節(jié)選自《「基于模型的系統(tǒng)工程」的發(fā)展歷程》，因篇幅有限，完整報告文末領取。

當下，人們熱衷于討論基于計算機的建模、模型、數(shù)據(jù)庫和敏捷設計方法。然而，很少有人會耐心地審視和理解大量的技術創(chuàng)新，這些技術創(chuàng)新和發(fā)明是我們當下發(fā)展MBSE 技術的重要基石。從近幾十年 MBSE 相關技術的發(fā)展來看，現(xiàn)在的 MBSE 方法是「站在巨人的肩膀上」所提出的技術創(chuàng)新。如圖1所示，MBSE 發(fā)展分為五個階段，在下文中將進行一一介紹。

MBSE孕育期

MBSE 可以理解為一種工程模型，在 MBSE 啟蒙期前，也曾經(jīng)出現(xiàn)過各類工程模型，這段時間我們定義為 MBSE 孕育期，如圖2所示。被認為最早的具備工程特性的模型出自迦勒底的一個叫哥弟的工程師之手。

他在公元 4000 年前，在一個石板上畫出了一個要塞的圖形，這個石板現(xiàn)存于巴黎的盧浮宮。從石板上可以很清晰地看出它所表達的含義，木頭、蓬草、石頭等。公元前 5 世紀，希臘數(shù)學家阿基米德、畢達哥拉斯和歐幾里得創(chuàng)建幾何學。希臘建筑師堅持對幾何學的研究，并于公元前 4 世紀，將幾何應用于帕臺農(nóng)神廟的建立。

在公元前的最后幾個世紀，羅馬建筑師馬庫斯·維特魯威發(fā)表題為《建筑學》的十卷論文，直到 19 世紀，這份著作都起到了十分重要的作用。公元 1100 年，宋代李誡創(chuàng)作了建筑學著作《營造法式》，該書成為北宋官方頒布的一部建筑設計、施工的規(guī)范書。

在 18 世紀，法國數(shù)學家、設計師 Gaspard Monge 提出了采用幾何技術解決工程設計問題的思想。法國政府對他的貢獻十分認可，并將其思想和相關資料秘密保存了將近 20 年。最終到 1795 年，他才被允許在大學中建立了工程師的培訓體系，將他的思想向普通工程師推廣。

18 世紀初葉，美國國家國防教育機構建立了圖形化研究中心，Christian Zoeller 在 1807 年開設了首批繪圖課程。在1926 年，美國國家標準研究所、美國工程教育協(xié)會、美國機械工程協(xié)會提出了建立機械制圖規(guī)范草本。在 MBSE 孕育期，科學家關注的工程模型偏向于幾何模型，目的也是基于幾何技術實現(xiàn)對于工程問題的解決。

MBSE啟蒙期：20世紀60年代

直到 20 世紀 60 年代，MBSE 技術進入啟蒙期。這段時間對商業(yè)及工業(yè)計算領域來說，是最富有成效的十年。作者對這么早的時候提出、被人們接受、并進行大量實踐，感到十分驚訝。因為，在這段時期，大型計算機還被認為是一種新興技術，沒有多少人能真正了解其全部潛力。隨著不斷提出新理論、硬件和軟件，大型機被廣泛應用于工程技術，具體案例如下：

• 數(shù)據(jù)庫設計

• 早期用戶參與被認為是關鍵的成功因素

• 功能分解和定義模塊化的規(guī)則

• 定義早期的形式化方法

• 首次提出軟件生命周期

**數(shù)據(jù)庫。**MBSE 生命周期的橫軸向集成及管理，在很大程度上依賴于信息存儲技術，而近些年信息存儲技術的成功又歸功于最早期數(shù)據(jù)庫的成熟。隨著硬件性能的不斷提升，早期的計算機科學家開始研究軟件開發(fā)過程中的人因要素。當新一代編程語言開發(fā)出來時，人類程序員不再需要像機器一樣思考，他們可以更加專注于編寫代碼的過程。

這真是一幅因為太真實而讓人感到滑稽的諷刺畫：管理者離開滿是忙碌程序員的房間說道：「開始編程吧，我去看看我們的客戶想要什么。」它表現(xiàn)了當時技術界普遍存在的傲慢，并不是所有人認為早期用戶參與軟件項目是項目成功的關鍵因素。

