基于模型的系统工程（免费领PDF、白皮书、视频）

最近几年，系统工程的概念越来越火热。其中MBSE是目前最受大家推崇的，也可以说是最时髦的。

国外把基于MBSE视为系统工程的“革命”、“系统工程的未来”、“系统工程的转型”等。国内的很多大型组织也已经在开展了相关研究和应用了。其中，包括大飞机和汽车等复杂的系统设计。

MBSE下，工程研制工作由过去的“80%劳动、20%创造”转变为“20%劳动、80%创造”。

本次我们整理了《基于模型的系统工程》的三个PDF、视频、音频，以飨读者。

 

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PDF：借助基于模型的系统工程实现虚拟飞机集成

 

飞机在相对较短的时间内实现了飞跃式发展，而飞机开发流程大体上也与之同步。但是，新设计导致开发流程的复杂性不断增加，令工程师和原始设备制造商们深感困惑：如何在处理好外部压力的同时实现新设计呢？和汽车工业一样，航空航天工业也面临着来自四面八方的压力，如监管当局不断提高的环保要求，乘客不断增加的连接性需求，以及科技公司集成未来飞机软件的竞争势头。更糟糕的是，所有这些问题彼此交错、互为关联，孤岛式方法已然不再行之有效。

对于大部分创新型企业而言，这并非一件坏事，而是其充分发挥复杂性的潜能并以更快的速度交付未来飞机的大好机遇。但这意味着他们需要基于模型的系统工程方法、恰如其分的规划和完整的数字化双胞胎，以处理来自模型、虚拟测试结果和供应商的海量数据。要实现飞机最优化，单纯对系统的某个参数进行优化还远远不够，必须实现系统参数的全面优化。这是航空业惯常所用之传统的基于文档的系统工程方法力所不能及的。

在系统和结构工程级别，可扩展多域工程工具和仿真解决方案可帮助实施基于模型的设计方法，并捕获从组件级别到飞机系统级别的飞机系统复杂性。系统工程的关键在于理解正常运行和边缘情况下不同物理现象之间的相互关系。现如今，随着机载电气和电子系统不断增加，充分理解这些系统与其周围环境之间的交互关系至关重要。干扰对台式计算机而言可能只是需要处理掉的麻烦，但在升空的飞机上却可能造成非常严重的后果。

随着飞机设计日益从传统向未来派的四旋翼城市空中交通飞行器和飞翼转变，了解新设计的飞行动力特性至关重要。虚拟铁鸟和硬件在环等技术可令工程师们如虎添翼——不仅因其限制了对成本高昂之风洞试验的依赖，同时还能在开发周期中及早获得结果。直到现在，虚拟飞机集成的全部价值才开始渐次显现。

电力推进系统是此前推动航空航天企业转向更加复杂之设计空间的重大趋势。但蓄电池的质量能量密度仍不及石油燃料和内燃机。在推进、承载能力和飞机重量之间达成平衡，除了需要解决如何实施不同子系统的大量复杂问题之外，还需要不同的工程领域实现紧密集成。

此过程可能会遭遇不少阻碍，但航空航天业的发展之路向来挑战重重。值得庆幸的是，已经存在这方面的工具，能够帮助航空航天业向基于模型的系统工程方法转变；工程师们可以利用这些工具表示飞机中的所有物理场，包括结构、机械、流体、电气和热等，并对它们之间的动态交互进行模拟仿真。这些工具能够满足组件级别到系统级别的需求，并且可以集成到PLM流程中。不仅如此，此方法还可随着项目进展而不断演进，并利用软件对所产生的失调情况进行控制。有关飞机系统虚拟集成的更多详情，请参阅相关白皮书。

视频：借助基于模型的系统工程拥抱航空航天行业的数字工程革命

 

安全与创新一直是航空航天工业的标志性特征，但二者所占分量却非始终一致。在动力飞行的早期阶段，主管当局通过了1926年《商业航空法案》，旨在降低当时甚高的航空事故发生率。石油危机爆发后，整个航空航天行业因投资不足而几近瘫痪，创新之势因而偃旗息鼓。航空航天业要想取得蓬勃发展，安全与创新必需齐头并进。

在航天领域，人们通过一种新方法，安全实施航天器的新兴技术，即基于模型的系统工程（MBSE）方法。此方法彻底改变了航天业的游戏规则，实现了高度集成系统开发，不仅让宇航员成功登上月球，同时也让乘客能够以更快的速度飞抵大西洋彼岸。数十年来，这一方法始终成效卓著，很多企业在此流程基础上扩展至数字世界，高效处理设计和图纸。但是，随着安全和创新的定义开始发生变化，传统MBSE方法的有效性日渐式微。

