当前系统工程已逐渐转向基于模型的方法，即通过模型来描述系统的结构和行为，而不仅仅是依赖传统的文档。国际系统工程协会创建了诸如系统建模语言（SysML）等标准，使基于模型的系统工程（MBSE）成为复杂系统设计和管理的强大工具。随着数字化转型的深入，MBSE技术已经成为复杂装备系统制造业数字化转型的驱动力和关键业务抓手。本书从理论与软件实践两个方面展现基于MBSE的复杂装备系统设计场景。理论部分阐述复杂系统设计的建模、仿真、优化、管理等方法，实践部分结合自主知识产权的系统工程软件（蕴象软件）介绍工程案例的系统建模、验证及需求管理的实现，及与第三方软件集成应用的方法。全书由十一章组成，前五章介绍相关理论与方法，后六章介绍软件及其工程实例应用。

刘继红，北京航空航天大学教授，计算机辅助设计与图形学学报副主编，国家科技部"十二五”制造业信息化科技工程总体专家组成员，主要从事复杂产品数字化设计制造与管理、现代设计理论与方法、飞机装配技术与装备、知识管理与知识工程、制造业信息化战略等研究与教学工作。获得2008年天津市科技进步二等奖1项，中航工业集团2014年科技进步一等奖，英国Emrald出版集团2012年Highly Recommended Paper奖。主要著作有《复杂产品协同装配设计与规划》和《双足步行机器人进化技术》。

理论篇
第1章 基于模型的系统工程概论 2
1.1　基于模型的系统工程的历史背景 2
1.1.1 系统 2
1.1.2 系统工程 4
1.1.3 基于文档的系统工程 5
1.1.4 基于模型的系统工程 6
1.2　MBSE定义 7
1.3　MBSE研究现状 8
1.3.1 国外MBSE的研究与发展 8
1.3.2 国内MBSE的研究与发展 10
1.4　MBSE关键技术 11
1.4.1 建模语言 11
1.4.2 建模方法论 14
1.4.3 建模工具 15
1.5　MBSE应用 16
1.5.1 MBSE在航空航天领域的应用 16
1.5.2 MBSE在其他领域的应用 19
1.5.3 前沿应用探索 20
参考文献 21
第2章 系统设计建模 23
2.1　系统的设计理论与方法 23
2.1.1 系统化设计方法论 23
2.1.2 公理化设计理论 24
2.1.3 质量功能展开方法论 26
2.1.4 发明问题解决理论 27
2.2　系统建模方法论 28
2.2.1 系统建模方法论之OOSEM 28
2.2.2 系统建模方法论之OPM 32
2.2.3 系统建模方法论之Harmony-SE 37
2.3　SysML系统建模语言基础 41
2.3.1 需求图 42
2.3.2 行为图 45
2.3.3 结构图 50
2.3.4 参数图 55
参考文献 56
第3章 系统仿真验证 59
3.1　系统仿真验证概述 59
3.1.1 系统仿真 59
3.1.2 系统仿真的过程与特点 62
3.1.3 系统仿真的发展与应用 64
3.2　联合仿真建模验证 65
3.2.1 系统仿真建模概述 65
3.2.2 控制系统仿真建模与求解 66
3.2.3 结构系统仿真建模与求解 73
3.3　多领域统一建模验证 76
3.3.1 Modelica建模方法概述 76
3.3.2 连续物理系统仿真建模 79
3.3.3 离散物理系统仿真建模 86
参考文献 87
第4章 系统多学科设计优化 88
4.1　系统多学科设计优化理论 88
4.2　灵敏度分析技术 91
4.2.1 单学科灵敏度分析技术 92
4.2.2 多学科灵敏度分析技术 93
4.3　多学科设计优化算法与策略 96
4.3.1 多学科设计优化算法 96
4.3.2 多学科设计优化策略 99
参考文献 109
第5章 工程化需求管理 111
5.1　需求表达 111
5.1.1 用户需求获取 111
5.1.2 规范化的需求条目 115
5.1.3 需求文档编写原则 118
