alm系统的使用流程_支持MBSE的企业信息管理系统发展与启示
導讀：本文介紹了模型管理與MBSE、產品生命周期管理(PLM)的概念及其之間的關系，分析了不同行業的模型管理現狀，提出了模型管理的解決方案與技術方向，最后給出了建設企業信息管理系統的建議，以期為企業信息管理系統支持MBSE及后續發展提供思路。
作者：周兵 ?| 來源：電訊技術
1.引言當前，大多MBSE最佳實踐活動都基于系統開發早期(即概念設計階段)開展，且對象管理組織(Object Management Group，OMG)的系統建模語言SysML已成為事實上的架構模型描述標準被廣泛采用。但詳細設計階段，各專業領域所用的具體工具不盡相同，有產品生命周期管理、應用生命周期管理(Application Lifecycle Management，ALM)、需求管理、仿真環境、項目管理、計算機輔助設計(Computer Aided Design，CAD)、計算機輔助工程(Computer Aided Engineering，CAE)、電子自動化設計(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)的相關概念與關系，分析了3類典型企業信息管理系統現狀并提出了解決方案，通過分析給出了幾點啟示與建議，可為企業信息管理系統更好地支持MBSE提供思路。
2.模型管理與MBSE、PLM的關系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、規律進行抽象后的一種形式化表達方式。在系統工程領域，“模型”就是使用可以被模型創建者及模型使用者充分理解的建模語言所表達的某一“事物”。
每個模型可以表達系統不同方面(如系統架構、結構設計以及性能分析等)的信息。用同樣的建模語言來表達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開發生命周期內，對建模支持工具和模型庫內的異構模型的創建、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，具體包括模型版本、變體(variant)、配置和基線、仿真分析結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、工具和分析結果(包括誰更改了模型、更改的內容、時間和原因)相關的所有元數據以及與模型應用情況有關的信息進行管理。模型生命周期管理系統(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、數據和過程。
2.2模型管理與MBSE、PLM的關系
MLM要解決的問題是建模信息隨時間的同步，以確保被建模系統全生命周期內的模型一致性。
首先，MLM必須支持不同用戶開發的不同類型模型，這些模型通常分布在不同地方，并且使用不同的開發工具。
其次，從模型得出的其他信息(例如分析結果和模型查詢結果) 必須與生成這些信息的模型保持同步。
最后，必須考慮到對產品簇和系統變體的模型管理，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。
作為模型管理系統所要管理的對象，模型的概念和基于模型的設計方法實際上在嵌入式軟件、電子、機械與測試工程領域已應用多年，只是各自獨立設計、單獨管理，相互之間很少產生信息交互關系。
而隨著現代信息物理系統越來越呈現高度集成、融合的多學科特點，其復雜度和性能要求越來越高。與此同時，企業所面對的業務挑戰越來越嚴峻，如更短的上市時間、嚴格的安全性要求、更高的質量要求以及更加嚴苛的合規性等。這些因素驅使工程領域的創新者們開始考慮在系統設計中使用建模、抽象和多學科分析技術，構建對系統定義的共同理解并利用模型代替傳統系統工程中的文檔作為系統設計依據和主要工件，實現系統級的多學科協同設計，于是便出現了MBSE概念。
“模型”是MBSE的核心所在，每個模型可以表達系統不同方面(如系統架構、結構設計以及性能分析等)的信息。如今，隨著系統復雜性的不斷提高以及全球市場需求的多樣性，人們越來越認識到MBSE在系統全生命周期中的應用潛力。
為了充分發揮MBSE的作用與潛力，需要將系統建模和MBSE作為基于模型的大型工程項目的必要組成部分，并與系統生命周期中其他工程學科模型和建模活動有機結合。這就對模型生命周期管理提出了迫切的需求。
在整個產品生命周期中，將概念設計直到產品回收期間所產生的信息都在一個通用環境中進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。就現今的PLM系統而言也，沒有實現這樣的要求，它只是對來自于機械、電氣和軟件工程領域的不同工作成果進行管理，并且這些成果在邏輯上也沒有建立任何依存關系。
盡管PLM系統聲稱是現代跨學科虛擬產品開發的支柱，但事實上它對非機械領域或跨學科開發的支持力度仍然較弱。于是業界提出，需要PLM系統能夠將產品整體視為一個多學科系統，提供對MBSE結構和工件(artifact)的管理。今后，PLM系統也要從以文檔為中心向邏輯上互連的工件轉變。MBSE與PLM的關系如圖1所示。
