2、需求管理

需求是客戶(hù)為了解決某個(gè)問(wèn)題或?qū)崿F(xiàn)某個(gè)目標(biāo)所需要的能力或條件，它是對(duì)客戶(hù)需要、法規(guī)要求、性能指標(biāo)以及設(shè)計(jì)參數(shù)的工程化描述，為各工程學(xué)科團(tuán)隊(duì)提供了一種有效的溝通交流的方式，所有學(xué)科團(tuán)隊(duì)共同的目標(biāo)就是為了研發(fā)出滿(mǎn)足需求的產(chǎn)品，如果沒(méi)有需求或者需求不明確，那么我們可能開(kāi)發(fā)出客戶(hù)根本不需要的產(chǎn)品，也可能出現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的過(guò)度設(shè)計(jì)或者欠設(shè)計(jì)，從而浪費(fèi)了設(shè)計(jì)資源，最終導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量低下，無(wú)法被客戶(hù)所接受，可以說(shuō)如果沒(méi)有需求或者需求不明確的話(huà)，那么后續(xù)的所有研制活動(dòng)都將變的毫無(wú)意義。

需求的滿(mǎn)足和實(shí)現(xiàn)是復(fù)雜系統(tǒng)研制的根本目的，因?yàn)闊o(wú)論進(jìn)行什么樣的活動(dòng)，包括設(shè)計(jì)、仿真、試驗(yàn)等等，其最終目的都是為了設(shè)計(jì)制造出滿(mǎn)足客戶(hù)需求的產(chǎn)品。因此，復(fù)雜系統(tǒng)的需求管理是設(shè)計(jì)、制造和客戶(hù)之間溝通的主要途徑。需求用來(lái)描述一個(gè)產(chǎn)品或一項(xiàng)服務(wù)的期望功能和特征，需求應(yīng)該是能夠被清晰簡(jiǎn)潔的表達(dá)出來(lái)，同時(shí)被客戶(hù)完全認(rèn)可的信息。因而，需求管理的根本目的就是要把需求模型工程化和條目化，讓需求去指導(dǎo)產(chǎn)品的工程開(kāi)發(fā)。

根據(jù)復(fù)雜系統(tǒng)產(chǎn)品研制的特點(diǎn)，需求模型可以分為四層：

第一層：客戶(hù)或采購(gòu)方對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的技術(shù)要求，法規(guī)等（客戶(hù)需求層）；

第二層：總體技術(shù)要求（產(chǎn)品需求層）；

第三層：子系統(tǒng)技術(shù)要求（分系統(tǒng)需求層）；

第四層：設(shè)備零件設(shè)計(jì)要求（設(shè)備零件需求層）。

         

圖1. 需求模型的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)

很多企業(yè)或工程師往往會(huì)錯(cuò)誤的認(rèn)為需求管理就是簡(jiǎn)單的將需求進(jìn)行條目化的文本描述和分類(lèi)存儲(chǔ)，然而需求也應(yīng)該有生命周期狀態(tài)，我們不僅要將需求進(jìn)行條目化的描述和存儲(chǔ)，并且在不同的生命周期階段，我們需要定義不同的屬性來(lái)反映需求的狀態(tài)，同時(shí)每個(gè)階段需求的內(nèi)容和表現(xiàn)形式也有所不同。

在需求捕獲階段，當(dāng)我們通過(guò)客戶(hù)訪(fǎng)談、問(wèn)卷調(diào)查等一系列手段將“客戶(hù)需要”記錄下來(lái)時(shí)，這些“客戶(hù)需要”往往是模糊的、無(wú)法定量或者定性的描述，此時(shí)我們必須將這些“客戶(hù)需要”轉(zhuǎn)化為符合工程描述的需求，包括名稱(chēng)、假設(shè)、來(lái)源等，同時(shí)添加作者、客戶(hù)、版本、優(yōu)先級(jí)等屬性，這時(shí)需求的生命周期狀態(tài)為已捕獲，其表現(xiàn)形式為單個(gè)需求條目；

