周 兵

(中國西南電子技術(shù)研究所，成都 610036)

1 引 言

自2007年國際系統(tǒng)工程協(xié)會(International Council on Systems Engineering，INCOSE)發(fā)起基于模型的系統(tǒng)工程(Model-based Systems Engineering，MBSE)倡議后，業(yè)界就開始不斷嘗試、探索并實踐從傳統(tǒng)上基于文檔的系統(tǒng)工程(Document-based Systems Engineering，DBSE)向基于模型的系統(tǒng)工程轉(zhuǎn)型之路。近年來，隨著人們越來越認(rèn)可MBSE在大型、復(fù)雜系統(tǒng)/產(chǎn)品全生命周期過程中的應(yīng)用潛力，MBSE開始在全球范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注。由于MBSE的重要性與日俱增，近年來系統(tǒng)工程界、工業(yè)界和工具界都開始探索更好的方法、手段和技術(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)全生命周期的模型管理[1-4]。目前，關(guān)于產(chǎn)品生命周期管理(Product Lifecycle Management，PLM)對模型管理的支持以及與MBSE的集成是國際系統(tǒng)工程界研究的熱門主題[5-7]。 INCOSE就模型管理專門成立了工具集成與模型生命周期管理工作組(Tools Interoperability and Model Lifecycle Management Working Group，TIMLM WG)，旨在從數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)層面上促成系統(tǒng)工程工具的集成和互操作，進(jìn)而為模型生命周期管理奠定良好的信息交互環(huán)境[8]。INCOSE德國分會PLM4MBSE工作組的研究主題也是PLM與MBSE的集成。它們認(rèn)為，傳統(tǒng)系統(tǒng)工程主要在產(chǎn)品開發(fā)的早期應(yīng)用，與后續(xù)的產(chǎn)品開發(fā)、制造和維護(hù)階段的PLM數(shù)據(jù)脫節(jié)，而模型在更大范圍的工程應(yīng)用需要將MBSE和PLM結(jié)合，在整個系統(tǒng)全生命周期內(nèi)實現(xiàn)基于模型的開發(fā)與管理，也就是基于模型的工程(Model-based Engineering，MBE)，這將是物聯(lián)網(wǎng)和“工業(yè)4.0”的“賦能器”[9]。當(dāng)前，大多MBSE最佳實踐活動都基于系統(tǒng)開發(fā)早期(即概念設(shè)計階段)開展，且對象管理組織(Object Management Group，OMG)的系統(tǒng)建模語言SysML已成為事實上的架構(gòu)模型描述標(biāo)準(zhǔn)被廣泛采用。但詳細(xì)設(shè)計階段，各專業(yè)領(lǐng)域所用的具體工具不盡相同，有產(chǎn)品生命周期管理、應(yīng)用生命周期管理(Application Lifecycle Management，ALM)、需求管理、仿真環(huán)境、項目管理、計算機輔助設(shè)計(Computer Aided Design，CAD)、計算機輔助工程(Computer Aided Engineering，CAE)、電子自動化設(shè)計(Electronics Design Automation，EDA)等。

本文介紹了支持MBSE的模型生命周期管理(Model Lifecycle Management，MLM)的相關(guān)概念與關(guān)系，分析了3類典型企業(yè)信息管理系統(tǒng)現(xiàn)狀并提出了解決方案，通過分析給出了幾點啟示與建議，可為企業(yè)信息管理系統(tǒng)更好地支持MBSE提供思路。

2 模型管理與MBSE、PLM的關(guān)系

2.1 模型與模型管理的概念

“模型”是指對某個實際問題或客觀事物、規(guī)律進(jìn)行抽象后的一種形式化表達(dá)方式。在系統(tǒng)工程領(lǐng)域，“模型”就是使用可以被模型創(chuàng)建者及模型使用者充分理解的建模語言所表達(dá)的某一“事物”[10]。每個模型可以表達(dá)系統(tǒng)不同方面(如系統(tǒng)架構(gòu)、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及性能分析等)的信息。用同樣的建模語言來表達(dá)某一對象的過程就稱為建模。

