当前有很多成熟的MBSE方法可供使用，但现有的方法对于解决现实问题过于抽象。本文基于装备体系需求论证的特点和三领域建模方法（问题域、方案域、实现域），探讨了装备体系需求分析的方法及内容，介绍了基于MBSE的装备体系需求论证系统的论证流程，并提供了基于SysML建模实现，为装备体系建设提供快速、可靠的决策依据。

1 概述

       “装备体系需求论证系统”是用于装备体系建设需求论证的信息化系统。该系统从装备体系的使命任务开始，逐层对装备体系的作战环境、行为、结构、参数等进行可视化分析验证，得到装备体系遂行使命任务所需要的装备参数指标，并生成装备体系方案。之后进行方案权衡分析，从而为装备体系建设提供快速、可靠的决策依据。

       需求论证在体系装备全寿命周期管理中的定位如图1所示，需求论证过程通过导入使命任务，并通过场景进行需求分析，最终得到装备体系及装备需求规范，从而指导后续装备优化或研发设计。

2 论证流程

       本系统描述体系设计流程中的各项活动，如图2所示，将体系设计流程分为相互依赖、反复迭代和递归的流程构成：明确利益相关方需求，装备体系需求分析、方案设计、方案权衡。最终产生一个满足利益相关方期望的经过确认的需求及设计方案。

3 装备体系需求论证Profile包

       为了让建模工作与业务更好地融合在一起，可通过Profile拓展模型元素类型和属性。Profile是一种特殊类型的包，可以拓展建模工具的基本功能，包含了为特定的领域和目的定制的模型元素的构造型包。Profile被定义为独立的模块，可将其内置于建模模板中，从而实现按需加载。也就是说，当启动或打开项目时，只加载该项目中使用的Profile。

       根据企业自身产品特点自定义符合当前产品研制特点的Profile，是促进MBSE建模过程实现真正意义上的本地化的重要内容。在此列举装备体系在需求论证过程中通过Profile包拓展的一些模型元素类型。

       3.1 拓展需求类型

       装备体系需求论证系统，在原始需求的基础上拓展了需求类型，以表达需求所处的分析阶段及其所属的对象模块。该系统拓展的需求类型包含相关方关注点、使命、任务、装备体系需求、装备需求、子系统需求、组件需求。如图3所示，用户可根据其论证需求修改需求类型。

       3.2 结构分层

       在进行装备体系需求论证过程中，可能会涉及不同层级的业务对象，如环境中的对象、装备对象、子系统、组件等，可定制不同类型的Block代表模块所属结构层级，如图4所示。

       3.3 技术性能测量TMs

       技术性能测量（TMs）是建立在期望和需求基础上的度量，通过跟踪和评估TMs来确定整个装备体系的有效性。这些度量包含效能测量指标（MoEs）、性能测量指标（MoPs）和技术性能指标（TPMs）。

       MoEs是在指定的条件下，在预定的操作环境中，与所评估的任务目标的实现密切相关的成功操作措施。MoEs来源于任务目标，作为企业块的值属性被量化和捕获，MoEs追溯到原始的任务目标。

       MoPs是表征与系统操作相关的物理或功能属性的度量，提供了对特定系统性能的洞察能力。MoPs来源于企业级MoE，并捕获为系统块的值属性，通过约束块和参数图来实现MoPs的推导。这提供了MoPs和MoEs之间的可追溯性，并支持对MoPs的性能分析，以预测是否将满足MoEs。MoPs还可以追溯到系统模型中捕获的系统需求。

       TPMs是对系统元素属性的度量，用于确定系统元素满足指定的技术要求的程度。系统级的过程步骤在子系统级重复，以获得TPMs。这些TPMs可以追溯到MoPs和子系统需求，与描述MoPs的方式相同。

       装备体系需求论证系统定义了新的属性及需求类型表征与装备体系指标相关的需求及属性，如图5所示。在此基础上可以开发新的功能实现参数指标分析、分解及追溯等，从而实现基于MBSE的产品指标分析与分解。

