基于模型的系统工程(MBSE)正成为高端复杂装备制造业数字化转型的重要使能技术与工具。本书是一本关于MBSE建模技术与模型驱动技术的专著。本书在介绍MBSE建模语言、方法与工具等基础建模知识的基础上，对模型驱动相关技术进行探索，建立面向行业的领域元模型（领域建模语言）的构建方法，探索自顶向下的模型驱动正向设计策略，这是一个模型驱动设计自动化的全新探索。另外，本书还以模型驱动为基础，提出装备系统设计方案如何与系统仿真、下游各学科专业详细设计、系统优化等进行集成的方法，为 MBSE真正落地实施、消除MBSE所带来的新信息孤岛提供解决方案。

更多科学出版社服务，请扫码获取。

1988.9~1992.7：中国矿业大学机械工程学系机械制造及其自动化专业，本科 1992.9~1995.7：浙江大学机械工程学系机械制造及其自动化专业，硕士 1997.9~2000.9：浙江大学机械工程学系机械制造及其自动化专业，博士1995.7~1997.7：浙江大学机械厂（外派澳门贺田工业有限公司），产品工程师 2000.10~2002.9：浙江大学CAD&CG国家重点实验室，博士后 2002.10~2003.4：香港城市大学机械工程与工程管理系，博士后 2003.4~至今：浙江大学副研究员、教授、博士生导师Yue Cao, Yusheng Liu*, Xiaoping Ye, Jianjun Zhao, Su Gao. Software-physical synergetic design methodology of mechatronic systems based on formal functional models. Research in Engineering Design, 2020, 31(2), 235-255美国机械工程师学会会刊JCISE副主编 中核集团MBSE专家 军委装备发展部载人登月MBSE专家