在需求分析階段，我們通過(guò)功能定義、系統(tǒng)架構(gòu)等相關(guān)手段將客戶(hù)需求逐層分解和細(xì)化，形成不同層級(jí)的需求，此時(shí)相比已捕獲的需求來(lái)看，增加了層級(jí)、類(lèi)型、相關(guān)需求等屬性，另外需求的內(nèi)容也比上一階段更加精細(xì)化；同時(shí)我們需要將這些需求按照層級(jí)和類(lèi)型進(jìn)行劃分形成需求的結(jié)構(gòu)樹(shù)；

在需求確認(rèn)階段，我們經(jīng)過(guò)相應(yīng)的確認(rèn)流程后，相比需求分析階段，每條已確認(rèn)的需求需要附加上需求的確認(rèn)結(jié)果和參考，此時(shí)需求一經(jīng)確認(rèn)即被凍結(jié)，此后的每個(gè)階段如果需要變更，就需要提交需求變更流程方可更改，更改后的需求會(huì)產(chǎn)生新的版本，并根據(jù)情況重新執(zhí)行捕獲或分析活動(dòng)；

在需求分配階段，我們經(jīng)過(guò)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，將上層需求分配到下層產(chǎn)品，此時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生衍生的需求，因此，相較需求確認(rèn)階段，需求的種類(lèi)會(huì)多出衍生需求這一類(lèi)型；

在需求驗(yàn)證階段，我們經(jīng)過(guò)一系列的工程設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，此時(shí)每條需求需附加驗(yàn)證方法和依據(jù)，如仿真、測(cè)試或?qū)嶒?yàn)等。

需求模型的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的組織過(guò)程是通過(guò)鏈接來(lái)完成的，也就是內(nèi)部鏈接，內(nèi)部鏈接指的是需求與需求之間的鏈接。需求管理的目的是用設(shè)計(jì)方案，通過(guò)功能定義、邏輯分解等技術(shù)手段，通過(guò)變更管理、項(xiàng)目組織等過(guò)程，來(lái)完成對(duì)需求的滿(mǎn)足。因此，當(dāng)某個(gè)對(duì)象發(fā)生變化的時(shí)候，我們需要對(duì)所受影響的包括需求模型在內(nèi)的各個(gè)元素進(jìn)行分析，也就是需要建立外部鏈接：建立需求與系統(tǒng)中其他相關(guān)對(duì)象的鏈接。當(dāng)前大部分企業(yè)或組織都以某種斷開(kāi)連接的方式管理需求，如Excel電子表格、Word文檔以及獨(dú)立的需求工具等等，然而因?yàn)檫@些工具與產(chǎn)品生命周期的其余部分?jǐn)嚅_(kāi)連接，導(dǎo)致它們沒(méi)有能力影響設(shè)計(jì)，當(dāng)需求或設(shè)計(jì)方面發(fā)生變化時(shí)，我們看不到這些變化帶來(lái)的影響/聯(lián)系，這就意味著我們的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)最終處于錯(cuò)誤的位置，也就是不再符合要求。

圖3. 西門(mén)子Teamcenter集成化需求管理

通過(guò)Teamcenter中的集成化需求管理，我們可以使用其他產(chǎn)品構(gòu)件管理需求，允許這些需求參與更改、工作流、配置等，將需求從斷開(kāi)連接的文檔帶入到生命周期中，在產(chǎn)品生命周期管理當(dāng)中，我們可以有效地管理需求，確保它們與我們的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程相連接，以驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)交付，了解情況發(fā)生變化時(shí)它們的所帶來(lái)的影響，并了解這些變化帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

3、系統(tǒng)架構(gòu)建模

有了明確的需求和設(shè)計(jì)約束之后，進(jìn)入到F階段，也就是系統(tǒng)建模，針對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)建模，我們要考慮四個(gè)方面的問(wèn)題，首先，系統(tǒng)建模的過(guò)程應(yīng)該能夠展示我們是如何將我們腦子中的想法變?yōu)楫a(chǎn)品的，其次，系統(tǒng)模型應(yīng)該能夠支持我們利用這些模型與我們的組織、供應(yīng)商以及合作伙伴進(jìn)行溝通和接洽，此外，系統(tǒng)建模工作不應(yīng)該耗費(fèi)工程師們大量的精力去學(xué)習(xí)一門(mén)全新的技術(shù)或知識(shí)，而是能夠讓我們?cè)谝延兄R(shí)的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)便、快速的進(jìn)行建模工作，最后我們還要能夠?qū)@些模型進(jìn)行仿真，利用仿真的手段來(lái)閉環(huán)設(shè)計(jì)。