**形式化方法。**在新興的 IT 行業(yè)中，程序員團隊如何一起工作和相互溝通是一個值得關注的問題。結(jié)構化編程和對形式化方法的研究始于這個階段，這對 MBSE 的發(fā)展至關重要。

常遭人詬病的軟件開發(fā)生命周期瀑布模型也出現(xiàn)在這個時候，這個新概念消除了人們認為軟件開發(fā)是隨之任之的藝術形式的錯覺，并為后續(xù)的系統(tǒng)及軟件生命周期研究提供了一個基礎參考模型。北約科學委員會（NATO Science Committee）于1968 年和 1969 年召開了兩次具有里程碑意義的會議，推動了這一勢頭的發(fā)展。

**模塊化。**物理系統(tǒng)的模塊化為大規(guī)模生產(chǎn)帶來了經(jīng)濟增長，同時促進了工業(yè)設計和制造技術。它將系統(tǒng)分解為具有明確定義和接口的單元并通過它們的交互來實現(xiàn)設計。在 David Parnas（1972）的研究中，首次提出將模塊化應用于軟件的設計模式。同時，Stevens，Myers 和 Constantine（1974）提出了更加便捷的系統(tǒng)分解方法。

**康威定律。**Melvin Conway 在 1968 年發(fā)表了他的假設（Conway 1968）:

Any organization that designs a system will inevitably produce a design whosestructure is a copy of the organization’s communication structure.

系統(tǒng)認知和項目團隊創(chuàng)建對系統(tǒng)研發(fā)所帶來的效果從古至今是一樣的。如果項目團隊在定義工作模塊之前就已經(jīng)創(chuàng)建了，那么產(chǎn)品系統(tǒng)的主要組件數(shù)量和特性將根據(jù)組織結(jié)構來定義（例如，系統(tǒng)的三個分包商建議用一個系統(tǒng)分解為三個主要系統(tǒng)組件或工作包）。這樣的組織并不一定是壞事，但是它表明模塊化定義的規(guī)則并沒有推動系統(tǒng)設計及功能組件的分解，從而導致模塊化定義要次優(yōu)于生產(chǎn)組織結(jié)構。

MBSE上升期：20世紀70年代

在 20 世紀 70 年代，計算機的體積隨著計算能力的提高而減小。對于這個仍處于起步階段的新興行業(yè)，技術人員渴望找到提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的方法，以及更加優(yōu)秀的計算機技術和方法。在這十年里，我們首次認識到在產(chǎn)品研發(fā)過程中，人和時間不是可互換的資源。這一時期的技術包括：

• CASE/計算機輔助軟件工程（從需求工程開始）

• 結(jié)構化方法 (Dahl, Dijkstra and & Hoare 1972)

• 面向?qū)ο蠓椒?(Dahl, Myhrhaug and Nygaard 1970) 迭代和進化的生命周期

• 程序規(guī)格復核和檢查

• 成熟度網(wǎng)格

CASE。當計算機被應用于工業(yè)創(chuàng)新時，計算機精英也在尋找將它應用于軟件開發(fā)的方法。CASE 工具提出一種可以擺脫單調(diào)乏味和容易出錯的編碼工作方式。DanTeichroew 和 E.A.Hershey 創(chuàng)建的 PSL/PSA（問題陳述語言 / 問題陳述分析器），是一個關系數(shù)據(jù)庫，用于維護系統(tǒng)需求，并描述它們與后續(xù)設計和研發(fā)文檔的關系。這套系統(tǒng)通常被認為是最早的 CASE 工具之一。

他們提出的目標很明確：「引入軟件開發(fā)支持基礎設計框架，以中央計算機化數(shù)據(jù)庫為基礎，提供一套完整的設計工具」。在這一階段，這些系統(tǒng)主要服務于文檔管理工作。但由于其功能逐漸完善，許多研究和開發(fā)工作都在朝著根據(jù)特定計算環(huán)境的功能要求來設計可執(zhí)行軟件的最終目標邁進。

