10-大基建系统工程与数字孪生全攻略 | MBSE-基于模型的系统工程

MBSE即：Model Based System Engineering - 基于模型的系统工程，请注意：这里的模型指是广义上的数学或数据模型，不是塑料模型、也不仅仅是三维几何模型。MBSE的应用是正向研发创新的关键要素，可以实现对需求的连续迭代验证；同时也是解决行业痛点的破局之道，核工业等大型基础设施项目工期延误、成本超支和性能降低的普遍根源是复杂性，应用数据模型来代替静态文档可应对系统复杂性的剧增以及动态变化。

MBSE使用正规化、标准的模型语言，可以表达不同视角，综合不同观点并表达完整需求，同时精准表述语义、统一理解语义并跨多专业协作，最终建立可追溯性、传递需求分析以及变更影响分析，规避基于文档的传统业务流程的风险。在设计前期就对项目未来的可施工性、可操作性、经济平衡性以及核安全进行验证和优化，最大化地规避风险、降低成本并提升效率。

基于文档的传统业务流程

比较传统的按专业“分而治之”的思维，对于未来小型化、模块化的核电堆型（如：SMR、微堆）以及复杂民建、桥梁、跨海隧道等基础设施，其设计应采用“系统架构”思维，要从系统要解决什么问题的源头出发（即为什么做 - Why）,然后评估用哪些方案去满足需求（即做什么 - What）,接着考虑如何架构去满足方案（即怎么做 - How），在逐层迭代优化且设计相对固化的情况下去详细实施（即如何实现 - How to）。响应未来技术快速更迭，每一层都不受下一层的约束，同时注重前期仿真验证，进入详细设计前“一次把事情做好”，最终任何一个设计因素和变更都可以在全生命周期中保证对需求的可追溯性。

然而几乎没有一个业务流程是要等上游流程完全结束才开始的，现实中大部分流程执行都是高度平行的，以大型核电建设为例，基本都是边设计、边施工、边变更。而MBSE的应用则主要针对其上游系统逻辑架构和系统行为建模，实现系统早期仿真和高频迭代优化，以尽量减少后期变更的数量及影响范围。

1. MBSE是建模语言、建模方法和建模工具的集成应用：

如上文所述，MBSE所覆盖的业务范畴从概念到逻辑架构。有了顶层设计详尽的建模积累后脱离MBSE的范畴进入MBD（Model Based Design - 基于模型的设计），即在“解决域”的模型多次迭代、且设计相对固化的情况下进行三维详细设计，主要交付物为数字化功能与几何样机。

2021年6月MagicGrid进行了更新升级，将之前“行为柱”和“结构柱”的位置对调以便更适应建模流程；同时添加了安全性和可靠性这一全新“支柱”，此项对于注重核安全顶层设计与运行可靠性的核电新堆型正向研发有着十分重要的意义。以下为2021最新版本的MagicGrid与相对应的SysML框图详情：

2. 核电新型号的总体所或系统架构工程师，未来将毫无疑问地会对标航空航天的型号总师，应用“系统思维”替代“专业思维”，应用“模型和数据交互”替代“静态文档提资”，从个人到团队实现数字化、互联化的“赛博系统工程师”（Cyber-Systems Engineer）。其优势体现为:

3. 应用MBSE的研发团队与传统按专业划分的项目组织会有较大区别，其思考问题的方法和信息交互将以数据模型优先，未来的发展阶段和工作模式参考如下：

4. 其中基于单一数据源与国际标准的MBSE研发平台规划参考如下：