在MBSE方法中，我們用面向?qū)ο蟮?、圖形化、可視化的系統(tǒng)建模語(yǔ)言描述系統(tǒng)的底層元素，進(jìn)而逐層向上組成集成化、具體化、可視化的系統(tǒng)架構(gòu)模型，這就是系統(tǒng)模型，它提供了有關(guān)系統(tǒng)的關(guān)鍵方面（如功能、行為、結(jié)構(gòu)、性能等）的見(jiàn)解，系統(tǒng)模型是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)全過(guò)程中首要的工件，我們需要對(duì)它進(jìn)行管理、控制，并和產(chǎn)品生命周期的其它部分進(jìn)行集成。借助相關(guān)的軟件環(huán)境及模型和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)模型進(jìn)行存取操作，系統(tǒng)架構(gòu)模型存儲(chǔ)在一個(gè)共同的數(shù)據(jù)庫(kù)中，相關(guān)參數(shù)之間就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)聯(lián)；通過(guò)系統(tǒng)模型可以生成系統(tǒng)的多個(gè)視圖，比如系統(tǒng)的任務(wù)剖面、結(jié)構(gòu)圖、行為圖、接口圖等，因此，各個(gè)學(xué)科的專(zhuān)業(yè)工程師、各種角色，都可以基于這個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)模型來(lái)工作，從共同的數(shù)據(jù)庫(kù)中取數(shù)、并用本學(xué)科的模型及軟件工具來(lái)進(jìn)行分析。

系統(tǒng)模型作為整個(gè)產(chǎn)品研制生命周期中提供藍(lán)圖的產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)，對(duì)實(shí)現(xiàn)多學(xué)科、多領(lǐng)域、跨部門(mén)的高效協(xié)同起著至關(guān)重要的作用，正如沒(méi)有一套指導(dǎo)下游行業(yè)的藍(lán)圖，你就不可能啟動(dòng)一個(gè)建筑項(xiàng)目一樣；沒(méi)有一個(gè)指導(dǎo)詳細(xì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品架構(gòu)，你就不應(yīng)該啟動(dòng)一個(gè)復(fù)雜的/多領(lǐng)域的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作。在西門(mén)子iMBSE解決方案中，系統(tǒng)模型不是一個(gè)孤島，而是一個(gè)協(xié)同中心。

1、系統(tǒng)模型要與客戶(hù)需求建立追溯關(guān)系，確保架構(gòu)方案滿(mǎn)足客戶(hù)要求；

2、能夠基于系統(tǒng)模型自動(dòng)生成系統(tǒng)文檔和規(guī)范，支持基于模型的評(píng)審；

3、系統(tǒng)模型要與仿真分析模型形成閉環(huán)，確保設(shè)計(jì)方案正確，能夠交付正確的產(chǎn)品；

4、機(jī)械、電氣、軟件、六性等各領(lǐng)域?qū)W科的設(shè)計(jì)起點(diǎn)，要以系統(tǒng)模型為頂層設(shè)計(jì)框架，實(shí)現(xiàn)基于模型的、跨部門(mén)的高效且有效的協(xié)同。

系統(tǒng)建模的核心要素就是語(yǔ)言、方法和工具，建模語(yǔ)言作為各個(gè)學(xué)科團(tuán)隊(duì)之間溝通的橋梁，它定義了建模的語(yǔ)法和語(yǔ)義，比如我們常用的就是SysML\UML建模語(yǔ)言，方法定義了建模的步驟，比如Arcadia方法、Magicgrid方法、Harmony-SE方法等，工具就是用于支撐我們采用建模語(yǔ)言按照建模方法進(jìn)行建模工作的軟件產(chǎn)品，比如Capella、Catia Magic、Rhapsody等。