隨之而來的是更多復雜的工具，但這些模型定義及用他們替換代碼花費了數(shù)年的時間。CASE 工具是 MBSE 的祖先，他們的發(fā)明人和倡導人提出利用術語及規(guī)范來定義所需模型在其軟件中解決實際問題的愿景和總體目標。

他們通過數(shù)據(jù)存儲方式來促進溝通和資源協(xié)調(diào)，同時發(fā)現(xiàn)，目前領域研發(fā)軟件之間互操作性所帶來的集成問題有很大的技術限制。然而，功能建模和自動代碼生成技術推動了 CASE 工具的普及，這些方法構成了現(xiàn)代 MBSE 的基礎，這套技術的兩位主要貢獻者是 Wayne Wymore 和 MackAlford 。

前者提出了數(shù)學系統(tǒng)理論，支持系統(tǒng)設計的過程，該理論稱為Tricotyledon 理論。Tricotyledon 理論基于集合論提出一種描述系統(tǒng)及需求的語言。用該語言可以建立狀態(tài)機節(jié)點的數(shù)學模型，以描述需求與需求之間的關聯(lián)關系。后者發(fā)明了 R-Nets 對系統(tǒng)中的信息流進行建模，支持完整性和一致性的自動化檢查，以及需求文檔的自動生成。同時，解釋性結(jié)構模型被提出來提供系統(tǒng)圖論的迭代應用，用于描述元素之間的關聯(lián)關系的文本式表達。

**面向?qū)ο蠓椒ā?*該方法提供了現(xiàn)實世界映射到軟件虛擬世界的落地方法。同時，科學家在軟件開發(fā)生命周期中提出了關于迭代開發(fā)流程的訴求。在 2009 年，很多研究人員認為系統(tǒng)工程的成功與否與能否應用這些實踐有關。

**工程評審方法。**通過引入同行評審的方法，防止個人做出錯誤判斷并提升交付產(chǎn)品質(zhì)量。Cosby 的質(zhì)量成熟度網(wǎng)格包含不確定性、覺醒、啟蒙、智慧和確定性這 5個階段，是隨后的成熟度模型的先驅(qū)。所有這些研究都有助于實現(xiàn)在 MBSE 的全生命周期里的無縫溝通。

MBSE發(fā)展期：1980–2010

在 80 年代初期，海外研究人員發(fā)現(xiàn)能一勞永逸地解決所有軟件工程問題的方法是不存在的。許多技術創(chuàng)新仍在不停支持工業(yè)軟件解決工業(yè)問題的技術革新。幾個MBSE 的典型技術在這個階段被提出，因此我們稱這個階段為發(fā)展期。其中有幾個亮點技術，值得一提：

• 統(tǒng)一建模語言（OMG）于1997年結(jié)束了面向?qū)ο蠓椒幷?/p>

• 軟件重用

• 配置管理

• CMM和CMMI（SEI）

• 架構

• 敏捷方法

**UML。**在20世紀80年代末和90年代活躍于軟件開發(fā)行業(yè)的人都記得面向?qū)ο蠓椒ǖ臓幷?#xff0c;因為每個領域牽頭人都嘗試引入他們自己特殊的建模符號：云型與矩形等等。在對象管理組織（OMG）的努力下，建立了一套統(tǒng)一建模符號，即UML，于1997年問世。

UML嵌入了狀態(tài)機，狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表規(guī)范。這種規(guī)范擁有自己的交互式圖形輸入、仿真工具和代碼生成工具。這種「狀態(tài)機」在CASE工具的研發(fā)中，取得了一個重大進步，因為它對于精度和符號語義的關注，可以為不同的領域概念，提供不同的圖形化符號與分層式模型結(jié)構。這些新特性很好地支持紙張、屏幕和對模型大小的認知限制等問題（語義相關概念將在下一章 SysML2.0 與KARMA語言章節(jié)介紹）。

**SysML1. X及其他建模語言。**INCOSE在與OMG的合作中發(fā)揮了重要作用，將系統(tǒng)特定的元素引入建模語言，從而產(chǎn)生了SysML。在MBSE的領域中，人們已經(jīng)將經(jīng)常使用的SysML建模語言集成至MBSE工具，類似建模語言還有OPM，BPMN，EAST/ADL，UPDM等，各類語言在各自領域承擔了統(tǒng)一符號化表達的重任。