3當前企業信息管理系統現狀根據目前大型工業企業MBSE實踐的經驗，為了實現貫穿系統全生命周期的多學科無縫追蹤追溯，最關鍵也最有挑戰的就是對各類、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系統或產品的功能架構，實現基于模型的系統架構設計，但缺乏對整個系統生命周期各類模型進行管理的能力和手段。這也是MBSE當前實踐大多停留在系統概念階段且僅在部分大型工業企業展開而沒有被大規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、業務、可用性、功能性和性能各方面的問題，而各企業的現狀及部署MLMS時所面臨的挑戰和需要解決的重點也各不相同。本節將對產品開發生命周期中采用了MBSE技術的3類企業的信息管理系統現狀進行總結。
3.1大型復雜消費品產品線制造商
這類企業的特點是有大量可選的產品變體和軟件驅動的特征(如“大規模可定制”機電一體化產品)，在設計和構建這類復雜產品線中模型發揮著越來越重要的作用。系統級模型正成為將軟件和硬件設計工件結合在一起的“粘合劑”，為產品線定義奠定基礎。在產品線工程中，通過將模型元素與支持各種變體配置的模型連接關系進行組合，可快速實現滿足一系列要求的設計與制造。
這類產品的實現中，越來越多地通過自動代碼生成或模型驅動的制造系統將模型直接轉化為實際的軟件或硬件組件。因此，要求模型必須能體現產品可變性的多個維度，而模型管理系統需要提供相應的支持。
在這類企業中，現有的信息管理系統的支持能力如下:
首先，目前所用的大多數PLM系統具備對產品變體的管理能力，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準以及明確的建模語言；
其次，從產品變體的角度看，由于PLM系統的前身是擅長處理復雜CAD數據的產品數據管理(Product Data Management，PDM)系統，因此PLM系統對軟件和系統級模型的支持度比對CAD模型的支持要弱；
最后，盡管ALM系統也開始具備產品線能力，但ALM系統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設計方法相匹配。
綜上所述，目前，這類企業的信息管理系統對系統級模型的管理缺乏有效的工具來支持。在這種復雜產品線工程中，手動方式和其他有效的模型變體配置方法已達到其應用極限，如果不具備強大的模型管理能力，則難以在整個產品線生命周期內的任意時刻快速獲取所有模型的正確配置，來執行某個產品變體的大規模設計、仿真與制造。
3.2大型復雜防務系統集成商
這類企業的特點是關注模型管理中建模工具的集成和上下游的協作問題，希望通過協作的方式對實物系統的集成功能和性能進行虛擬化驗證。
這兩個方面的實現都和基礎標準的廣泛應用有關。在建模工具集成方面，企業當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確預測。只有各類標準越來越全面且被廣泛認可，且行業成員對模型的未來應用越來越有信心后，才能決定在最合適的工具上增加投資。
而良好的協作也與標準化程度有關，標準化程度越高，協作可能性越強。例如，與建模實踐、模型架構(model schemas)、模型質量檢查規則等相關的內部標準是組織內協作的第一步。隨著各類標準被各公司及其客戶和供應鏈采用，為系統數據的進一步協作奠定了能力基礎。在認識到標準的重要性后，必須對繼續使用目前不完善標準的成本和采用新標準的價值不斷地進行對比評估，綜合權衡后再作出實施決策。
這類企業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行明確和規范，進而選擇可以解決核心問題的行業標準加以實踐。在這一過程中，為了獲取更大的市場份額，供應商會傾向于推廣其所用的標準，但它并不一定做好了隨時應對系統真實部署的準備，最終還是要靠企業自身多加實踐。
3.3大型航空航天、防務、安全系統制造商
這類企業的特點是通常采用多種建模工具來解決系統模型不同方面的問題，包括UML或SysML工具、分析工具、數據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。
對于系統模型，企業利用SysML建模工具創建系統模型，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，通常會規定“包”級別的配置項顆粒度。在軟件開發時，可以在更低級別上(例如對象類)開展工作。
在規定配置項級別后，需要確定文件系統物理結構。可以選擇一個分層級的文件系統來存儲物理模型，層級關系反映邏輯模型的包層次結構；也可以選擇扁平化的文件系統，其中，無論邏輯模型采用哪種包結構，配置項都存儲在同一個目錄中。