模型生命周期管理指在整個系統(tǒng)開發(fā)生命周期內(nèi)，對建模支持工具和模型庫內(nèi)的異構(gòu)模型的創(chuàng)建、讀取、更新和刪除(Create,Retrieve,Update,Delete，CRUD)操作保持同步的管理過程，通過對模型配置項的管理來實現(xiàn)，具體包括模型版本、變體(variant)、配置和基線、仿真分析結(jié)果以及分布在不同地理位置的多個用戶所使用的工具。此外， MLM還包括對與模型、工具和分析結(jié)果(包括誰更改了模型、更改的內(nèi)容、時間和原因)相關(guān)的所有元數(shù)據(jù)以及與模型應(yīng)用情況有關(guān)的信息進(jìn)行管理。模型生命周期管理系統(tǒng)(Model Lifecycle Management System，MLMS)是實施模型生命周期管理過程的一組要素，包括人員、硬件、軟件、數(shù)據(jù)和過程[10]。

2.2 模型管理與MBSE、PLM的關(guān)系

MLM要解決的問題是建模信息隨時間的同步，以確保被建模系統(tǒng)全生命周期內(nèi)的模型一致性。首先，MLM必須支持不同用戶開發(fā)的不同類型模型，這些模型通常分布在不同地方，并且使用不同的開發(fā)工具。其次，從模型得出的其他信息(例如分析結(jié)果和模型查詢結(jié)果)必須與生成這些信息的模型保持同步。最后，必須考慮到對產(chǎn)品簇和系統(tǒng)變體的模型管理，這些模型之間有大量共性的方面，只需要增加一些特定功能就可以滿足不同客戶的不同需求。

作為模型管理系統(tǒng)所要管理的對象，模型的概念和基于模型的設(shè)計方法實際上在嵌入式軟件、電子、機械與測試工程領(lǐng)域已應(yīng)用多年，只是各自獨立設(shè)計、單獨管理，相互之間很少產(chǎn)生信息交互關(guān)系。而隨著現(xiàn)代信息物理系統(tǒng)越來越呈現(xiàn)高度集成、融合的多學(xué)科特點，其復(fù)雜度和性能要求越來越高。與此同時，企業(yè)所面對的業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)越來越嚴(yán)峻，如更短的上市時間、嚴(yán)格的安全性要求、更高的質(zhì)量要求以及更加嚴(yán)苛的合規(guī)性等。這些因素驅(qū)使工程領(lǐng)域的創(chuàng)新者們開始考慮在系統(tǒng)設(shè)計中使用建模、抽象和多學(xué)科分析技術(shù)，構(gòu)建對系統(tǒng)定義的共同理解并利用模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)系統(tǒng)工程中的文檔作為系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)和主要工件，實現(xiàn)系統(tǒng)級的多學(xué)科協(xié)同設(shè)計，于是便出現(xiàn)了MBSE概念。

“模型”是MBSE的核心所在，每個模型可以表達(dá)系統(tǒng)不同方面(如系統(tǒng)架構(gòu)、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及性能分析等)的信息。如今，隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的不斷提高以及全球市場需求的多樣性，人們越來越認(rèn)識到MBSE在系統(tǒng)全生命周期中的應(yīng)用潛力。為了充分發(fā)揮MBSE的作用與潛力，需要將系統(tǒng)建模和MBSE作為基于模型的大型工程項目的必要組成部分，并與系統(tǒng)生命周期中其他工程學(xué)科模型和建模活動有機結(jié)合。這就對模型生命周期管理提出了迫切的需求。

在整個產(chǎn)品生命周期中，將概念設(shè)計直到產(chǎn)品回收期間所產(chǎn)生的信息都在一個通用環(huán)境中進(jìn)行管理是基本的要求，但是，MBSE方法和工具本身并不具備模型管理能力。就現(xiàn)今的PLM系統(tǒng)而言，也沒有實現(xiàn)這樣的要求，它只是對來自于機械、電氣和軟件工程領(lǐng)域的不同工作成果進(jìn)行管理，并且這些成果在邏輯上也沒有建立任何依存關(guān)系。盡管PLM系統(tǒng)聲稱是現(xiàn)代跨學(xué)科虛擬產(chǎn)品開發(fā)的支柱，但事實上它對非機械領(lǐng)域或跨學(xué)科開發(fā)的支持力度仍然較弱。于是業(yè)界提出，需要PLM系統(tǒng)能夠?qū)a(chǎn)品整體視為一個多學(xué)科系統(tǒng)，提供對MBSE結(jié)構(gòu)和工件(artifact)的管理。今后，PLM系統(tǒng)也要從以文檔為中心向邏輯上互連的工件轉(zhuǎn)變[9-11]。