**重用。**面向?qū)ο蠹夹g的支持者經(jīng)常依靠軟件或代碼重用控制軟件生命周期成本。如今，在MBSE環(huán)境中也有類似模型重用的概念，重用技術高度依賴于數(shù)據(jù)存儲、檢索和版本控制的相關要素，而且在開發(fā)管理方面還需要研發(fā)人員遵循于良好的設計規(guī)范。

模式（Patterns）是一種從面向?qū)ο笊鐓^(qū)中產(chǎn)生的軟件工程問題解決域。模式在許多學科被廣泛應用，最著名的是Alexander在城市規(guī)劃和建筑方面的工作，其實現(xiàn)了代碼生成中的主動重用和「最佳10實踐」。

**配置管理。**如前所述，MBSE的生命周期應用高度依賴于控制基線和修訂控制系統(tǒng)。

**質(zhì)量。**軟件質(zhì)量一直是業(yè)界關注的首要問題。能力成熟度模型（CMM）最早發(fā)表于1993年。INCOSE曾提出倡議，將系統(tǒng)工程的關鍵過程和活動納入一個集成的CMMI。MBSE要求這些模型進一步成熟，以定義維護生命周期模型的橫向及縱向規(guī)劃。

**架構。**架構的早期定義集中于領域分析、產(chǎn)品線和戰(zhàn)略管理等領域。Leveson的工作表明，安全（人和自然環(huán)境）等因素必須包含在早期的系統(tǒng)需求設計過程中，這就需要在架構設計中盡力考慮所有利益相關方的關注點及對應視角。

**相關工程方法。**關于工程方法的討論很多，涵蓋了原型設計、敏捷設計和精益工程等不同主題，它們都表明MBSE落地依賴于規(guī)范和工程實現(xiàn)之間存在的緊密聯(lián)系。其中，形式化方法的眾多支持者更加關注模型的價值。

在軟件開發(fā)領域的研發(fā)人員也面臨類似的挑戰(zhàn)——他們研究的重點是在集成建模環(huán)境中，研究基于模型的一體化開發(fā)（數(shù)據(jù)集成、模型集成等類似概念），即是否可以一種模型包打天下（這部分的難點將在下節(jié)中介紹）。圖3中描述了過去50年中取得的研究進展。

他們追求的目標是使用更高的抽象層次將軟件開發(fā)重用率提升到最高，使模型不再是方法論的一部分，而是代表一種支持完整軟件生命周期的范式，并使軟件開發(fā)人員更加接近用戶領域（參見DCI）。對MBSE來說，類似的觀點可能是我們最終是否能夠用具體的產(chǎn)品和其他系統(tǒng)元素來代替「代碼」。

正如圖3中所示，在早期研發(fā)過程中，采用純代碼及文檔配合的研發(fā)模式，實現(xiàn)基于文檔的研發(fā)過程。隨著建模技術被初步應用于軟件及系統(tǒng)研發(fā)，工程師采用以文檔為中心的研發(fā)模式，使文檔、模型及代碼有機配合，提高研發(fā)效率。在這期間，部分代碼進行模型化表達，實現(xiàn)代碼即是模型。

隨后，建模技術的不斷發(fā)展促使研發(fā)方法從文檔為中心向模型增強方法轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)構建一定抽象能力的模型并實現(xiàn)模型與代碼的雙向同步。在這種設計方法中，文檔的應用將逐步弱化。

當使用以模型為中心的研發(fā)方法時，采用建模技術實現(xiàn)研發(fā)過程中的代碼及方案的自動化生成，實現(xiàn)模型即為代碼和方案，這個階段文檔將逐步地被模型取代。最終，實現(xiàn)基于模型的系統(tǒng)工程的研發(fā)方法，實現(xiàn)工程師構建模型即自動生成代碼及方案，到這個階段，設計人員就不需要關注代碼了。