目前，這類企業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，這類企業希望模型管理系統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容間的同步。
4支持MBSE的企業信息管理系統解決方案與技術方向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/組織內部多個團隊的成員通過個人計算機或共享驅動器的文件系統來存儲他們開發的模型。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；即使應用了正式的版本控制，執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動器通過文件傳輸實現團隊內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行通知，對設計模型與分析模型或相應的分析結果之間的跟蹤有限。
對于那些不太需要模型管理的系統模型，可將多個本地存儲庫方法與其他方法結合使用。例如，可以通過多個版本控制模型庫控制設計模型，但并不覆蓋分析模型(或模型分析結果)。
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、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、項目或工程領域服務的多個邏輯存儲庫。
在大多數現代企業中，由于產品開發涉及多學科設計工件，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、用于軟件代碼的源代碼管理系統、用于大量實例數據集合的數據庫、用于供應鏈信息的企業資源規劃(Enterprise Resource Planning，ERP)系統等。因此，普遍認為將所有信息都整合到一個單一存儲庫很難實現。
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，大多數企業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模型，但在模型同步、通知和可追溯性方面則面臨嚴峻挑戰。由于各種模型被獨立管理，因此，需要一種能實現對多個分布式模型資源的鏈接、跟蹤、監視與報告的技術手段。
4.2模型治理和安全解決方案
許多現代產品開發環境需要嚴格的安全性考慮。雖然在軍事和防務應用中，這是一個顯而易見的要求，但隨著知識產權保護成為備受關注的問題，現代消費電子產品、汽車、醫療設備等領域對安全性也提出了同樣的要求。
雖然模型生命周期管理系統通常位于由適當授權/認證機制(例如輕量級目錄訪問協議)保護的企業內部網中，但并不足以實現有效的MLM治理。模型生命周期管理系統需要在不同顆粒度等級上管理模型安全性和訪問權限，因此，除了企業內部網安全模型之外，還需要其他機制。
在模型治理與安全性方面，當前的解決措施如下:
(1)無安全措施
單個用戶擁有所有權限和內容，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認證
多用戶OS訪問限制，內容無歸屬。對于小型靜態團隊來說，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致變更原因總被質疑。在團隊構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險。
(3)輕量級目錄訪問協議(Lightweight Directory Access Protocol，LDAP)
由外部服務器管理用戶和訪問，內容無歸屬。由于這種方法提供了更好的機制來限制授權用戶的訪問，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)內容變更管理
配置管理系統會對提交歷史版本的人員進行跟蹤，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。對于人員構成會隨時間變化的大型多學科團隊而言，這種方法是必要的。
(5)需要認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最精確且可追蹤的模型管理系統，它允許以不同的模型元素顆粒度等級實現完整的模型安全。這種方法被認為是最先進的模型生命周期管理系統安全模型，但實際上，目前很少有系統能對此提供支持。
4.3實現異構模型通信的新技術方向
由于現有的解決方案并不能完全滿足MLM的要求，各種可實現異構模型通信的新技術應用而生,這些技術可以分為如下3類:
(1)語言和數據表示
這一類技術為在異構工具和存儲庫中實現數據表示和通信的基礎技術，包括數據表示語言，如XML、JSON、RDF、EXPRESS；數據操作/編程語言，如Java、C++和Python；數據通信語言和協議，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