MBSE與PLM的關(guān)系如圖1[12]所示。

圖1 MBSE與PLM的關(guān)系Fig.1 Relationship between MBSE and PLM

3 當(dāng)前企業(yè)信息管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

根據(jù)目前大型工業(yè)企業(yè)MBSE實踐的經(jīng)驗，為了實現(xiàn)貫穿系統(tǒng)全生命周期的多學(xué)科無縫追蹤追溯[13-14]，最關(guān)鍵也最有挑戰(zhàn)的就是對各類、各種模型的全生命周期管理。多年的實踐表明，盡管目前的MBSE實踐可以通過具有含義的模型來表達(dá)系統(tǒng)或產(chǎn)品的功能架構(gòu)，實現(xiàn)基于模型的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，但缺乏對整個系統(tǒng)生命周期各類模型進(jìn)行管理的能力和手段。這也是MBSE當(dāng)前實踐大多停留在系統(tǒng)概念階段且僅在部分大型工業(yè)企業(yè)展開而沒有被大規(guī)模采用的主要原因之一。

MLM涵蓋廣泛的模型和工件，需要解決管理、業(yè)務(wù)、可用性、功能性和性能各方面的問題，而各企業(yè)的現(xiàn)狀及部署MLMS時所面臨的挑戰(zhàn)和需要解決的重點也各不相同。本節(jié)將對產(chǎn)品開發(fā)生命周期中采用了MBSE技術(shù)的3類企業(yè)的信息管理系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)。

3.1 大型復(fù)雜消費品產(chǎn)品線制造商

這類企業(yè)的特點是有大量可選的產(chǎn)品變體和軟件驅(qū)動的特征(如“大規(guī)模可定制”機電一體化產(chǎn)品)，在設(shè)計和構(gòu)建這類復(fù)雜產(chǎn)品線中模型發(fā)揮著越來越重要的作用。系統(tǒng)級模型正成為將軟件和硬件設(shè)計工件結(jié)合在一起的“粘合劑”，為產(chǎn)品線定義奠定基礎(chǔ)。在產(chǎn)品線工程中，通過將模型元素與支持各種變體配置的模型連接關(guān)系進(jìn)行組合，可快速實現(xiàn)滿足一系列要求的設(shè)計與制造。

這類產(chǎn)品的實現(xiàn)中，越來越多地通過自動代碼生成或模型驅(qū)動的制造系統(tǒng)將模型直接轉(zhuǎn)化為實際的軟件或硬件組件。因此，要求模型必須能體現(xiàn)產(chǎn)品可變性的多個維度，而模型管理系統(tǒng)需要提供相應(yīng)的支持。

在這類企業(yè)中，現(xiàn)有的信息管理系統(tǒng)的支持能力如下：首先，目前所用的大多數(shù)PLM系統(tǒng)具備對產(chǎn)品變體的管理能力，但它們與建模工具的集成度有限，這主要是由于缺乏支持這種集成的標(biāo)準(zhǔn)以及明確的建模語言；其次，從產(chǎn)品變體的角度看，由于PLM系統(tǒng)的前身是擅長處理復(fù)雜CAD數(shù)據(jù)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Data Management ，PDM)系統(tǒng)，因此PLM系統(tǒng)對軟件和系統(tǒng)級模型的支持度比對CAD模型的支持要弱；最后，盡管ALM系統(tǒng)也開始具備產(chǎn)品線能力，但ALM系統(tǒng)采取以軟件為中心的視角解決問題，一直無法與硬件或系統(tǒng)設(shè)計方法相匹配。

綜上所述，目前，這類企業(yè)的信息管理系統(tǒng)對系統(tǒng)級模型的管理缺乏有效的工具來支持。在這種復(fù)雜產(chǎn)品線工程中，手動方式和其他有效的模型變體配置方法已達(dá)到其應(yīng)用極限，如果不具備強大的模型管理能力，則難以在整個產(chǎn)品線生命周期內(nèi)的任意時刻快速獲取所有模型的正確配置，來執(zhí)行某個產(chǎn)品變體的大規(guī)模設(shè)計、仿真與制造。