2010 年以后，迎來了 MBSE 的調(diào)整及復蘇期。本章節(jié)，將從 INCOSE 國際系統(tǒng)工程學會角度，介紹這一時期所提出的 MBSE 相關概念。MBSE 利用統(tǒng)一化、標準化、規(guī)范化、形式化及圖形化模型實現(xiàn)從概念定義、方案設計、試驗驗證到工程實施的產(chǎn)品研發(fā)周期全過程管理，其核心是建立起以模型為中心的系統(tǒng)工程管理體系。

國際系統(tǒng)工程協(xié)會（INCOSE）于 2007 年發(fā)布的《SE 愿景 2020》中，對基于模型系統(tǒng)工程提出定義：

「MBSE is the formalized application of modeling to support systemrequirements, design, analysis, verification and validation activitiesbeginning in the conceptual design phase and continuing throughoutdevelopment and later life cycle phases」（對建模的形式化應用，用來支持系統(tǒng)的需求、設計、分析、驗證和確認活動，這些活動開始于概念設計階段并持續(xù)到整個開發(fā)及以后的生命期階段。）

自從 2007 年初，INCOSE 面向工業(yè)界及學術界發(fā)起MBSE 倡議開始，此定義逐漸被業(yè)界普遍接受為 MBSE 標準定義。針對此定義，《SE 愿景 2020》中有如下解釋：以模型為中心的產(chǎn)品研發(fā)方法被廣泛應用于機械、電子和軟件等工程領域，并將取代原來系統(tǒng)工程所提倡的以文檔為中心的設計方法，而 MBSE 正是向以模型為中心的產(chǎn)品研發(fā)方法轉(zhuǎn)變的重要一環(huán)。

INCOSE 英國分會在 2012 年發(fā)布的系統(tǒng)工程系列「MBSE 是什么」技術報告的第一版中除引用 INCOSE 標準定義外，對MBSE 定義有如下解釋：MBSE 使用建模方法分析和記錄系統(tǒng)工程生命周期的關鍵要素，它有著極強的適用范圍，橫跨整個系統(tǒng)生命周期，縱跨體系、系統(tǒng)及單一組件；

在2015 年發(fā)布的第二版引用《系統(tǒng)工程中的 SysML》一書中的定義：MBSE 是由邏輯連貫一致的多視角系統(tǒng)模型驅(qū)動進而實現(xiàn)系統(tǒng)研發(fā)成功的技術手段。其相比于基于文檔的系統(tǒng)設計方法，具有如下特點：

設計要素表達無歧義性。產(chǎn)品研發(fā)的相關信息描述經(jīng)常會因個人的知識差異而產(chǎn)生不同的理解。由于模型是一種高度圖形化的表示方法，具有圖形化、統(tǒng)一化、標準化、模塊化等優(yōu)點，建立系統(tǒng)模型進行精準統(tǒng)一地描述系統(tǒng)工程相關信息，可以提高參與人員之間理解的一致性，實現(xiàn)設計信息的無歧義表達。

研發(fā)人員溝通交流效率的提高。隨著系統(tǒng)規(guī)模和復雜程度的提高，各種文檔越來越多，相對于厚厚的技術及研發(fā)文檔，閱讀圖形化的模型更加直觀，再配以適當?shù)淖⑨?#xff0c;使得不同的人對統(tǒng)一建模規(guī)范的同一模型具有統(tǒng)一的理解，同時也使計算機更好地理解相應模型的信息描述，有利于提高系統(tǒng)研發(fā)各部門之間的溝通、交流及協(xié)調(diào)的效率提升及計算機輔助管理能力。

體系、系統(tǒng)、子系統(tǒng)及組件的一體化設計。由于系統(tǒng)模型的建立涵蓋了產(chǎn)品研發(fā)的整個生命周期，包括系統(tǒng)的任務定義、體系設計、系統(tǒng)能力分解、需求分析、系統(tǒng)設計、架構設計及分析、系統(tǒng)驗證和確認等活動。因此能提供一個完整的、一致并可追溯的一體化設計方法，對于保障系統(tǒng)設計一致性管理、追溯性管理及復雜度管理，避免各部分的設計沖突具有十分重要的意義。

增強設計知識的自動化捕捉能力和可重用性。系統(tǒng)研發(fā)生命周期中，包括很多點對點的信息創(chuàng)建、刪除、修改、查詢等過程，如設計人員需要提取客戶所提出的需求信息來進行系統(tǒng)的設計。由于模型具有模塊化及統(tǒng)一數(shù)據(jù)源特點，使得信息的捕捉、獲取、轉(zhuǎn)換以及再利用都更加方便、有效。