全新的行业

如今的航空航天创新并不是简单地对系统进行渐进式改善或优化引擎以获得更大的推力，而是彻底重塑飞机当前的面貌以及传统观念认为飞机应该呈现的面貌——全新的推进系统、全新的外形以及新型电子设备和软件的应用。与汽车行业所经历的自动驾驶和电气化变革相仿，这一转变正促使制造企业对其验证方式进行重新评估。如何测试软件系统的安全性？如何防止不同电气系统相互干扰？如何将这些系统与飞机上的大量机械系统进行连接？

与此同时，安全设计的范围也不断扩大，超越乘客、全体机务人员及地面工作人员。新的安全设计还包括地球环境的健康状况。无论是出于监管合规还是保持正面公众形象的需要，飞机变得越来越环保，进一步加剧了创新压力。电动引擎需要储能媒介，而蓄电池的能量密度远低于航空燃油，因此飞机设计必须更轻，且不得损害强度。在新型推进系统成为主流应用之前，即使是作为权宜之计的解决方案也必须实现重量方面的改进——以降低燃油消耗量，无论是出于成本考虑，抑或是迫于监管压力。

全新的工具集

对于航空航天工业而言，这并不预示着其终结，而是其推动进一步创新的潜在机遇，寻求新的推进方法、飞机设计和系统架构，以大幅降低排放。而且，这对航空航天工业而言并非是从未遇到过的新问题，在创新和安全之间寻求平衡一直是行业常态。现在，已经存在这方面的工具，能够以比以往更快的速度实现平衡——即数字化开发和基于模型的系统工程方法。基于文档的传统开发方法已不再行之有效，因为系统的复杂性大幅提高，若不实现数字工程，将需要更长的开发周期。

本次研讨会由FlightGlobal的Murdo Morrison担纲主持，特邀三位行业专家探讨航空航天工业的此次变革。Siemens Digital Industries Software航空航天和国防行业副总裁戴尔·塔特（Dale Tutt）、来自BAE系统公司的安迪·斯科菲尔德（Andy Schofield）和来自波音的保罗·尼瓦尔德（Paul Niewald）将共同探讨使用系统建模功能统筹规划项目的历史。三位专家就通过文档为中心的方法难以与数百家第三方供应商合作共建高度集成系统以及未来开发需要跨学科团队实现紧密协同以更快的速度打造最优产品等难题展开了讨论。

音频：探索超音速飞机设计中基于模型的系统工程

 

自协和式飞机于2003年停止运营以来，超音速飞机的发展之路历经坎坷崎岖，鲜有商用超音速飞机成功升空。由于飞行次数有限，因而极难向监管当局证明航空事故的发生率。自协和式飞机陨落以来，多家公司跃跃欲试，立志取而代之，包括Aerion Supersonic。但是，协和式飞机的实例表明，传统飞机开发过程已然远远不够——基于模型的系统工程与完整数字化双胞胎的组合才是解决之道。

观看网络研讨会回放视频，聆听Siemens Digital Industries Software航空航天和国防行业副总裁戴尔·塔特（Dale Tutt）与Enterprise Systems首席信息官兼执行副总裁比塞尔·史密斯（Bissell Smith）就基于模型的系统工程与数字化双胞胎如何加快飞机设计过程展开深入讨论。不过，在此我们将带您一览本次研讨会的主要学习内容。

如果真有传统飞机设计这一说法的话，其开发环境也非常复杂，涉及全球范围内的多家供应商；而超音速飞机设计的复杂性更胜一筹，因为可用来进行设计验证的飞行时间更短，同时所需面对的环境条件却更为苛刻。这通常会导致项目延误和进度重排，但通过基于模型的系统工程实现全集成开发之后，您便可以将此纳入从初步概念到持续维护阶段的整个项目计划表中。

除了借助于通过数字化双胞胎实现互连式开发流程之外，Aerion几乎在流程的每一阶段都会用到仿真功能，形式不拘一格，从验证单个零部件的可行性到让飞机在完全虚拟的环境下飞行等。仿真活动甚至扩展至人与系统的交互方式。由于当前的飞机仍处于早期开发阶段，因而目前尚局限于驾驶舱的人体工程学测试。但是未来，Aerion计划将此扩展至生产阶段，进行制造车间规划，并将之应用于新飞机研发。

无论在飞机中执行何种仿真或设计，最终都需要将之与数字化双胞胎进行关联。超音速飞机的再度崛起将打开全新的市场，监管当局必需知晓飞机的具体设计方式，方能进行适航性审定。如果发生事故，他们还需知道问题的源头——是软件、硬件供应商抑或是人为错误？基于这一可追溯性，Aerion能够更轻松地对设计加以改进。随着飞行时间的增加，飞行数据池也将不断扩大，进一步优化仿真功能，及早执行验证工作。

Aerion Supersonic的成功案例引人入胜，短短几段文字不足以尽述其妙。如果您对Aerion或其在Siemens Digital Industries Software的帮助下实施基于模型的系统工程方法的实践感兴趣，可阅读其客户案例或聆听播客——建造一架超音速飞机需要什么。

 

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