3.2 大型復(fù)雜防務(wù)系統(tǒng)集成商

這類企業(yè)的特點是關(guān)注模型管理中建模工具的集成和上下游的協(xié)作問題，希望通過協(xié)作的方式對實物系統(tǒng)的集成功能和性能進(jìn)行虛擬化驗證。這兩個方面的實現(xiàn)都和基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的廣泛應(yīng)用有關(guān)。

在建模工具集成方面，企業(yè)當(dāng)前的主要困境在于如何對各類工具作出正確的投資選擇。為了做出更好的投資決策模型，需要對未來的能力和未來的成本作出準(zhǔn)確預(yù)測。只有各類標(biāo)準(zhǔn)越來越全面且被廣泛認(rèn)可，且行業(yè)成員對模型的未來應(yīng)用越來越有信心后，才能決定在最合適的工具上增加投資。

而良好的協(xié)作也與標(biāo)準(zhǔn)化程度有關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)化程度越高，協(xié)作可能性越強。例如，與建模實踐、模型架構(gòu)(model schemas)、模型質(zhì)量檢查規(guī)則等相關(guān)的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)是組織內(nèi)協(xié)作的第一步。隨著各類標(biāo)準(zhǔn)被各公司及其客戶和供應(yīng)鏈采用，為系統(tǒng)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步協(xié)作奠定了能力基礎(chǔ)。在認(rèn)識到標(biāo)準(zhǔn)的重要性后，必須對繼續(xù)使用目前不完善標(biāo)準(zhǔn)的成本和采用新標(biāo)準(zhǔn)的價值不斷地進(jìn)行對比評估，綜合權(quán)衡后再作出實施決策。

這類企業(yè)實施模型管理首先需要對納入管理范圍的模型的類型、控制范圍以及管理方法進(jìn)行明確和規(guī)范，進(jìn)而選擇可以解決核心問題的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)加以實踐。在這一過程中，為了獲取更大的市場份額，供應(yīng)商會傾向于推廣其所用的標(biāo)準(zhǔn)，但它并不一定做好了隨時應(yīng)對系統(tǒng)真實部署的準(zhǔn)備，最終還是要靠企業(yè)自身多加實踐。

3.3 大型航空航天、防務(wù)、安全系統(tǒng)制造商

這類企業(yè)的特點是通常采用多種建模工具來解決系統(tǒng)模型不同方面的問題，包括UML或SysML工具、分析工具、數(shù)據(jù)管理工具以及其他支持工具(如源代碼管理工具、缺陷管理工具、工作流程工具和需求管理工具)。但這些特定建模工具自身不具備版本控制機制，而是通過提供與多種配置管理工具的接口來實現(xiàn)模型管理。由于模型庫本身是一組文件，因此，這種方式是可行的。

對于系統(tǒng)模型，企業(yè)利用SysML建模工具創(chuàng)建系統(tǒng)模型，并將物理模型存儲為一組文件，每個文件代表一個配置項，文件的顆粒度可以通過建模工具的屬性來配置，通常會規(guī)定“包”級別的配置項顆粒度。在軟件開發(fā)時，可以在更低級別上(例如對象類)開展工作。在規(guī)定配置項級別后，需要確定文件系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)?？梢赃x擇一個分層級的文件系統(tǒng)來存儲物理模型，層級關(guān)系反映邏輯模型的包層次結(jié)構(gòu)；也可以選擇扁平化的文件系統(tǒng)，其中，無論邏輯模型采用哪種包結(jié)構(gòu)，配置項都存儲在同一個目錄中。

目前，這類企業(yè)的做法是以一種盡量減少并行檢出需求的方式組織這些配置項，以最大限度減少模型合并的需求。此外，這類企業(yè)希望模型管理系統(tǒng)能提供全面的需求追蹤追溯能力，而需求通常位于單獨的需求管理工具中，因此，還必須解決需求條目與模型內(nèi)容間的同步。

4 支持MBSE的企業(yè)信息管理系統(tǒng)解決方案與技術(shù)方向

4.1 模型存儲機制解決方案

4.1.1多個本地存儲庫方法

這種方法是默認(rèn)的，也是模型管理中最常見的方法。在該方法中，單個團隊或者集團/組織內(nèi)部多個團隊的成員通過個人計算機或共享驅(qū)動器的文件系統(tǒng)來存儲他們開發(fā)的模型。許多情況下，邏輯存儲庫和物理存儲庫是相同的，都是本地存儲區(qū)的一部分。