可以進行多視角信息表達、分析及驗證。通過模型底層的唯一數(shù)據(jù)源統(tǒng)一信息表達，支持研發(fā)信息的多視角表達及分析。基礎計算機輔助設計及分析方法，支持各部分變更對系統(tǒng)本身可能造成的影響分析，并可以在早期進行系統(tǒng)的驗證和確認，從而降低設計變更所帶來的時間和費用上的設計風險。

INCOSE 于 2007 年發(fā)布 2008 年更新的《MBSE 方法學綜述》中，對 MBSE 方法學完整的研發(fā)體系及其各要素之間關系進行了解釋：MBSE 頂層體系愿景包括研發(fā)流程、方法論、語言和工具，以支持基于模型、模型中心或模型驅(qū)動環(huán)境下的系統(tǒng)工程。以《SE 愿景 2020》英文定義為基礎，結(jié)合 MBSE 方法學綜述，本章節(jié)結(jié)合林雪萍先生所提出中文 MBSE 定義對 MBSE 概念進行中文描述：

基于模型的系統(tǒng)工程是一種采用形式化建模技術的正向設計方法，用于取代傳統(tǒng)的基于文檔系統(tǒng)工程的研發(fā)模式，以統(tǒng)一的體系、系統(tǒng)、領域、項目規(guī)劃及生命周期管理的多架構視角，包括體系工程視角系統(tǒng)工程視角（需求、功能、邏輯、物理、架構及驗證）等模型集為集成研發(fā)框架，實現(xiàn)跨領域研發(fā)信息的可驗證、可追蹤、可共享的全生命期內(nèi)的數(shù)據(jù)及知識的動態(tài)關聯(lián)，進而貫穿于從概念方案、工程研制、報廢更新的系統(tǒng)全生命期、以及從體系、系統(tǒng)、子系統(tǒng)及系統(tǒng)組件的各層級系統(tǒng)工程過程和活動（包括技術過程、技術管理過程、協(xié)議過程和組織項目使能過程）。

英文定義中 MBSE 是一種狹隘的形式化建模技術的工程應用，INCOSE《MBSE 方法學綜述》將 MBSE 具體化為一種方法學。考慮到作為 MBSE 使能技術的標準建模語言逐漸與 MBSE 過程和工具相融合的發(fā)展趨勢，以及《SE 愿景 2020》從過程和研發(fā)流程、方法論、建模語言和建模工具等幾方面討論出的 MBSE 的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，中文定義引入廣義 MBSE 的說法，將英文定義中的狹義概念具體化為由圖 4 和圖 5 結(jié)合而成廣義MBSE 方法學。

因此，對于相關的 MBSE 技術，集成相關研發(fā)流程、工具、方法論和建模語言等要素，實現(xiàn)具備跨語言數(shù)據(jù)集成，是下一代 MBSE 建模語言解決生命周期數(shù)據(jù)互用性及多視角、全要素大一統(tǒng)集成和開放性等問題的核心要求。2019 年，ISO/IEC/IEEE 準備發(fā)布《系統(tǒng)及軟件工程的基于模型的系統(tǒng)及軟件工程方法及工具》標準，這意味著 MBSE 技術正在走向成熟。

SysML2.0 和 KARMA 語言。目前，INCOSE 和 OMG 等組織的專家研發(fā)的SysML2.0 語言與洛桑聯(lián)邦理工、瑞典皇家理工、北京理工大學、上海交通大學、北京中科蜂巢科技有限公司等機構合作開發(fā)的 KARMA 語言采用均文本式建模方式。其中KARMA 語言已推進在多家高校、國內(nèi)外航天、航空、兵器、電子等相關工業(yè)部門、國內(nèi)外多個國家級（歐盟級）及省部級（瑞士創(chuàng)新項目）科研項目落地驗證。

SysML2.0和 KARMA 語言均采用文本及語義式建模方法，其核心的目標如上文所述實現(xiàn)語言的統(tǒng)一描述及表達。下面將以 SysML1.6 及 KARMA 和 SysML2.0 的比較來闡述為何新一代建模語言逐漸由圖形化規(guī)范向語義為主的規(guī)范模式改進。

