为什么 MBSE 对国防制造和运营的未来至关重要
航空航天和国防行业面临着越来越大的地缘政治压力，他们需要比以往任何时候都更快、更安全、更经济高效地交付复杂的高性能系统。为此，基于模型的系统工程 （MBSE） 作为管理现代工程复杂性的数字优先方法，已成为全球国防和航空航天项目的重要加速器。
数字工程起源于美国国防部的一项战略计划，其目标是通过共享的数字框架连接国防生态系统的所有组成部分，从政府和监管机构到主承包商、其供应商和制造商。此后，英国和澳大利亚等国家也采取了类似的策略。2024 年，澳大利亚推出了自己的数字工程标准，并受到了美国倡议的影响和基准。
这些框架强调四个基本支柱：数字孪生、数字线程、数字工件和数字模型。其中，由需求、结构、功能和架构表示组成的数字模型是 MBSE 的核心。它提供了一种共享语言和更一致且可追溯的“事实来源”，可增强多个工程学科之间的协作。
什么是 MBSE，为什么它很重要？
要了解 MBSE，首先必须掌握系统工程。系统工程是连接机械、电气、电子和软件工程等专业领域的跨学科保护伞。它确保系统的所有子系统和组件协调工作。
MBSE 更进一步。
MBSE 不依赖传统文档，而是通过集成模型捕获所有系统需求、设计和验证。这些模型不仅仅是可视化图表。它们是动态的、语义丰富的工件，支持数据驱动的决策、重用、验证、模拟和可追溯性。
范式转变对于实施 MBSE 至关重要。组织需要从基于文档的文化过渡到植根于数字模型的文化。这种转变增强了信息连续性和可追溯性，减少了因沟通不畅而导致的错误，并提高了设计迭代的速度和准确性。
为什么 MBSE 的采用在航空航天和国防领域至关重要
航空航天和国防是最早采用 MBSE 的行业之一。这些部门在所谓的“关键任务”空间中运行，系统故障可能导致对生命和财产的附带损害或危及国家安全。
国防和航空航天系统的复杂性呈指数级增长。在 20 世纪初，产品主要是机械产品。当今的系统与电子设备、软件以及越来越多的 AI 和自主功能集成在一起。这种演变带来了大量的接口，包括机械、电气、软件和网络，这些接口都需要精心管理。
使用基于文档的系统管理这种复杂性不仅会导致不准确，而且越来越不切实际。
MBSE 通过在统一的数字环境中组织、仿真和验证多个系统来提供可扩展的解决方案，具有明显的优势：更好的系统集成、早期错误检测、简化的合规性以及显著改善利益相关者之间的协作。
Dassault Systèmes 通过其 CATIA Magic 平台（以前称为 MagicDraw 或 Cameo）处于国防和航空航天行业采用 MBSE 的前沿。CATIA Magic 是市场上最符合标准的工具之一，支持 UML 和 SysML、UAF、UPDM、DoDAF、MoDAF 和 NAF 等框架。
多年来，CATIA Magic 一直被全球评为首选的行业解决方案。旨在复制这一成功的澳大利亚和东盟国家将从部署 CATIA Magic 中受益 — 不是作为强制性标准，而是作为首选解决方案。
MBSE 的主要优势
1. 管理复杂性：MBSE 擅长处理现代系统日益增长的复杂性。它提供了一种结构化的方式来对硬件和软件组件之间的接口和依赖关系进行建模，从而降低集成失败的风险。
2. 可追溯性和质量保证：需求的每一次变化都会通过 MBSE 自动传播到模型中。这允许在整个开发生命周期中进行实时影响分析和可追溯性，而静态文档很难管理这一点。
3. 增强的可重用性和成本效率：MBSE 通过模型库促进模块化设计和重用。组织可以创建可跨多个项目进行调整的标准化组件和设计模式，从而降低成本并缩短开发时间。它还支持产品线工程，使变体的开发更加高效。
4. 保护知识产权：在协作式数字生态系统中，知识产权保护至关重要。CATIA Magic 等 MBSE 平台提供对项目和模型访问的精细控制，包括数据标记和分类、过滤和基于 Web 的查看等功能，以防止未经授权访问敏感模型信息和受保护的 IP 资产。
5. 实现面向未来的功能：MBSE 支持集成机械、电气和软件领域的早期设计和架构建模。这可确保下游团队从共同的基线开始工作，从而减少从头开始的需要，并保持设计连续性，一直到制造，以便轻松支持未来的潜在创新。
6. 提高下游流程的投资回报：虽然 MBSE 可能会在早期设计阶段增加工作量，但它会显著减少下游在详细设计、实施、测试和支持方面的工作量。研究一致表明，在整个产品生命周期中实施 MBSE 会更加有效和高效。
采用 MBSE 的行业挑战
尽管有其优势，但采用 MBSE 并非没有障碍。最大的挑战在于转变组织思维方式和文化。习惯于处理文档的团队需要学习新的工具和方法。政府和公司都在投资于劳动力技能提升，以弥合这一差距。
另一个障碍涉及专有信息的保护。但是，CATIA Magic 等 MBSE 平台现在提供强大的信息或模型交换、访问控制的各种功能以及数据标记和分类机制，从而在不影响 IP 的情况下更轻松地进行协作。
从系统系统到制造和运营
在国防供应链中，MBSE 支持多层生态系统。顶部是定义任务级能力的政府机构。这些被转化为系统级需求（例如：战斗机或潜艇），然后由 OEM 和分包商进一步分解。最后，这些信息流向制造业。
MBSE 提供了一个统一的框架，支持从高级功能建模到详细的物理设计和制造再到作说明的整个层次结构。这种端到端的可追溯性确保了整个产品生命周期中的信息完整性。
随着航空航天和国防系统变得更加智能、互联和自主，传统的工程方法已不再足够。MBSE 现在是战略必需品。通过采用 MBSE，组织可以在速度、准确性和质量变得至关重要的复杂且高风险的开发环境中加速开发、提高质量、保护知识产权并确保为未来做好准备。