這種方法通常沒有正式的版本控制，對模型歷史的跟蹤通過識別模型文件上的時間戳變化來實現(xiàn)；即使應(yīng)用了正式的版本控制，執(zhí)行過程也可能是高度手動的，不容易被完全遵守。這種方法利用電子郵件或共享驅(qū)動器通過文件傳輸實現(xiàn)團隊內(nèi)部和團隊之間的模型共享，模型更新后僅作臨時性通知或根本不進(jìn)行通知，對設(shè)計模型與分析模型或相應(yīng)的分析結(jié)果之間的跟蹤有限。

對于那些不太需要模型管理的系統(tǒng)模型，可將多個本地存儲庫方法與其他方法結(jié)合使用。例如，可以通過多個版本控制模型庫控制設(shè)計模型，但并不覆蓋分析模型(或模型分析結(jié)果)。

4.1.2單個版本控制的模型庫方法

在該方法中，團隊或者組織選擇具有正式版本控制的單一存儲庫來管理所有不同類型的模型，如需求、架構(gòu)、CAD、CAE、軟件、部件庫等。這意味著，單個物理模型庫可能被映射到為多個團隊、項目或工程領(lǐng)域服務(wù)的多個邏輯存儲庫。

在大多數(shù)現(xiàn)代企業(yè)中，由于產(chǎn)品開發(fā)涉及多學(xué)科設(shè)計工件，通常，每類存儲庫用于管理特定類型的模型，如用于CAD、CAE和物料清單(Bill of Material，BOM)的PLM系統(tǒng)、用于軟件代碼的源代碼管理系統(tǒng)、用于大量實例數(shù)據(jù)集合的數(shù)據(jù)庫、用于供應(yīng)鏈信息的企業(yè)資源規(guī)劃(Enterprise Resource Planning，ERP)系統(tǒng)等。因此，普遍認(rèn)為將所有信息都整合到一個單一存儲庫很難實現(xiàn)。

4.1.3多個版本控制的模型庫方法

與單個版本控制模型庫方法相比，該方法為模型管理提供了一個更好的機制。它允許不同的工程團隊選擇最適合的工具和存儲庫來管理其模型。每個存儲庫都提供正式版本控制，大多數(shù)企業(yè)都有多個版本控制的存儲庫。

盡管采用這種方法可以更容易管理單個系統(tǒng)模型，但在模型同步、通知和可追溯性方面則面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。由于各種模型被獨立管理，因此，需要一種能實現(xiàn)對多個分布式模型資源的鏈接、跟蹤、監(jiān)視與報告的技術(shù)手段。

4.2 模型治理和安全解決方案

許多現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境需要嚴(yán)格的安全性考慮。雖然在軍事和防務(wù)應(yīng)用中，這是一個顯而易見的要求，但隨著知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)成為備受關(guān)注的問題，現(xiàn)代消費電子產(chǎn)品、汽車、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域?qū)Π踩砸蔡岢隽送瑯拥囊蟆ｋm然模型生命周期管理系統(tǒng)通常位于由適當(dāng)授權(quán)/認(rèn)證機制(例如輕量級目錄訪問協(xié)議)保護(hù)的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)中，但并不足以實現(xiàn)有效的MLM治理。模型生命周期管理系統(tǒng)需要在不同顆粒度等級上管理模型安全性和訪問權(quán)限，因此，除了企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)安全模型之外，還需要其他機制。

在模型治理與安全性方面，當(dāng)前的解決措施如下[10]：

(1)無安全措施

單個用戶擁有所有權(quán)限和內(nèi)容，對于周期短的小型項目而言，這種方式是可以接受的，但個體會成為模型或模型配置項更新和管理的瓶頸。

(2)OS認(rèn)證

多用戶OS訪問限制，內(nèi)容無歸屬。對于小型靜態(tài)團隊來說，如果建立并遵循程序化的模型治理機制，那么，這種方式是可接受的，但對變更的不完整跟蹤會導(dǎo)致變更原因總被質(zhì)疑。在團隊構(gòu)成不斷變化的情況下，缺乏獨立分配的訪問控制會給信息安全保證帶來風(fēng)險。

