MATLAB 和 Simulink用于基于模型的系统工程 (MBSE)

设计、分析和测试系统架构与软件架构。

工程师们使用基于模型的系统工程 (MBSE) 来管理系统复杂度、改善沟通并产出优化系统。成功的 MBSE 需要将相关各方的需求合成到架构模型中以创建直观的系统描述。

MATLAB、Simulink 和 System Composer 共同营造了一个统一的环境用于创建描述性架构模型,该模型可以无缝对接到详细实现模型。这样的互连环境确保了项目在架构世界和设计世界的同步。系统工程师可以建立一条在系统需求、架构模型、实现模型和嵌入式软件之间自由导航的数字主线。

使用 MATLAB、Simulink 和 System Composer,您可以:

  • 捕捉和管理系统需求开展影响和覆盖分析
  • 通过捕获架构元数据并直接连接到 MATLAB 分析进行特定领域的权衡研究以优化系统架构
  • 创建简化的自定义模型视图为不同的工程考量隔离相关组件
  • 使用基于仿真的测试确认需求和验证系统架构
  • 将需求转换并提炼到架构,其中的组件已就绪并可以使用 Simulink 基于模型的设计进行仿真和实现

“使用 Simulink 建模对于我们团队的 ARP 4754 工作很有帮助,特别是验证系统级需求、开发基于需求的测试以及定义低层级的软件需求,该需求可被我们的供应商使用 Simulink 和 Embedded Coder 生成符合 DO-178 Level A 的飞控代码。”

Rodrigo Fontes Souto, Embraer

将 MATLAB 和 Simulink 用于基于模型的系统工程 (MBSE)

开发架构模型和管理系统需求

采用组件、端口和连接器的建模方法在 System Composer 中直观地绘制架构的分层系统。在符合您需要的抽象级别上即时工作并在获取到细节时进行添加。为了在形式上定义组件之间交换的信息,您可以创建接口来验证所交换的数据是否有兼容的属性,比如数据类型、维度或单位。

通过使用 MATLAB API 导入外部存储库和文件可以重复利用现有的设计工件和接口控制文档 (ICD) 信息。您还可以从现有 Simulink 系统模型中提取架构模型。

在开发架构模型时,您可以使用 Simulink Requirements 直接捕获、查看和管理系统需求。系统需求可以链接到不同的架构元素,从而建立数字主线,实现需求的可追溯性,并执行需求覆盖率分析。链接的需求会保留一份版本记录,使您能够执行影响分析,并向下游团队传达重要变更。

将系统需求链接到架构模型,从而建立需求的可追溯性,并执行需求覆盖率分析或影响分析。


创建自定义视图来管理架构复杂度并与相关各方开展沟通。

借助视图进行权衡研究并分析架构

您可以使用含特定领域设计数据(如大小、重量、功率或成本)的构造型来扩展您的架构模型。相关的构造型可以分组到可用于当前整个构架或重用于其他架构的配置文件。为了管理架构复杂度,您可以创建自定义视图,来隔离相关各方感兴趣的组件,或方便地执行特定的分析活动。

使用 MATLAB,您可以在您的架构上直接进行分析和权衡研究。示例包括:

  • 自下而上汇总或自上而下分配(大小、重量、功率、成本等)
  • 网络或流分析(端到端延迟、最短路径、物资流等)
  • 自定义分析
  • 权衡研究(确定最容易接受的解决方案)

在 Simulink 中连接到基于模型设计

将架构组件直接链接到 Simulink 模型后使用基于模型设计定义行为,这将在您的整个开发过程中系统化地使用模型。按照自上而下的工作流程,可以从架构组件自动生成 Simulink 模型。按照相反的流程,您可以直接从 Simulink 组件模型创建架构组件。将架构模型与 Simulink 行为模型关联起来,确保您的架构模型和实现模型保持同步,并允许您仿真系统行为。


执行系统验证,以调试设计并识别不一致的需求。

系统验证

利用仿真,您可以探索架构、建立组件原型并创建组件规范,与此同时,在开发过程的早期了解并细化系统行为。为了对大型和复杂系统扩展这一做法,您可以使用测试套件自动进行验证,在基于模型的系统工程全过程中确认需求并反复验证系统行为。

您可以指定系统级测试以检查可供下游实现团队使用的需求的一致性和正确性。您可以将具有复杂、时序相关的信号逻辑需求转化成具有明确语义定义的评估,使用这些评估来调试设计和识别不一致的需求。