 AUTOSAR 架构

使用基于模型的设计、FMU 和代码，将架构模型连接到在 Simulink、Stateflow 和 Simscape 中实现的详细组件设计

使用基于仿真的测试确认需求和验证系统架构

如何使用 MATLAB、Simulink、System Composer 和 Requirements Toolbox 实现 MBSE？

开发架构模型

使用组件、端口和连接器建模方法在 System Composer 中直观地构建分层架构系统框架。创建接口以保证组件之间交换的信息具有兼容的属性，如数据类型、维度和单位。

根据您的需求选择合适的细节层次，并在此过程中随时添加细节。首先从由多个子系统组成的复杂系统的整体框架入手，然后使用行为图重点设计详细的系统活动，或选择两者之间的任何细节层次。

从第三方工具导入 SysML、AUTOSAR (ARXML)、Capella 和其他架构设计，以便与 MATLAB 和 Simulink 无缝集成。根据需要导出设计以传达变更。通过 MATLAB API 导入外部存储库和文件，以重用现有设计工件和接口控制文档 (ICD)。此外，从现有 Simulink 系统模型中提取架构模型。

将系统需求链接到架构模型，以实现需求可追溯性，并执行需求覆盖率分析或影响分析。

管理系统需求

在开发架构模型时，使用 Requirements Toolbox 直接捕获、查看和管理系统需求。将系统需求链接到不同架构元素，以建立需求可追溯性的数字线索，并执行需求覆盖率分析。对于链接的需求，会保留一份修订历史记录，使您能够执行影响分析，并向下游团队传达变更。

使用其他 MATLAB 和 Simulink 产品进行分析和测试。Simulink Fault Analyzer 支持使用仿真进行系统性故障影响和安全分析。Simulink Coverage 可执行模型和代码覆盖率分析，以衡量模型和生成代码中的测试完整性。

将利益相关方需求细化为系统需求再转化为详细需求的过程。

借助视图进行权衡研究和架构分析

使用构造型来扩展您的架构模型，其中包含特定领域的设计数据，如大小、重量、功率或成本。将相关的构造型分组到配置文件中，可供您将其应用于整个架构或者在其他架构中重用。为了管理架构的复杂性，您可以创建自定义视图来隔离各个利益相关方感兴趣的组件，编辑架构的子部分，或方便地执行特定分析活动。System Composer 支持创建和执行行为图，以帮助分析您的构型的系统信息和操作流。

使用 MATLAB，直接对您的架构执行分析和权衡研究，例如：

多学科设计分析和优化 (MDAO)

自下而上汇总或自上而下分配（大小、重量、功率、成本等）

网络或流分析（端到端延迟、最短路径、物料流等）

使用 MATLAB（或 Python）脚本进行自定义分析

权衡研究（确定最容易接受的解决方案）

创建自定义视图来管理架构的复杂性，并与各利益相关方进行沟通。

构建软件架构

使用 System Composer 根据组件-端口-连接器范式，创建软件架构和面向服务的架构 (SOA)，其中包含软件组件和接口端口（包括客户端/服务器端口）。

使用类图查看器查看和编辑您的软件组合

在 Simulink 和 Stateflow 中将软件架构与组件设计链接起来

在运行仿真之前，可视化并编辑软件架构模型中各函数的仿真执行顺序

根据需求以迭代方式细化您的设计

自动生成代码，以将您的设计部署到嵌入式硬件、高性能计算平台和云

构建由使用客户端/服务器端口交换信息的组件组成的软件架构。

连接到基于模型的设计

通过基于模型的设计，与 Simulink 和 Stateflow 中的详细设计模型进行无缝集成。使用 Simscape 对多域物理系统进行建模和仿真。导入 FMU 和 C/C++ 代码以简化您的开发过程。

遵循自上而下的工作流，以从架构组件自动生成 Simulink 和 Simscape 模型，或从 Simulink 组件模型创建架构组件。将架构模型与 Simulink 行为模型相关联，以使您的架构模型和实现模型保持同步并仿真系统行为。

将架构模型与 Simulink 模型相连，以仿真系统行为，同时确保您的架构模型和实现模型保持同步

系统验证和确认

通过仿真，您可以探索架构、建立组件原型并创建组件设定，同时在 MBSE 过程的早期阶段了解并细化系统行为。为了将仿真的应用范围拓展至大型复杂系统，您可以使用测试套件自动进行验证，以在整个 MBSE 过程中确认需求并反复验证系统行为。

指定系统级测试，以确保下游实现团队所用需求的一致性和正确性。将具有时序相关的复杂信号逻辑的需求转化成具有既定明确语义的评估，以调试设计和识别不一致性。

通过 Simulink Fault Analyzer，可以利用仿真进行系统化故障影响和安全分析，例如故障模式和影响分析 (FMEA)。在模型验证和确认后，可借助 Simulink Check、IEC Certification Kit 和 DO Qualification Kit 等工具以及 MathWorks Consulting，简化您的 DO-178、ARP-4754、ISO-26262 等认证工作流。

设计并自动从模型和仿真中生成报告，从而与利益相关方和监管机构进行有效的沟通，并为其他 MBSE 任务节省时间。