(3)輕量級目錄訪問協(xié)議(Lightweight Directory Access Protocol，LDAP)

由外部服務(wù)器管理用戶和訪問，內(nèi)容無歸屬。由于這種方法提供了更好的機制來限制授權(quán)用戶的訪問，因此，它比前一種方式稍好些，但該方法仍然需要程序化的模型治理機制。

(4)內(nèi)容變更管理

配置管理系統(tǒng)會對提交歷史版本的人員進(jìn)行跟蹤，但原子級操作不具名。這種方法中模型配置項變更記錄的顆粒度更大，對先前方法有了更好的改進(jìn)。對于人員構(gòu)成會隨時間變化的大型多學(xué)科團隊而言，這種方法是必要的。

(5)需要認(rèn)證的基于角色的訪問

原子級操作具名(Atomic-level Attributability)。原子級的訪問控制、變更控制和具名可以實現(xiàn)最精確且可追蹤的模型管理系統(tǒng)，它允許以不同的模型元素顆粒度等級實現(xiàn)完整的模型安全。這種方法被認(rèn)為是最先進(jìn)的模型生命周期管理系統(tǒng)安全模型，但實際上，目前很少有系統(tǒng)能對此提供支持。

4.3 實現(xiàn)異構(gòu)模型通信的新技術(shù)方向

由于現(xiàn)有的解決方案并不能完全滿足MLM的要求，各種可實現(xiàn)異構(gòu)模型通信的新技術(shù)應(yīng)用而生，這些技術(shù)可以分為如下3類：

(1)語言和數(shù)據(jù)表示

這一類技術(shù)為在異構(gòu)工具和存儲庫中實現(xiàn)數(shù)據(jù)表示和通信的基礎(chǔ)技術(shù)，包括數(shù)據(jù)表示語言，如XML、JSON、RDF、EXPRESS；數(shù)據(jù)操作/編程語言，如Java、C++和Python；數(shù)據(jù)通信語言和協(xié)議，如SOAP、WSDL和REST。通常，一個建模/仿真工具以及模型庫會支持一種或多種語言，以實現(xiàn)它們所管理的信息/模型間的交互。

(2)信息模式與本體

這一類技術(shù)包括基于標(biāo)準(zhǔn)的以及針對特定工具的信息模式(或本體)，為工具所管理的模型提供語義。本體可用于表達(dá)廣泛的系統(tǒng)/產(chǎn)品，如用于描述系統(tǒng)或體系架構(gòu)的SysML/UPDM標(biāo)準(zhǔn)；特定的產(chǎn)品系列，如分別用于表達(dá)機械和機電產(chǎn)品系列的10303(STEP)AP203和AP210標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)品信息的特定方面，如用于表達(dá)基于方程的行為模型的Modelica、用于表達(dá)產(chǎn)品幾何結(jié)構(gòu)/拓?fù)涞腟TEP Part 42、用于表達(dá)需求的STEP AP233和需求交換格式RIF或ReqIF、用于表示動態(tài)仿真模型的功能樣機接口(Functional Mock-up Interface，F(xiàn)MI)以及用于表達(dá)全生命周期信息的PLCS(Product Life Cycle Support)和生命周期協(xié)作開放服務(wù)(Open Services for Lifecycle Collaboration，OSLC)等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

(3)工具和特定存儲庫接口

這一類技術(shù)包括適用于建模/仿真工具和存儲庫的各種應(yīng)用程序編程接口(Application Programming Interface，API)。由API提供連接、查詢和導(dǎo)入/導(dǎo)出模型和模型要素的服務(wù)。API基于某種語言和方法開發(fā)(如上述第一類技術(shù))，并且可以支持開放式標(biāo)準(zhǔn)(如上所述第二類技術(shù))以滿足不同等級的一致性要求。這類API接口示例包括用于Teamcenter的SOA API[15]和用于Windchill PLM系統(tǒng)的Info*Engine API、STEP模型綁定的通信語言Java和C++ SDAI等。

在上述現(xiàn)有解決方案和新興技術(shù)中，對MLM而言，目前最緊迫的是缺乏可以與商用現(xiàn)貨建模和仿真工具及存儲庫實現(xiàn)信息交互的完整的API或標(biāo)準(zhǔn)的/自定義的元模型。