如圖 6 所示，MBSE 語言的目的是實現(xiàn) MBSE 形式化。MBSE 形式化，即使用 MBSE相關語言、技術和工具，采用形式化（計算機可讀、可理解）的表達方式，對系統(tǒng)進行模型化表達。參考本團隊的相關文章，MBSE 形式化包括：

具體語法用來顯示特定域建模語言中的圖形化表達或文本化表達，例如圖 6 中語言中（1，+，2）可以被看成是文本式的具體語法（文本化表達），而 1+2 所代表的抽象語法是數(shù)字 1 與 2 之間相加（模型的組成元素之間的描述規(guī)則）。UML 語言中class 類的圖標代表指定類（圖形化表達）。

抽象語法定義了建模語言的組成元素及他們之間所構成的關系的連接規(guī)則。如SysML 需求圖中需求模塊之間可以通過六類關系進行連接，其中的連接規(guī)則要求即為抽象語法。

語義定義模型在領域中的含義。其中包括語義定義域（什么含義）及語義映射（如何賦予模型含義），具體解釋如圖中例子。例如，以圖中的 1+2 作為一個模型的例子。（1，+，2）可以被看成是文本式的具體語法。而 1+2 所代表的抽象語法是數(shù)字1 與 2 之間可以添加 「＋」（模型的組成元素之間的描述規(guī)則）。這個例子中的語義定義域是自然數(shù)的運算，通過語義映射來執(zhí)行運算。因此，1+2 的含義阿拉伯數(shù)字的加法，即為 3。

在以上概念基礎上，介紹現(xiàn)在 SysML1.6 與 KARMA 語言或 SysML2.0 的區(qū)別。

如圖7所示，SysML1.X 為圖形化語言，因此規(guī)范中規(guī)定了圖框代表什么，模型中涵蓋哪些內(nèi)容，其對應的圖標是什么。基于 SysML 規(guī)范，各建模工具開發(fā)各自模型庫。這會為使用建模工具來建模的過程中帶來若干問題：

由于各工具采用技術路線不同，因此可能存在對規(guī)范的理解不同，可能出現(xiàn)基于相同規(guī)范，但是在不同建模工具實施方法不同，如同樣基于 SysML 規(guī)范，時序圖在 Magic draw 中采用的表達與Rhapsody 中采用的表達（同步信息組件的固定語法不同，條形及圓角框）不一樣，雖然兩個工具中所描述的本質(zhì)信息都相同，但是從前端表現(xiàn)上不同；

為了可以實現(xiàn)不同 SysML 工具之間的交互，基于 SysML 規(guī)范，研發(fā)了 XMI （ XML MetadataInterchange）的文本語言。XMI 文本語言本質(zhì)與 SysML1.X 上所描述的內(nèi)容相同，但是卻是兩種不同語言；

在使用 XMI 進行 SysML 建模工具的模型交互過程中事實上集成的是 XMI 語言，而非 SysML 語言。這同樣對建模工具提出了較高要求，即需要支持兩種語言的語言解釋器及編譯器。為了解決這種問題，SysML2.X 和 KARMA 語言，采用文本式（語義式）建模規(guī)范，將圖形化表達和語義文本表達集成，因此在建模工具中只需要使用一種語言即可。

結(jié)合 MBSE 發(fā)展史可以發(fā)現(xiàn)，從 MBSE 啟蒙期到上升期（1960 到 1970），專家和學者更加關注的工業(yè)需求是如何將代碼及系統(tǒng)采用模型化手段表達支持重用等。直到MBSE 發(fā)展期（1980 到 2010），隨著 OMG 及 INCOSE 逐漸確定了圖形化規(guī)范，各種方法及工具百花齊放，MBSE 開始在企業(yè)中初步應用，但是在應用過程中發(fā)現(xiàn)圖形化的問題。在 2010 到 2030 甚至更遠，采用語義化建模手段實現(xiàn)生命周期的模型集成，使現(xiàn)有MBSE 真正落地。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的「基于模型的系统工程」的发展历程的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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