【iMBSE】| 架構設計的創新——創成式工程
http://gjzbw99.com 2021-11-25 15:18 來源：西門子工業業務領域
當今復雜系統的復雜度已經呈現出爆炸式的增長，創新的重要性又毋庸置疑，日新月異的先進技術更是大幅增加了設計開發和工程的難度。同時，為了保持競爭力，企業又必須提供最佳設計來保持產品優勢。這些，對于設計工程師而言，真的背負了太多的責任，既要使系統設計滿足需求，又要考慮技術、成本、材料等多方面約束，還要在有限的時間內探尋到更好的設計，可當前設計探索方式已快達極限，設計過程卻愈加復雜。
設計不易，路在何方？企業和工程師迫切需要一種新的方法論。那么，智能化、自動化當家的今天，對于設計建模來說，建模過程本身是否也能實現自動化呢？幸運的是，創成式工程或創成式設計（Generative Engineering）提供了這種可能。創成式工程是一個自我創新的設計過程，能夠根據給定的設計意圖和約束條件，通過創成式設計來生成潛在的可行性設計方案，然后進行綜合對比，將篩選方案推送給設計者進行最優決策。
所謂創成式設計，通俗的說就是，根據需求和約束條件，通過設計軟件中的算法和基于知識的推理方法自主生成模型，或者說是使用算法將需求轉換為產品設計，是一種參數化的建模方式。在設計中，只需要提供參數，算法將自動進行調整，生成大量備選設計方案，而無需工程師的指導。設計工程師的任務主要轉為創建規則，生成模型的任務則是交由軟件自主完成，并且在設計規則中融入的資深的知識和經驗能夠指導經驗不足的工程師快速優化設計，提高工程師的生產力。這種設計方法能夠助力設計工程師，用更少的時間，探索更多的方案可能性，與更多的利益相關方協同，平衡更多的需求，設計出更加復雜和更好性能的產品。
系統架構設計中的創成式工程
在MBSE正向設計過程中的系統架構設計，體現的是系統的核心價值，也是企業價值工程之所在。設計工程師在進行系統架構設計時，為了滿足各利益相關者的需求和系統頂層的功能，需要從系統的不同維度進行設計，而這一復雜系統的設計過程也是創新的過程。設計來自于想法，但不僅是想法，更是基于規劃，分析每一步的復雜實現，尤其是對架構進行細化定義和分解的過程中，更需要有效探索設計空間。換言之，在對系統的功能和架構進行建模之后，架構創成和優化就成為了MBSE中很重要的環節。
創成式工程始于系統功能模型，代表的是需要實現的系統功能（但并不指定如何實現該功能）。然后，將系統定義和功能作為輸入，理清各目標功能間的相互關系，并以規則來描述。再基于規則，自動且快速地生成系統的邏輯和物理架構方案，并評估和比較多個架構方案進行優化設計。在這一過程中，企業能夠通過創成，利用算法和基于知識的推理方法自動生成選項，盡早地進行創新解決方案的探索，并且協助向下選擇替代方案并驗證最佳概念和設計，也就是說創成式工程旨在支持從產品創意到最終產品的工作流程。
創成式工程對復雜系統工程架構設計的創新意義非凡，應用的領域也很廣。以阿波羅號使命任務架構設計為例，該應用使用西門子的Simcenter Studio工具，首先從使命任務角度出發，定義設計問題，再對系統模型進行定義和架構生成，然后將模型轉換為數學公式并求解，最后進行架構的評估，以及權衡研究，從而探索出將宇航員送入月球并帶回地球的最佳概念性解決方案。
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《阿波羅號使命任務架構設計》案例
火星車2030的具體案例，也通過機器推理技術（Machine Reasoning）或其他技術進行綜合對比，進行了優化設計，展示了創成式工程的基本過程。
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《火星車2030》案例
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