圖4. DSML語(yǔ)言中的各類(lèi)視圖

在西門(mén)子MBSE解決方案中當(dāng)中，我們采用的是DSML領(lǐng)域建模語(yǔ)言，它起源與法國(guó)泰雷茲公司，當(dāng)初是為了解決SysML和UML語(yǔ)言復(fù)雜，學(xué)習(xí)難度高，建模難度大的問(wèn)題，從而將UML和SysML進(jìn)行了封裝并借鑒了一部分UAF的思想所開(kāi)發(fā)出來(lái)的一款專(zhuān)門(mén)在工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行系統(tǒng)工程落地的語(yǔ)言，值得注意的是，DSML語(yǔ)言并不是一款全新的語(yǔ)言，它只是SysML的另一種表現(xiàn)形式，它依舊滿(mǎn)足SysML的標(biāo)準(zhǔn)，可以與SysML的模型進(jìn)行互操作，與系統(tǒng)工程緊密結(jié)合，相較于SysML而言，極大的降低了建模難度，更易于被系統(tǒng)工程師所接受，與SysML相似，DSML也從行為和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面來(lái)分別描述系統(tǒng)的活動(dòng)和組成，包括活動(dòng)圖、時(shí)序圖、功能流圖、BDD圖等。

圖5. Arcadia方法論

同樣，Arcadia也是起源于法國(guó)泰雷茲公司，Arcadia是一種基于模型的方法，致力于系統(tǒng)、軟件和硬件架構(gòu)工程。它描述了理解和捕獲客戶(hù)需求、定義和在所有工程利益攸關(guān)者之間共享產(chǎn)品架構(gòu)、早期驗(yàn)證其設(shè)計(jì)并證明其合理性的詳細(xì)推理過(guò)程。

Arcadia方法高度依賴(lài)于功能分析，這是系統(tǒng)工程師中非常流行的技術(shù)。Arcadia實(shí)施了一種基于不同工程視角的方法，在系統(tǒng)上下文和需求建模（運(yùn)行需求分析和系統(tǒng)需求分析）和解決方案建模（邏輯和物理架構(gòu)）之間建立了清晰的分離。它包括問(wèn)題域和解決方案域兩個(gè)層面，首先是問(wèn)題域，此時(shí)將系統(tǒng)看成黑盒，主要分析系統(tǒng)提供的外部功能和接口，在操作性分析階段，主要分析系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，定義系統(tǒng)的運(yùn)行能力、相關(guān)參與者以及活動(dòng)，接下來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)分析，確定系統(tǒng)的邊界，定義系統(tǒng)為了滿(mǎn)足運(yùn)行能力所需的功能和功能之間的交互關(guān)系，從而得到系統(tǒng)的功能需求和相關(guān)接口；得到功能和接口需求之后，進(jìn)入到解決方案域，此時(shí)將系統(tǒng)打開(kāi)，作為白盒，主要分析系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、子系統(tǒng)組成及各子系統(tǒng)之間的接口關(guān)系，首先要定義系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)，將系統(tǒng)的功能分配到各個(gè)邏輯子系統(tǒng)，此時(shí)可以采用架構(gòu)創(chuàng)成和選優(yōu)的方法執(zhí)行第一輪次的架構(gòu)權(quán)衡，以獲得滿(mǎn)足期望的最優(yōu)的產(chǎn)品邏輯架構(gòu)，接下來(lái)進(jìn)行物理架構(gòu)，定義系統(tǒng)的物理組成，同一個(gè)邏輯架構(gòu)可能有不同的物理解決方案，所以此時(shí)需要進(jìn)行第二輪的架構(gòu)權(quán)衡，來(lái)獲得即滿(mǎn)足需求同時(shí)又性能最優(yōu)的物理架構(gòu)方案，最終，我們基于物理架構(gòu)方案形成終端產(chǎn)品的分解結(jié)構(gòu)，也就是EPBS，確定產(chǎn)品的最終物理構(gòu)型。