5.2　需求追溯 122
5.2.1 需求追溯与可追溯性 122
5.2.2 可追溯性指标 126
5.3　需求变更 128
5.3.1 技术状态管理概述 128
5.3.2 需求变更控制与管理 131
5.3.3 需求变更影响评估 135
参考文献 138
实践篇
第6章 国产基于模型的系统工程系列软件及案例背景简介 142
6.1　蕴象系统工程软件（SysDeSim）简介 142
6.2　SysDeSim.Arch软件的集成配置方法 145
6.2.1 SysDeSim.Arch软件与SysDeSim.Req软件的集成配置 145
6.2.2 SysDeSim.Arch软件与MATLAB软件的集成配置 147
6.3　案例综述 149
6.3.1 防区外打击作战样式的体系架构建模 149
6.3.2 防区外打击装备的概念方案 151
6.3.3 基于MBSE的防区外打击装备设计过程 154
参考文献 155
第7章 基于SysDeSim的系统总体设计与建模应用-问题域 156
7.1　问题域概述 156
7.2　黑盒视角问题域分析与建模 157
7.2.1 P-R初始阶段：利益相关者需求建模 157
7.2.2 B-S初始阶段：系统环境元素建模 162
7.2.3 B-B：用例与用例场景建模 164
7.2.4 B-S最终阶段：系统环境元素的交互建模 168
7.2.5 B-P：系统效能指标建模 170
7.3　白盒视角问题域分析 172
7.3.1 W-F初始阶段：功能分析 173
7.3.2 W-S：逻辑子系统交互及其通信建模 175
7.3.3 W-F最终阶段：功能分配 180
7.3.4 W-P：分系统效能指标 181
7.3.5 P-R最终阶段：利益相关者需求追溯分析 182
第8章 基于SysDeSim的系统总体设计与建模应用-解决域 184
8.1　解决域概述 184
8.2　系统结构建模 187
8.2.1 S-R初始阶段：系统需求及其衍生关系建模 187
8.2.2 S-S初始阶段：系统结构建模 191
8.2.3 S-SS：分系统结构建模 194
8.2.4 S-SB：分系统行为建模 198
8.3　系统结构配置 203
8.3.1 S-S最终阶段：系统结构配置 203
8.3.2 S-R最终阶段：系统配置方案与系统需求之间的细化关系建模 205
第9章 系统仿真验证应用 207
9.1　系统参数仿真验证 207
9.1.1 系统参数建模 207
9.1.2 基于MATLAB的系统参数仿真建模 212
9.1.3 系统参数仿真计算与验证 217
9.2　系统行为仿真验证 218
9.2.1 行为仿真UI建模 218
9.2.2 行为仿真分析 220
第10章 面向系统模型的多学科设计优化应用 226
10.1　基于SysML模型的多学科设计优化 226
10.1.1 多学科设计优化问题定义 226
10.1.2 基于遗传算法的多学科设计优化求解流程 228
10.1.3 基于SysML模型的多学科设计优化求解 230
10.2　基于多学科设计优化工具的优化求解 235
10.2.1 多学科设计优化工具简介 235
10.2.2 基于多学科设计优化工具的优化建模实例 238
10.2.3 基于不同优化算法的求解结果分析 242
第11章 与系统模型结合的需求管理工具应用 253
11.1　需求表达 253
11.1.1 需求条目编写 253
11.1.2 需求文档生成 257
11.1.3 基于“五值”的指标体系 259
11.2　需求追溯 263
11.2.1 需求链接管理 263
11.2.2 需求链接分析 267
11.2.3 追溯链管理 269
11.3　需求变更 270
11.3.1 基线管理 270
11.3.2 基线集管理 275
11.3.3 需求变更与影响分析 281
附录A 283
附录B