4 系统功能

       装备体系需求论证系统根据装备体系研发特点及研制流程，开发了MBSE落地的工具集，即在建模工具基础上，根据当前产品设计流程及设计人员设计习惯，开发符合装备体系论证过程的功能模块，如图6所示。

       ●使命任务编辑模块

       装备体系的使命任务是装备体系需求论证最原始的输入，是下一步任务剖面分析的基础。决定了装备体系在确定的环境中应该提供的服务或具备的能力。该模块对装备体系的使命任务进行管理，包括使命任务的编辑、可视化显示。

       ●作战环境及任务剖面分析模块

       针对每项作战任务，枚举该任务的作战环境（包括其使能系统）、作战对象、作战活动，生成相应的模块（block）、用例（use-case）等，并显示在用例图中，论证人员基于该用例图进行场景分析，分析出装备体系完成每项作战任务所应具备的功能以及与外部存在的交互，从而创建装备体系的外部交互及接口。

       ●接口生成引擎

       模块接口与功能及结构息息相关，在系统建模过程中，常常需要创建模块接口。依据任务剖面及体系功能分析，得到体系接口，分析体系的外部交互。创建体系的外部接口及适配的交换数据，体系的外部接口在方案设计时可分配给具体装备。接口生成引擎只需输入接口名称、选择接口类型，便可帮助快速批量创建模块接口。

       ●参数创建引擎

       在装备体系功能分析及参数指标分析分解的过程中，常常需要创建参数表征装备的属性值。参数创建引擎可维护系统参数值并实现参数值的批量创建，输入模块值属性名称，选择值类型，即可生成模块值属性。

       ●需求生成引擎

       基于功能分析，创建实现此功能所需要的能力需求，针对每项能力需求，创建该能力需求所对应的性能指标需求。这些需求是之后构建装备体系实现时选择现有装备或者开发研制新装备的依据。

       ●装备体系方案设计模块

       通过任务剖面分析，得到体系完成作战任务所需的完整功能，将功能分配给装备，可得到为了完成使命任务所需要的装备列表。在该阶段此装备架构表达的是一种逻辑架构，在物理实现过程中可能会选择现有装备或设计研发新的装备，即每个装备都有可能存在多个物理装备可供选择，装备体系在物理实现阶段可构建多个备选设计方案。系统多方案快速设计工具可根据物理装备与逻辑装备模块的关系，自动根据每个装备的实现模块创建多个装备体系方案配置模块，实现装备体系多方案快速设计，以供后续实现系统多方案权衡，从而选择出最优的物理装备体系方案。

       ●方案权衡分析模块

       对装备体系方案设计模块中生成的多个方案进行参数分析，根据模型中装备体系MoEs追溯关系及指标的权重进行多方案权衡。本模块首先将各个方案的物理参数导出到表格中；接着根据不同方案的物理参数结果及权衡分析因子，对多个方案进行打分。该功能模块为客户选择方案提供基于数据的决策依据。
    
       ●装备体系需求报告自动生成模块

       系统工程应用在当前阶段没有办法完全脱离文档，有时需要相关文档进行评审和批准。可借助建模工具输出报告功能导出模型相关信息，输出报告内容取决于报告模板，报告模板功能构建在Velocity引擎之上，提供所见即所得报告的报告向导，可根据用户现有报告定制开发系统建模活动中所使用的报告模板。

5 结论

       装备体系需求论证是一个漫长的、反复迭代的过程，装备体系需求论证系统从装备体系使命任务开始，逐层对装备体系的作战环境、行为、结构、参数等进行可视化分析验证，最终让装备体系概念演化形成一个总体性能优化，满足全寿命周期使用要求的装备体系实现方案。装备体系需求论证系统可为装备体系建设提供快速、可靠的决策依据。

参考文献

       [1]朱一凡、李群、杨峰 译，NASA系统工程手册[M]，电子工业出版社，2012． 
       [2]张新国 译，INCOSE.系统工程手册：系统生命周期流程和活动指南[M]，北京：机械工业出版社，2017．