Capella在航空航天、軌道交通、核能、防務(wù)等行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。比如羅羅公司使用Capella對(duì)他們的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力變速箱的潤(rùn)滑油系統(tǒng)進(jìn)行建模，他們認(rèn)為Capella的系統(tǒng)到子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換功能很好的支持了不同團(tuán)隊(duì)之間基于模型的協(xié)作，同時(shí)相比于UML/SysML受復(fù)合關(guān)聯(lián)原則的約束，Capella無(wú)約束的功能和系統(tǒng)建模，完全滿(mǎn)足他們對(duì)于具有大量交互和涌現(xiàn)行為的大型復(fù)雜系統(tǒng)的建模場(chǎng)景。除此之外，阿麗亞娜集團(tuán)采用Capella在運(yùn)載火箭和戰(zhàn)略導(dǎo)彈的發(fā)射系統(tǒng)上進(jìn)行了應(yīng)用，大陸集團(tuán)使用Capella推動(dòng)智能交通系統(tǒng)的研發(fā)。

圖6. 西門(mén)子系統(tǒng)建模工作臺(tái)（SMW）

西門(mén)子系統(tǒng)建模工作臺(tái)（SMW）是在Capella的基礎(chǔ)上，新增了與Sysml模型互換的功能并集成在Teamcenter上的一款系統(tǒng)建模工具，通過(guò)將Capella集成到TC中，借助TC數(shù)字線(xiàn)程的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)從需求到系統(tǒng)建模、仿真以及專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)之間數(shù)據(jù)的無(wú)縫傳遞，構(gòu)成平臺(tái)級(jí)MBSE解決方案，同時(shí)將系統(tǒng)模型連接到產(chǎn)品生命周期中，能夠?qū)崿F(xiàn)基于模型的協(xié)同和系統(tǒng)模型的生命周期管理等價(jià)值，除此之外，SMW也與其他的需求管理工具提供接口，實(shí)現(xiàn)需求與系統(tǒng)模型之間的數(shù)據(jù)同步。

4、系統(tǒng)架構(gòu)創(chuàng)成及優(yōu)選

在基于模型的系統(tǒng)工程正向設(shè)計(jì)過(guò)程中，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)是最重要的環(huán)節(jié)。系統(tǒng)在需求確定后，就可以開(kāi)始系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的工作，架構(gòu)設(shè)計(jì)主要探討和研究系統(tǒng)的核心和內(nèi)在，也就是系統(tǒng)的功能及其實(shí)現(xiàn)。

創(chuàng)成式工程或創(chuàng)成式設(shè)計(jì)（Generative Engineering、Generative Design）是一個(gè)創(chuàng)新的架構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程。創(chuàng)成式工程在給定一些約束條件下，根據(jù)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，通過(guò)創(chuàng)成式設(shè)計(jì)來(lái)產(chǎn)生多種可能的可行性架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，然后通過(guò)機(jī)器推理技術(shù)（Machine Reasoning）或其他技術(shù)進(jìn)行綜合對(duì)比，通過(guò)設(shè)計(jì)者進(jìn)行最后的決策并篩選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程我們也可以稱(chēng)為創(chuàng)造或創(chuàng)新過(guò)程，因?yàn)樵O(shè)計(jì)過(guò)程需要極強(qiáng)的創(chuàng)造力，而創(chuàng)成式工程在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，完全可以幫助企業(yè)通過(guò)創(chuàng)成和驗(yàn)證滿(mǎn)足需求的創(chuàng)新解決方案來(lái)有效地進(jìn)行設(shè)計(jì)空間的探索，利用算法和基于知識(shí)的推理方法來(lái)自動(dòng)生成選項(xiàng)，并且協(xié)助用戶(hù)向下選擇替代方案并驗(yàn)證最佳概念和設(shè)計(jì)，也就是說(shuō)創(chuàng)成式工程旨在支持從產(chǎn)品創(chuàng)意到最終產(chǎn)品的工作流程。

