1978年，钱学森发表《文汇报》，指出“系统工程是对组织管理系统进行规划、研究、设计、制造、测试和使用的科学方法，是对所有系统都具有普遍意义的方法。” 。

随着所研究的系统变得越来越复杂，传统系统工程的局限性逐渐暴露出来。本文比较了传统的系统工程方法，分析了基于模型的系统工程（MBSE）在系统形式化描述方面的优势和发展期望。提出应用MBSE指导信息物理系统建设将是系统工程发展的新思路。

西方在总结大型系统建设过程中形成的实际工程经验的基础上，形成了一套标准化的工程建设组织和管理方法，称为系统工程。

钱学森将系统工程思想引入中国，并与中国的工程实践相结合，形成了具有中国特色的系统工程思想，指导了中国航空航天乃至各行业的发展。

随着模型驱动系统开发方法的兴起，人们将模型驱动与系统工程结合起来，提出了基于模型的系统工程（MBSE）。从系统工程到MBSE

工程、技术和科学

工程中必须运用技术手段和科学知识。技术为科学发现提供工具支撑，科学将推动技术升级。

钱学森对于工程、技术和科学的关系有着独特的见解。

例如，钱学森将系统科学分为工程技术、技术科学、基础科学和哲学指导四个层次。

工程技术是人们用来直接改造客观世界的技术，即系统工程；技术科学是为系统工程提供理论方法的科学，包括运筹学、控制论、信息论等；基础科学是揭示系统客观规律的科学，称为系统科学；其哲学指导是马克思主义体系理论。

MBSE是一种系统工程方法，属于工程技术范畴。西方经典系统工程思想

国际系统工程研究所（INCOSE）的《系统工程手册》指出，系统工程研究的目标和范围是人造系统。

系统工程的本质是使能技术和整体技术。它的价值在于规划和指导系统建设过程，但不是系统实施所依赖的具体技术。

NASA系统工程手册将这些流程分为技术流程和技术管理流程。 INCOSE系统工程手册还包括协议流程和组织的项目启动流程。

该技术流程构成了系统的生命周期阶段模型，即经典的V模型，V模型中的阶段定义源自著名的霍尔系统工程三维结构。

大厅系统工程3D结构

霍尔的三维结构在时间维度上采用了还原分解的思想，在逻辑维度上对各个阶段采用了结构化系统分析的思想。知识维度清楚地表明系统工程是一种通用的方法论。钱学森的系统工程思想

钱学森结合中国实际工程经验，拓展了西方系统工程思维，主要体现在以下三点：

1）提出工程系统工程（对应西方系统工程理论）、信息系统工程、军事系统工程、经济系统工程、环境系统工程、社会系统工程等14个系统工程方向。

2）提出总体设计部门的构想。强调所建系统需要在其所属的大系统层面进行协调，各个子系统需要在整个系统层面进行协调。

3）提出了一种从定性到定量的综合整合方法，可以说是MBSE思想的萌芽。该方法主要是针对非线性复杂大系统提出的系统工程方法。当定量分解无法描述系统时，将专家的定性经验判断与建模仿真的定量评价相结合，进行系统研究。

决策支持问题研究的综合集成方法

MBSE的提案

MBSE继承自传统的基于文本的系统工程（TBSE），源于软件领域的成功实践。

工程界提出了各种模型驱动或基于模型的开发方法。 MBSE中使用的SysML语言是基于建模语言UML开发的。

随着计算机辅助建模技术的发展和成熟，各专业领域的仿真建模技术迅速发展，为系统的物理层建模提供了方法支撑。

MBSE弥补了传统系统工程的以下三个缺点：

（1）缺乏工程经验数据的积累过程，基于文本的系统工程中积累的文本不利于后续项目的复用；

（2）基本遵循先分解后积分的还原论思想指导，没有好的方法支持复杂非线性系统的分解过程，无法及时验证分解结果是否可以恢复上层系统的整体属性；

(3)重视组织管理可以使领域技术的作用更好发挥，但不能取代具体领域技术。 MBSE的优势、问题及发展期望

MBSE实现了对系统的整体、系统的描述

MBSE采用的美国国防部架构框架（DoDAF）系统架构描述标准从全景视角、能力视角、运营（业务）视角、服务视角和系统视角八个方面提供了多视角的架构描述方法。完整地描述系统，使描述复杂系统或系统作为一个整体成为可能，满足了系统工程方法的系统性和整体性，促使系统工程成为系统论指导下的名副其实的工程方法。

MBSE建立的系统架构模型为系统定义前期的系统功能分解和系统指标分解结果的仿真和验证提供了模型支撑。 MBSE 形式建模的其他优点

INCOSE 在《组织管理的技术——系统工程》 中给出了MBSE 的定义：支持系统需求、设计、分析、验证和确认活动的正式建模应用程序，这些活动从概念设计阶段开始，一直持续到整个开发和后续生命周期阶段。

与传统系统工程相比，MBSE与MBSE的主要区别在于对整个生命周期的技术过程进行形式化建模。

形式化建模有很多优点：

1）描述严谨、明确、易于沟通。

2）从不同角度准确描述系统的行为和规则，方便各类分析，提高开发质量。

3）建立的模型可以支持动态执行，提高各种验证确认活动的效率。

4）包含足够的信息来支持模块化和重用，提供快速实施设计改进的技术途径。

MBSE的难点和问题

在组织内部深入推广MBSE方法还存在一些困难和问题：

1）形式化建模过程有一定的技术门槛；

2）建立的模型可能不能真实反映真实物体的本质属性；

3）涉及多个领域的建模技术需要基于大量的实测数据。

MBSE的发展预期

如果MBSE 是系统工程的未来，那么网络物理系统(CPS) 就是系统的未来。

应用MBSE方法支持信息物理系统的建设是MBSE未来的发展方向。

信息物理系统通过构建基于信息空间与物理空间数据自动流动的闭环使能系统，解决系统运行过程中的复杂性和不确定性问题，提高资源配置效率，实现资源优化；通过信息虚拟化完善体内的学习，不断总结系统的运行规律，将系统中的显性数据和隐性数据转化为知识来优化物理实体，实现“虚拟体”与“虚拟体”之间的学习反馈闭环实体”。

目标形象是在信息空间中构建与物理实体系统相对应的虚拟系统。

物理信息系统的建设是当前重大先进技术的综合应用。

信息物理系统技术架构

构建信息物理系统的关键是对物理实体系统的运行规则进行建模，建立信息空间的同步映射模型。

MBSE模型主要是系统内部运行规则的建模、系统与外部环境的交互建模，系统发展到系统级别后，系统架构主要采用DoDAF标准，行为建模成员系统之间主要采用DoDAF标准。 Agent建模技术（多Agent）。

因此，有必要扩展MBSE的建模技术，集成SysML、DoDAF和Multi Agent建模技术，建立适应信息物理系统描述的模型语言。

在技术流程和技术管理流程中还应考虑信息物理系统建设的特点，制定适合系统开发的系统工程流程。

本文作者：张鹏毅、黄柏桥、鞠宏斌作者简介：张鹏毅，国防科技工业海洋安全系统创新中心高级工程师，研究方向为武器装备系统工程；黄柏桥（通讯作者），国防科技工业海洋安全系统创新中心，高级工程师，研究方向为系统工程。

论文全文发表于《系统工程2020年愿景》第21期。这篇文章已被删除。请订阅以查看。

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