一、研发背景

为应对越来越复杂的产品和系统的研发，国内外先进企业纷纷开展以MBSE、数字样机、智能制造为核心的新技术、新方法的应用。其中尤以“工业4.0”风头最盛，而“基于模型的系统工程”((Model-Based Systems Engineering，MBSE))可以说是“工业4.0”的核心要素之一。

MBSE是一种以模型为载体分析系统、传递需求的一种系统工程理论的实现方法，它改变了传统的基于文档的设计方法，而采用统一的基于模型的设计方法。它主张在系统研制过程中，以需求和模型为核心，通过各个阶段对需求和模型的确认和验证，减少系统研制风险，提升系统设计的可读性，杜绝需求及设计的二义性，增加系统设计的复用度。

基于此背景，南京国睿信维软件有限公司结合多年项目管理经验，开发了以ACARDIA方法论为基础，应用DSML建模语言，用于设计复杂系统的系统工程专用建模工具??Glaway SMEX。

二、SMEX产品定位及优点

SMEX是面向复杂系统的模型设计及模型管理工具，有助于处理系统的复杂性、提高沟通与协同效率、降低研制风险与费用、提高产品质量。

相比较于市场上其他产品，Glaway SMEX具有以下几方面的显著优点：

1. SMEX所用的建模语言解决了SysML的三大致命缺陷

市面上绝大多数MBSE建模工具使用的都是SysML建模语言。在国内外工业界的广泛实践中，SysML作为一种学院派的建模语言暴露出了三大致命缺陷：

1) SysML更倾向于软件思维，而非系统思维

SysML是在UML的基础上扩展而来的，而UML是一种软件建模语言。SysML的出身决定了它带有大量软件工程的思维模式，而这些往往是系统工程师难以适应的。比如，SysML无法直接表达功能分析的过程，且过分强调面向对象的思想，这些都是系统工程师所不习惯的。

2) SysML建模工具定制困难，无法禁用无关功能

SysML建模工具大都是在UML建模工具的基础上扩展而来的，因此往往带有大量多余的软件建模功能，使得系统工程师很容易在大量无关的功能中迷失方向。与此同时，国外知识产权的商用工具开放的定制接口往往能力有限，无法通过二次开发来禁用这些无关功能。

3) SysML建模方法不统一，难以与工具紧密结合

SysML没有统一的建模方法，因此其建模工具往往是不带有建模方法特征的。当用户选定了某种建模方法之后，由于商用工具开放接口的局限性，也很难通过二次开发将建模工具和建模方法紧密结合起来。这使得SysML的工程应用愈加困难。

SMEX所使用的DSML建模语言是一种专门为系统建模而设计的建模语言，SMEX本身又是专门为DSML建模语言和ARCADIA建模方法开发的建模工具，因此建模语言、建模方法、建模工具三者可以紧密结合在一起，使得系统工程师的使用十分便捷。

2. SMEX具有无与伦比的易用性。

SMEX的前身Capella在THALES集团已经推广了十余年，经过了上千位系统工程师的千锤百炼，在易用性方面有很多独具匠心的设计，比如：

1) SMEX具备详尽的建模向导，使得建模工作十分便捷；

2) SMEX具备语义浏览器，可以实时查看各模型元素之间的关联关系；

3) SMEX内置了几百条模型检查规则，可以对系统模型进行自动检查；

4) SMEX具有删除预览功能，方便用户确认删除的影响范围；

5) SMEX对不同模型元素有不同的颜色编码，方便识别；

6) SMEX内置了大量的自动化小工具，最大程度地减轻了建模工作量。

以上这些易用性方面的设计，是市面上多数系统建模工具所不具备的。

3. SMEX具备出众的可扩展性。

SMEX系统配备了专用的扩展开发工具SMEX Studio，可以基于不同用户的需求扩展核心的SMEX模型语义。此外，SMEX在工业界已形成完善的生态圈，有专门的行业组织Capella IC组织协调整个生态圈的发展。国睿信维作为Capella IC的重要会员，可以与全球用户共享最新发展成果，以达到事半功倍的效果。

三、SMEX功能模块介绍

目前，SMEX已经开发出了六大模块，其主要如下表所示：

15-表1：SMEX六大开发模块简介

其中，应用比较广泛的有Designer、SE2、TPM三个模块，下面我们重点介绍一下这三个模块的功能。

1. Designer 模块

承担SMEX模型开发、跨层级下达、与仿真工具及上下游的承接和转换等功能。

图1：SMEX建模方法概述

1) 运行分析

专注于分析用户需求与目标，可承接DoDAF设计结果，充分定义实际的运行用户和运行环境；输出的“运行架构”用于描述并构建用户的需要，以及他们应具备的运行能力和活动。

2) 系统分析

定义系统如何满足运行需要，并达到期望的行为和质量。系统分析步骤需要创建如下元素：功能以及相关交互，分配给功能链路的性能，系统与施动者之间的交互等。

3) 逻辑架构设计

承接系统分析结果，将系统分解为若干个逻辑组件，建立一个粗颗粒的、在后续开发过程中能够保持相对稳定的系统组件分解。

4) 物理架构设计

与创建逻辑架构内容相似，区别在于这一次定义了系统的“最终”形态。在物理架构设计中，引入了理性的选择、架构的样式、新的技术和组件，并且根据实现、技术和工艺的约束与选择演进逻辑架构。

图2：物理架构设计

2. SE2模块介绍

承担SMEX模型细粒度持久化、模型数据组织管理、用户认证与权限管理、协同开发管理、在线评审等功能。下面重点介绍一下其协同开发、在线评审两大功能。

1) 协同开发功能

协同开发时，若多个工程师同时开发同一个系统模型，则任何一个系统元素在同一时间将只允许一个工程师进行修改，其元素图标会显示为绿色锁状。在其他工程师电脑上，该元素图标将显示为红色锁状，且在正在修改的工程师保存模型前无法进行修改。

2) 在线评审功能

a) 评审组成员登陆 SMEX-SE2 网页端，进入收到的评审任务；

b) 在左侧项目列表中选择需要检查的项目模型；

c) 在模型树中选择要检查的图或者元素；

d) 右侧可以进行如下操作：

i. 检查选中模型元素的详细信息；

ii. 对模型元素添加批注；

iii. 由评审组长决定模型是否通过评审。

图3：SE2在线评审功能

3. TPM模块介绍

承担与功能逻辑模型相关联的定性定量指标的分析、建模与计算。包括指标库管理、通用指标体系管理、指标关系管理、型号指标体系管理、指标约束管理、指标体系可视化管理等。重点介绍型号指标体系管理、指标约束管理两大功能。

1) 型号指标体系管理

a) 指标与模型关联

i. 在Designer中将指标挂载在模型元素上，通过Designer可直接添加、查看、删除指标。

ii. 在Designer中将指标挂载在模型元素上，可以直接编辑相关指标属性。

b) Designer中的型号指标体系

在Designer项目管理器中可直接添加、查看、删除指标。

图4：型号指标体系在Designer项目管理器中演示

2) 指标约束管理

关联相关计算模板，输入给定指标数值，即可求解。

图5：指标约束管理??计算机界面展示

四、SMEX建模带来的帮助

1. 提供规范化、统一的正向设计流程，提升设计需求和功能分析的能力；

2. 提供关联追溯功能，直观体现需求、功能、逻辑架构、物理架构之间的关联和实现逻辑，确保客户需求的完整和精确承载；

3. 提供统一、显性的功能分配和接口表达方式，提升跨部门的沟通效率，快速实现设计优化与迭代效率；

4. 有效提升技术验证、产品开发、产品改型的设计重用和成果继承。