當(dāng)前我們的系統(tǒng)或領(lǐng)域架構(gòu)設(shè)計(jì)，都是依賴(lài)于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)或參考以往的數(shù)據(jù)來(lái)定義，那么對(duì)于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的工程師或者對(duì)于一個(gè)沒(méi)有參考的創(chuàng)新性產(chǎn)品而言，我們?nèi)绾慰焖俚纳蓾M(mǎn)足需求的設(shè)計(jì)方案呢？這就是架構(gòu)創(chuàng)成的范疇。架構(gòu)創(chuàng)成實(shí)際上是一種范式轉(zhuǎn)變，它是利用仿真和人工智能驅(qū)動(dòng)的手段，自動(dòng)生成系統(tǒng)或各領(lǐng)域的架構(gòu)方案，從而進(jìn)行快速的方案設(shè)計(jì)和創(chuàng)新.

在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段，工程師通常根據(jù)直覺(jué)或以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總體架構(gòu)方案設(shè)計(jì)和整體性能指標(biāo)決策，這將導(dǎo)致設(shè)計(jì)固化從而限制架構(gòu)方案的創(chuàng)新和尋求最優(yōu)方案的可能性，整體性能參數(shù)被設(shè)定后由下游開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行子系統(tǒng)性能標(biāo)定，隨著越來(lái)越多的關(guān)鍵指標(biāo)的確定，設(shè)計(jì)固化的問(wèn)題也越來(lái)越明顯，一旦一種或局限的幾種架構(gòu)方案被設(shè)定，我們可以通過(guò)仿真進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，但此時(shí)已為時(shí)已晚，我們無(wú)法獲悉是否存在更好的架構(gòu)方案。

Simcenter Studio 是Simcenter 產(chǎn)品組合中的一個(gè)應(yīng)用，用于在早期概念階段生成和評(píng)估系統(tǒng)架構(gòu)。該軟件包含有專(zhuān)利技術(shù)，以便使工程師和數(shù)據(jù)科學(xué)家創(chuàng)建新穎的、拓?fù)渖喜煌南到y(tǒng)架構(gòu)。Simcenter Studio 還將系統(tǒng)仿真、最優(yōu)控制方法、以及建立在最先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)和科學(xué)計(jì)算堆棧之上強(qiáng)化學(xué)習(xí)合并在一起，以便對(duì)數(shù)百種此類(lèi)架構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)仿真和評(píng)估。這種方法允許工程師和數(shù)據(jù)科學(xué)家在計(jì)算筆記本中創(chuàng)建用戶(hù)定義的程序，用于創(chuàng)成式工程。

圖7. Simcenter Studio架構(gòu)創(chuàng)成工作和評(píng)估流

Simcenter Studio 可以基于用戶(hù)定義的系統(tǒng)組成、接口數(shù)量與類(lèi)型等生產(chǎn)各種可能的系統(tǒng)架構(gòu)和配置方案，Simcenter Studio與 Amesim 聯(lián)合仿真獲得各個(gè)需要評(píng)估的性能參數(shù)。Studio 將Amesim中的仿真結(jié)果存儲(chǔ)于HDF5文件中，同時(shí)對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理并可視化，形成包含了所有的架構(gòu)、不同架構(gòu)各參數(shù)分部圖、各種性能的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，我們通過(guò)性能的選擇，可以獲得滿(mǎn)足要求的系統(tǒng)架構(gòu)。

圖8. 汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)可能的架構(gòu)數(shù)量

以混動(dòng)汽車(chē)為例，基于Simcenter Studio進(jìn)行架構(gòu)創(chuàng)成設(shè)計(jì)，首先基于功能分析建立ICE、Battery、Motor、Generator、Gearbox、Torque Coupler、Axles與Vehicle；并且Axles分為前軸Frontaxle、后軸Rearaxle，而前、后軸又具有各自的軸系Frontaxle_indlv 與 Realaxle_indiv與前后軸差動(dòng)器Frontaxle_diff與Rearaxle_diff。