這一類技術包括基于標準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。
本體可用于表達廣泛的系統/產品，如用于描述系統或體系架構的SysML/UPDM標準；特定的產品系列，如分別用于表達機械和機電產品系列的10303(STEP)AP203和AP210標準；產品信息的特定方面，如用于表達基于方程的行為模型的Modelica、用于表達產品幾何結構/拓撲的STEP Part 42、用于表達需求的STEP AP233和需求交換格式RIF或ReqIF、用于表示動態仿真模型的功能樣機接口(Functional Mockup Interface，FMI)以及用于表達全生命周期信息的PLCS(Product Life Cycle Support)和生命周期協作開放服務(Open Services for Lifecycle Collaboration，OSLC)等標準和規范。
(3)工具和特定存儲庫接口
這一類技術包括適用于建模/仿真工具和存儲庫的各種應用程序編程接口(Application Programming Interface，API)。由API提供連接、查詢和導入/導出模型和模型要素的服務。API基于某種語言和方法開發(如上述第一類技術)，并且可以支持開放式標準(如上所述第二類技術)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和用于Windchill PLM系統的Info Engine API、STEP模型綁定的通信語言Java和C++ SDAI等。
在上述現有解決方案和新興技術中，對MLM而言，目前最緊迫的是缺乏可以與商用現貨建模和仿真工具及存儲庫實現信息交互的完整的API或標準的/自定義的元模型。
5啟示與建議MLM的實現是一個宏大而寬泛的課題，它對企業采用MBSE作為主流系統工程實踐而言至關重要。隨著現代系統設計中MBSE實踐的不斷推進，模型生命周期管理系統將成為端到端設計和開發工具鏈的重要組成部分。與數據庫、源代碼配置管理、產品生命周期管理以及企業內容管理一樣，模型生命周期管理系統也將被企業視為一項“必須具備的”能力。
5.1基于行業標準實現工具鏈集成
工具鏈集成是模型生命周期管理的一部分。研發生產中各類IT基礎設施的互操作是實現產品數字化開發的關鍵。為了確保工具的互操作性并避免供應商的封鎖，這些工具必須基于國際認可的標準實現。
如面向服務的架構(Service-oriented Archi-tecture，SOA)已經展現出其通過工具鏈集成整合部分IT解決方案的潛力，而生命周期協作開放服務已被許多供應商支持，用于實現工具的集成。
5.2確保PLM與其他學科專用管理系統的互通和協作
盡管PLM有望成為跨學科產品管理的支柱，但它無法取代各學科專用的管理系統(如ALM)。因此，必須確保PLM和這些專用系統的互通和協作。
目前，這類相似系統都在試圖整合彼此的功能，它們的共存對IT系統間的互操作性提出了更高的要求。
因此，在異構IT環境下，強烈需要對聯邦式系統方法提供支持。這意味著，要盡量通過各類專用的IT解決方案(如PLM、ALM、ERP)之間的協作、互通來共同完成跨學科的產品生命周期管理，而不是試圖將其他系統的解決方案都整合到某一個系統中。
5.3需要進行深刻的組織變革
為了在組織內實現基于模型的工程，除了新工具和方法外，還需要進行深刻的組織變革。迄今為止，在開發團隊中還沒有系統工程師角色的企業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。
ISO/IEC 15288為此提供了一個很好的指導：建立所謂的“集成產品開發團隊”(Integrated Product Development Team，IPDT)，在該團隊中，系統架構師負責系統總體概念設計，同時協調其他開發團隊。但與任何其他基本的組織變革相同，從傳統泰勒型組織向這種協同式的系統工程轉變相當困難。因此，必須做好充分的準備和支持，而通常中間過程會花費相當長的時間。
6結語MLM當前所面臨的各種挑戰需要通過企業內部甚至業界的共同努力來解決。在這一過程中，企業信息管理系統建設需要充分利用相鄰領域(例如配置管理、產品生命周期管理和企業內容管理)的當前實踐和主題專家的經驗，消化吸收、避免錯誤，加速推進MLM的實現。
隨著企業信息管理系統對MBSE的支持能力不斷提高，更多的企業將愿意采用MBSE作為企業級的最佳實踐，進一步形成良好的MBSE生態環境，從而大力提升大型復雜系統的研發效率。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的alm系统的使用流程_支持MBSE的企业信息管理系统发展与启示的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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