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 系统工程概述 1
1.1.1 系统工程的起源与定义 1
1.1.2 系统工程的观点 3
1.1.3 系统工程的过程模型 6
1.2 基于模型的系统工程 9
1.2.1 MBSE的产生 9
1.2.2 MBSE的作用与优势 11
1.2.3 MBSE外延与内涵的理解 13
1.3 小结 17
第2章 需求图 18
2.1 引言 18
2.2 需求图的表示 19
2.2.1 概述 19
2.2.2 需求及需求关系类型 19
2.2.3 需求相关依赖关系的表示 22
2.2.4 需求图与传统条目化需求间关系 22
2.3 小结 23
第3章 行为图 25
3.1 用例图 25
3.1.1 概述 25
3.1.2 用例图基本元素 26
3.1.3 用例图基本元素关系 27
3.1.4 用例的发现方法与过程 29
3.1.5 小结 29
3.2 活动图 30
3.2.1 概述 30
3.2.2 活动图基本建模元素 30
3.2.3 活动图高级建模元素 37
3.2.4 小结 40
3.3 序列图 40
3.3.1 概述 40
3.3.2 序列图基本建模元素 41
3.3.3 序列图高级建模元素 45
3.3.4 小结 50
3.4 状态机图 50
3.4.1 概述 50
3.4.2 状态机图建模元素 51
3.4.3 小结 59
第4章 结构图 61
4.1 模块定义图 61
4.1.1 概述 61
4.1.2 模块的结构属性 62
4.1.3 行为特性 65
4.1.4 模块间的关系 66
4.1.5 小结 68
4.2 内部模块图 68
4.2.1 概述 68
4.2.2 连接器 69
4.2.3 嵌套属性 71
4.2.4 条目流 73
4.2.5 小结 74
4.3 参数图 74
4.3.1 概述 74
4.3.2 约束模块 74
4.3.3 约束属性 77
4.3.4 绑定连接器 78
4.3.5 应用场景示例 78
4.3.6 小结 82
4.4 包图 82
4.4.1 概述 82
4.4.2 包的特征描述 83
4.4.3 包的关系 85
4.4.4 视图与视点 87
4.4.5 小结 88
第5章 领域元模型 90
5.1 引言 90
5.2 领域元模型构建方法 91
5.2.1 领域本体抽取 92
5.2.2 抽象语法构建 92
5.2.3 具体语法构建 93
5.2.4 语义描述 94
5.3 领域元模型构建的实例分析 94
5.4 基于领域元模型的建模分析 99
5.4.1 任务愿景模型 99
5.4.2 任务概念设计模型 101
5.4.3 任务框架定义模型 101
5.5 小结 103
第6章 MBSE建模方法 104
6.1 引言 104
6.2 OOSEM 104
6.2.1 OOSEM开发流程与开发活动 105
6.2.2 OOSEM活动详述 106
6.3 Harmony-SE方法 114
6.3.1 需求分析 115
6.3.2 功能分析 116
6.3.3 设计综合 117
6.4 状态分析法 118
6.5 RUP-SE方法 120
6.5.1 RUP-SE方法概述 120
6.5.2 RUP-SE方法模型架构 122
6.6 并行建模方法 124
6.6.1 并行建模方法概述 124
6.6.2 并行建模方法建模过程 125
6.7 OPM方法 128
6.7.1 OPM方法概述 128
6.7.2 OPM方法的特性 129
6.8 SYSMOD方法 131
6.8.1 SYSMOD方法需求分析过程概述 131
6.8.2 SYSMOD方法设计过程概述 135
6.9 小结 136
第7章 MBSE 建模工具介绍 137
7.1 引言 137
7.2 Enterprise Architect 137
7.2.1 建模、管理和跟踪需求 138
7.2.2 复杂性管理 139
7.2.3 系统工程和仿真 139
7.2.4 业务流程建模 140
7.3 Cameo Systems Modeler 141
7.3.1 需求建模及需求工具集成 141
7.3.2 团队协同工作 141
7.3.3 体系建模 142
7.3.4 与其他产品的集成 143
7.3.5 其他辅助功能 143
7.4 M-Design 144
7.4.1 基础建模功能 145
7.4.2 高级建模功能 147
7.4.3 协同建模功能 148
7.4.4 生态协作与集成功能 149
7.5 小结 152
第8章 模型驱动的多学科功能自动分解 153
8.1 引言 153
8.2 基于本体的产品功能语义建模表示 154
8.2.1 功能语义本体构建 154
8.2.2 基于SysML的功能建模 162
8.3 基于本体语义推理的自动功能分解 169
8.3.1 基于输入输出流语义的任务分解 169
8.3.2 基于功能语义的原理解查找 174
8.3.3 基于因果语义的功能原理分解 177
8.4 实例分析 181
8.4.1 总功能建模表示 181
8.4.2 自动分解过程 181
8.5 小结 188
第9章 模型驱动的逻辑架构自动生成和多指标评价 189
9.1 引言 189
9.2 基于统一知识模型的功能-组件映射 190
9.2.1 统一知识模型 191
9.2.2 功能-组件映射 195
9.2.3 组件的合适度 198
9.3 基于动态规划的组件组合 199
9.3.1 组件兼容性建模 200
9.3.2 基于动态规划的组件组合方法 200
9.4 系统逻辑架构生成及多指标评价 203
9.4.1 基于TOPSIS进行组件集的评价 203
9.4.2 基于TOPSIS的组件布局方案的评价 206
9.5 案例分析 207
9.5.1 统一知识模型 207
9.5.2 功能-组件映射 210
9.5.3 组件组合 210
9.5.4 逻辑架构的生成和评价 214
9.6 小结 216
第10章 模型驱动的系统设计与系统仿真集成 218
10.1 引言 218
10.2 系统设计模型 220
10.2.1 统一行为建模语言概述 221
10.2.2 混合行为建模 222
10.2.3 多域统一建模 227
10.3 系统仿真模型 235
10.3.1 仿真分析工具简介 235
10.3.2 系统仿真元模型 236
10.3.3 仿真补充模型 241
10.4 基于TGG的系统设计与仿真模型集成 244
10.4.1 TGG概述 244
10.4.2 TGG模式与规则 245
10.4.3 集成框架 248
10.5 实例分析 249
10.5.1 倒立摆系统简介 249
10.5.2 基于UBML的倒立摆系统建模 250
10.5.3 基于SysML的仿真建模 254
10.5.4 模型转换 256
10.5.5 Simulink仿真模型及仿真结果 256
10.6 小结 258
第11章 模型驱动的系统设计与详细设计集成 259
11.1 引言 259
11.2 基于SysML的几何信息建模方法 259
11.2.1 零件几何信息建模 260
11.2.2 约束建模 262
11.3 基于TGG的模型转换 263
11.3.1 元模型定义 263
11.3.2 转换 265
11.3.3 集成框架 266
11.4 详细模型生成 267
11.4.1 零件模型生成 268
11.4.2 装配模型生成 270
11.5 案例分析 273
11.5.1 系统结构建模 274
11.5.2 模型转换 277
11.5.3 详细模型生成 278
11.6 小结 281
第12章 模型驱动的系统设计与系统优化集成 283
12.1 引言 283
12.2 基于模式的系统设计与优化集成平台介绍 284
12.2.1 模式 284
12.2.2 基于模式的集成方法流程 285
12.3 系统概念设计阶段的优化问题形式化 287
12.3.1 基于SysML的优化问题扩展包 287
12.3.2 复杂系统的语义信息详述 289
12.3.3 优化问题构造 291
12.4 优化方法 292
12.4.1 优化方法的描述 292
12.4.2 优化方法的确定流程 293
12.4.3 优化方法检索过程中相似性评价 294
12.4.4 优化问题求解 296
12.5 案例分析 296
12.5.1 系统设计与系统优化集成实例 296
12.5.2 实例的系统设计模型 297
12.5.3 基于模式的优化问题求解 298
12.6 小结 300
参考文献 301