圖9. 在Simcenter Studio中定義的HEV系統(tǒng)組成

Simcenter Studio中可以對(duì)組件的數(shù)量進(jìn)行控制，例如我們可以選擇1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)或4個(gè)電機(jī)對(duì)汽車(chē)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，采用0或者1個(gè)齒輪箱來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，可以設(shè)置某個(gè)接口必須與另外一個(gè)接口相連接或無(wú)法連接的限制連接或者指定連接條件，從而生成符合要求的系統(tǒng)架構(gòu)。同時(shí)，Simcenter Studio可以設(shè)置各個(gè)組件的變體參數(shù)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)排量為1.5L或2.0L，電動(dòng)機(jī)功率和扭矩為96Kw，250Nm或50Kw，200Nm等。

圖10. 在Simcenter Studio中對(duì)組件數(shù)量、接口數(shù)量、類(lèi)型與物理量的定義

基于上面設(shè)置的限制條件與組成設(shè)置、接口設(shè)置要求Simcenter Studio基于A(yíng)I技術(shù)最終可以自動(dòng)生成滿(mǎn)足條件的所有系統(tǒng)架構(gòu)和配置方案。

圖11. Simcenter Studio自動(dòng)生成26種拓?fù)浼軜?gòu)和1566種配置方案

Studio通過(guò)調(diào)用Amesim仿真計(jì)算可以獲得各種架構(gòu)和配置方案下混動(dòng)汽車(chē)百公里加速時(shí)間，這是汽車(chē)動(dòng)力性能評(píng)估主要的指標(biāo)之一。Studio生成除了百公里加速外，其他如油耗、里程等方面的計(jì)算結(jié)果，結(jié)果中包含了所有的架構(gòu)、不同架構(gòu)各參數(shù)分部圖、各種性能的柱狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果，我們通過(guò)性能的選擇，可以獲得滿(mǎn)足要求的系統(tǒng)架構(gòu)。

圖12. 不同架構(gòu)所獲得的百公里加速時(shí)間及油耗結(jié)果

工程師須對(duì)各類(lèi)架構(gòu)方案和配置進(jìn)行快速篩選，并選定其設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)過(guò)程需盡可能實(shí)現(xiàn)多方面的平衡。工程師在Simcenter Studio中對(duì)生成的架構(gòu)和配置方案進(jìn)行帕累托尋優(yōu)，選定的架構(gòu)和配置方案相比于以往憑直覺(jué)或經(jīng)驗(yàn)選定的方案，電池容量增加44%，綜合油耗降低20%，成本及加速時(shí)間均有下降。

圖13. 在Simcenter Studio中進(jìn)行多屬性平衡，快速篩選最優(yōu)方案

5、總結(jié)

圖14. 西門(mén)子概念階段MBSE解決方案流程

通過(guò)西門(mén)子概念設(shè)計(jì)階段MBSE解決方案，我們實(shí)現(xiàn)了以需求為驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)仿真閉環(huán)場(chǎng)景，將需求管理與系統(tǒng)建模相結(jié)合形成了需求驅(qū)動(dòng)的Z字型設(shè)計(jì)流程，任務(wù)需要作為系統(tǒng)建模的輸入進(jìn)行運(yùn)行分析可形成利益攸關(guān)者需求，同時(shí)利益攸關(guān)者需求又作為系統(tǒng)功能分析的輸入得到系統(tǒng)需求，通過(guò)邏輯架構(gòu)定義可以將系統(tǒng)需求分解并分配到子系統(tǒng)，最終指導(dǎo)系統(tǒng)物理架構(gòu)定義，形成軟硬件需求；除此之外，在進(jìn)行邏輯架構(gòu)定義和物理架構(gòu)定義的過(guò)程中，我們都可以采用創(chuàng)成式工程進(jìn)行架構(gòu)的創(chuàng)成和擇優(yōu)，同時(shí)在邏輯架構(gòu)和物理架構(gòu)權(quán)衡過(guò)程中，我們可將相關(guān)架構(gòu)模型導(dǎo)出為系統(tǒng)仿真架構(gòu)，通過(guò)調(diào)用Amesim中的仿真模型，進(jìn)行架構(gòu)方案的權(quán)衡和驗(yàn)證。