Unlocking Synergy: Leveraging SysML and Modelica with Bi-Directional Transformation and Simulation Integration Standards

Abstraction

Both the SysML and Modelica standards are used in the field of Systems Engineering (SE) to model systems from different perspectives, on different abstraction levels. SysML is strong when modeling systems on a functional level because it provides different views. With the capabilities of other simulation specifications, the engineers can simulate the system architecture. On the other hand, an open standard, such as Modelica is a key enabler for representing multi-physical systems described by differential, algebraic, and discrete equations. With the symbolic manipulation, the dynamics of the systems are represented in state space form, and solved by the numerical integration methods fixed or variable step. However, it is clear that the connection between systems engineering and system simulation, with their respective domain knowledge of the actual equipment in their system, is missing. By seeing these complementary values, the authors demonstrate language interaction to integrate SysML and Modelica to achieve complimentary values through bi-directional transformation and simulation.

  • 在行为模型中增强物理级系统架构的复用性；
  • 通过Modelica标准命令促进仿真集成；
  • 进行各种类型的分析，包括确认、验证、预测分析和资产分析来对比不同的需求。

本文的贡献：

  • 管理系统的复杂性和异构性：管理SysML的三个OOSEM级别概念级、逻辑级和物理模型。
  • 标准化集成
  • 集成仿真
  • 早期需求确认和资产分析的补充性价值
  • 支持标准兼容的工具开发

本文使用的方法：

  • 使用SysML-Modelica转换和SysPs标准。（OMG 2012和OMG 2021）
  • 与Modelica指令库集成（Open Source Modeica Consortium 2023）

工具的操作流程：

流程

本文有三个工具

  • CATIA Magic Cyber Systems Engineers，用于在SysML语言中建模系统结构；
  • CATIA Magic Model Analyst，用于执行模拟，从而实现对系统体系结构的需求分析和资产分析
  • Dymola，Modelica软件，用于仿真

步骤

七个步骤：

  • 导入Modelica连接器：根据OMG的两个标准，把Modelica的基本组件导入到CATIA Magic中；
  • 创建基于需求的系统架构：建立三级模型Concept Model、Logical Model和Physical Model；
  • 导出Modelica模版模型：导出物理层的Modelica模型，转换到modelica中；
  • 行为扩展：通过使用Modelica中的已经写好的组件，填充到转换完的模型中；
  • 编译：仿真；
  • 优化：针对用户而言，进行参数调整；
  • 确认与验证：输出的结果用于资产分析等

此示例演示了如何通过整合Catia Magic（SYSML）和Dymola（ModelICA）工具来处理系统工程的复杂性。Modelica被导入CATIA Magic，系统体系结构是根据需求构建的，模板模型从SYSML导出到Modelica，通过Modelica库将行为添加到导入的SYSML模型中，模型Model进行了编译和优化，并根据SYSML系统需求对结果进行了检查和验证。这种集成方法使基于动态物理的行为建模成为可能的一个示例是对水分配系统（WDS）的模拟。该分析包括成本贸易和税收周期评估，允许根据水需求预测做出明智的决策。

个人总结：
本文是CATIA Magic的人完成的一篇工作，展现了如何使用CATIA-Dymola进行SysML和modelica的联合MBSE工作的，整个案例比较完整，涵盖设计到仿真优化全过程，有借鉴意义。思考：本文先进行的SysML建模，后用Modelica进行反补物理模型，这一点跟一些工程顺序可能不同；资产分析等部分没有介绍是如何执行的，大部分功能应该被集成在CATIA Magic软件中了；迭代优化写得也比较模糊；整体工作可能还是偏理想，没有体现多人协同在MBSE中的效果，但已经很好了。