5 啟示與建議

MLM的實現(xiàn)是一個宏大而寬泛的課題，它對企業(yè)采用MBSE作為主流系統(tǒng)工程實踐而言至關(guān)重要。隨著現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計中MBSE實踐的不斷推進(jìn)，模型生命周期管理系統(tǒng)將成為端到端設(shè)計和開發(fā)工具鏈的重要組成部分。與數(shù)據(jù)庫、源代碼配置管理、產(chǎn)品生命周期管理以及企業(yè)內(nèi)容管理一樣，模型生命周期管理系統(tǒng)也將被企業(yè)視為一項“必須具備的”能力。

5.1 基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)工具鏈集成

工具鏈集成是模型生命周期管理的一部分。研發(fā)生產(chǎn)中各類IT基礎(chǔ)設(shè)施的互操作是實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字化開發(fā)的關(guān)鍵。為了確保工具的互操作性并避免供應(yīng)商的封鎖，這些工具必須基于國際認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)。如面向服務(wù)的架構(gòu)(Service-oriented Architecture，SOA)已經(jīng)展現(xiàn)出其通過工具鏈集成整合部分IT解決方案的潛力，而生命周期協(xié)作開放服務(wù)已被許多供應(yīng)商支持，用于實現(xiàn)工具的集成。

5.2 確保PLM與其他學(xué)科專用管理系統(tǒng)的互通和協(xié)作

盡管PLM有望成為跨學(xué)科產(chǎn)品管理的支柱，但它無法取代各學(xué)科專用的管理系統(tǒng)(如ALM)。因此，必須確保PLM和這些專用系統(tǒng)的互通和協(xié)作。目前，這類相似系統(tǒng)都在試圖整合彼此的功能，它門的共存對IT系統(tǒng)間的互操作性提出了更高的要求。因此，在異構(gòu)IT環(huán)境下，強烈需要對聯(lián)邦式系統(tǒng)方法提供支持。這意味著，要盡量通過各類專用的IT解決方案(如PLM、ALM、ERP)之間的協(xié)作、互通來共同完成跨學(xué)科的產(chǎn)品生命周期管理，而不是試圖將其他系統(tǒng)的解決方案都整合到某一個系統(tǒng)中。

5.3 需要進(jìn)行深刻的組織變革

為了在組織內(nèi)實現(xiàn)基于模型的工程，除了新工具和方法外，還需要進(jìn)行深刻的組織變革。迄今為止，在開發(fā)團隊中還沒有系統(tǒng)工程師角色的企業(yè)不僅需要聘請一些具備這一技能的人員，而且還需要確定新的角色和職責(zé)。ISO/IEC 15288為此提供了一個很好的指導(dǎo)：建立所謂的“集成產(chǎn)品開發(fā)團隊”(Integrated Product Development Team，IPDT)，在該團隊中，系統(tǒng)架構(gòu)師負(fù)責(zé)系統(tǒng)總體概念設(shè)計，同時協(xié)調(diào)其他開發(fā)團隊。但與任何其他基本的組織變革相同，從傳統(tǒng)泰勒型組織向這種協(xié)同式的系統(tǒng)工程轉(zhuǎn)變相當(dāng)困難。因此，必須做好充分的準(zhǔn)備和支持，而通常中間過程會花費相當(dāng)長的時間。

6 結(jié) 語

MLM當(dāng)前所面臨的各種挑戰(zhàn)需要通過企業(yè)內(nèi)部甚至業(yè)界的共同努力來解決。在這一過程中，企業(yè)信息管理系統(tǒng)建設(shè)需要充分利用相鄰領(lǐng)域(例如配置管理、產(chǎn)品生命周期管理和企業(yè)內(nèi)容管理)的當(dāng)前實踐和主題專家的經(jīng)驗，消化吸收、避免錯誤，加速推進(jìn)MLM的實現(xiàn)。隨著企業(yè)信息管理系統(tǒng)對MBSE的支持能力不斷提高，更多的企業(yè)將愿意采用MBSE作為企業(yè)級的最佳實踐，進(jìn)一步形成良好的MBSE生態(tài)環(huán)境，從而大力提升大型復(fù)雜系統(tǒng)的研發(fā)效率[16-17]。