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MBSE 建模工具和方法论比较
雷川
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（1.电科院，北京 100041）
摘要：从 MBSE 的发展历程和概念演进出发，对比了主流的三种建模工具和对应的方法论异同。
并从实际使用效果角度，阐述了各自软件和方法论的建模逻辑和擅长领域。
得出的结论可为
MBSE
工具和方法论的选取提供一定依据，供同类工程应用参考
。
关键词：MBSE；建模工具；建模方法论；体系设计；架构设计
中图分类号：TP06 文献标志码：A 文章编号：1004-731X (2019) 01-
DOI: 10.16182/j.issn1004731x.joss.19-0001
Comparisons on MBSE Modeling Tools and Methodologies
Chuan Lei
1
(1.P.O.Box 2518, Beijing, 10041, China)
Abstract: This paper looks back on the development history of MBSE as well as its concept evolvement
and compares the concurrent dominant modeling tools and methodologies. From the modeling effects, the
paper explains the modeling logics and advantages of each business tools and theories. The conclusion
from the paper can provide some ops and cons in choosing MBSE tools and methodologies, which could
also provide some basis for the similar engineering application.
Keywords: MBSE; modeling tools; modeling methodologies; systems of systems design; architecture
design
引言
进入第二个千年以来，基于模型的系统工程
（Model Based System Engineering，简称 MBSE）
逐渐走进工业制造领域。基于模型的系统工程理念
是与基于文档的系统工程（Document Based System
Engineering）相对应的。经典的基于文档的系统工
程以自然语言为主要描述手段，以文档为系统工程
结果物的主要载体。这里的自然语言泛指人类语言
以及平面媒介上的各种非标准的符号和图形。受自
然语言二义性、模糊性、主观性的限制，以文档为
主要载体的系统工程在面对大型复杂工业产品的
论证、设计、开发和制造时，越来越显得先天不足。
机械和大型装备制造领域是首先进行 MBSE
实践的行业之一。随着数控机床和随后的 3D 打印
等先进数字化加工手段的普及，2 维图纸逐渐被 3
维模型取代；首先引入 MBSE 领域的模型是指 3
维计算机辅助设计（CAD）模型。甚至在一段时
间，MBSE 中的“M（模型）”专指 3 维几何模型；
MBSE 专指基于 3 维几何模型的系统工程。与之相
对的是，传统基于 2 维平面图纸的系统工程。
第一作者：雷川，男，高工。E-mail：leichuan@cetc.com.cn
通讯作者：雷川，男，高工。E-mail：leichuan@cetc.com.cn
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伴随工业和工程实践的深入，制造领域中的
MBSE 推动者在 3 维空间实体结构几何模型以外，
同时定义了 0 维质点几何、1～2 维的纵向切面几
何，2 维～准 3 维的空间曲面面元几何，将 MBSE
中“模型”的概念进一步拓展。然而，上述模型仍
专指“几何模型”。没有几何模型的系统工程仍然
不能成为 MBSE。
信息产业的从业者完成了“模型”概念的进一
步延展。IT 产业特别是软件领域的设计师，大量
面对存在于信息空间的代码，生产出实现复杂功能
却没有物理材料和几何维度概念的软件产品。这些
具有“智慧”的软件再与某种构型的物理结构结合，
就构成了现代工业产品的绝大部分。大到航母、火
箭，小到电脑、手机，都是以这样基本的“2F”方
式组成：Form（结构）+ Function（功能）。因此，
产品的 MBSE 不再仅仅限于结构（几何）模型，
还要基于功能（行为）模型。
信息技术领域构建功能模型的实践早已有之。
流程图（flow diagram）就是软件开发中常见的功
能模型。画流程图曾经是过程语言（procedural
language）时代软件设计师必须进行的设计步骤。
UML（Universal Modelling Language， 统一建模
语言）是面向对象语言发展后的建模技术成果。
UML 的目标是以标准化的面向对象的图形方式，
进行软件开发中的数据建模、业务建模、对象建模
和组件建模，使软件产品的开发人员专注于产品的
模型和结构，而不是选用什么程序语言和算法实
现。当模型建立后，从理论上说该模型可以被 UML
工具转化成指定的程序语言代码。
由于 UML 代表了面向对象软件开发技术的发
展方向，具有巨大的市场前景，更由于 IT 产业相
较于制造业更快的发展速度，因此当今市面上的主
流 MBSE 工具，如 System Architect，IBM Rational
Rhapsody ，达索系统的 Magic Cyber System
Engineer，以及开源的 StarUML 等，都是基于 UML
或其衍生出的 SysML（System Modeling Language
，
系统建模语言）。
1 “系统架构师（System Architect）”
体系架构工具
1.1 工具分析
“系统架构师（System Architect, SA）”工具（如
图 1）最初是由 Jan Popkin 在 Popkin 软件公司创
立并开发的。它几乎是最早的一批基于 Windows
的计算机辅助软件工程（CASE）工具。随后在不
断使用和改进中，SA 成为一种企业体系架构
（enterprise architecture）工具。众多公司和政府机
构的商业和技术部门用它来在统一的方法和符号
表示基础上构建组织、以及支撑组织的系统、应用
和数据库的模型。2005 年，瑞典公司 Telelogic 收
购了 Popkin 软件公司。2008 年,IBM Rational 收购
了 Telelogic,将其旗下包括 SA 的一众 MBSE 软件
（包括需求管理工具 Doors,嵌入式系统架构工具
Rhapsody 等）收归 IBM Rational（理智）品牌下。
2016 年，IBM 宣布将 SA 卖给 UNICOM Global 公
司，由后者负责 SA 的开发和后续支持。
图 1 系统架构师（System Architect, SA）软件界面
作为曾经的细分领域领先者，SA 通常用来面
向使命任务级（mission level）过程和行为分析构
建企业体系(Enterprise)架构和复杂体系（SoS）架
构。
1.2 方法论分析
SA 从本质上说，是一个策划（planning）工具。
对企业体系架构建模来说，SA 主要支撑业务/组织
级的策划、变更和转型以及相应的支撑技术。用户
可以根据需要选择 IDEF0 作为架构框架
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