ISOIECIEEE 246412023 系统和软件工程.基于模型的系统和软件工程学的方法和工具标准立项发展报告

系统和软件工程基于模型的系统和软件工程学的方法和工具标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MethodsandToolsforModel-BasedSystemsandSoftwareEngineering摘要随着系统复杂度的指数级增长与软件定义一切的深入推进，传统以文档为中心的系统工程模式正面临效率瓶颈与一致性挑战。基于模型的系统工程（MBSE）作为应对复杂产品研发的核心范式转型方向，其方法论与工具链的标准化已成为国际学术界与工业界共同关注的战略议题。本报告以ISO/IEC/IEEE24641:2023《系统和软件工程基于模型的系统和软件工程学的方法和工具》为研究对象，系统梳理了该标准的立项背景、研制历程、核心技术内容与应用价值。该标准由国际电工委员会（IEC）联合国际标准化组织（ISO）及国际电气与电子工程师协会（IEEE）共同制定，于2023年5月16日正式发布，分类号为"软件开发和系统文件"，属于国际组织标准。报告指出，ISO/IEC/IEEE24641:2023填补了MBSE领域国际统一方法框架的空白，明确了基于模型的方法在系统与软件工程全生命周期中的技术流程、工具能力要求及元模型框架，对于指导复杂系统研发、促进工具互操作性、支撑数字化转型具有里程碑式意义。本报告还对标准的主要技术内容进行了层次化解析，对标准的核心技术框架进行了模块化拆解，并重点介绍了牵头起草单位之一——中国航空综合技术研究所的技术贡献，最后对标准的实施路径与未来演进趋势进行了展望。关键词：基于模型的系统工程；MBSE；系统与软件工程；标准化；工具互操作；ISO/IEC/IEEE24641Keywords:Model-BasedSystemsEngineering;MBSE;SystemsandSoftwareEngineering;Standardization;ToolInteroperability;ISO/IEC/IEEE246411引言1.1技术演进背景长期以来，系统与软件工程领域以文档驱动（Document-Driven）为主要工作模式，系统需求、设计决策、验证准则等信息散落于各类纸质或电子文档中。然而，随着航空航天、智能网联汽车、轨道交通、医疗器械等安全关键领域系统规模与复杂度的急剧攀升，文档驱动模式日益暴露出信息追溯困难、需求变更传播失控、设计与实现一致性难以保障等结构性缺陷。据国际系统工程协会（INCOSE）统计，在典型复杂系统研发项目中，工程师约有30%—50%的工作时间消耗在信息检索与一致性核对上，而非创造性设计活动。在此背景下，基于模型的系统工程（Model-BasedSystemsEngineering，MBSE）应运而生。其核心理念是以形式化或半形式化的系统模型作为全生命周期中权威信息源（SingleSourceofTruth），通过系统建模语言（如SysML、UML）构建需求模型、架构模型、行为模型与参数模型，实现从概念探索到退役处置的全过程模型连续性。INCOSE在《系统工程愿景2025》中明确指出，MBSE是支撑未来复杂系统研发的核心方法论。然而，MBSE实践长期面临两大瓶颈：一是方法论碎片化，各机构自研流程差异显著；二是工具链封闭化，模型在不同工具间的迁移与共享存在严重互操作障碍。1.2标准研制需求尽管OMG发布的SysML建模语言在表达层为系统建模提供了统一语法，但MBSE的落地实施远不止于图形化建模。它涉及建模方法流程（如何建模）、工具能力（用什么建模）、模型管理（模型如何演进与配置）以及组织采纳（如何融入现有研发体系）等多维度问题。上述维度在SysML标准中并未覆盖，导致各组织在实操层面仍各行其是，工具的自动化支持效果亦参差不齐。因此，国际社会亟需一项能够统摄MBSE方法论、工具链与实施框架的顶层国际标准。基于这一共识，ISO/IECJTC1/SC7（软件与系统工程分技术委员会）联合IEEE计算机学会启动了本标准的研制工作。经过多轮国际研讨与草案迭代，最终于2023年正式发布了ISO/IEC/IEEE24641:2023，旨在为全球MBSE实践提供统一的方法论基线与工具能力基准。2标准概况2.1标准基本信息ISO/IEC/IEEE24641:2023《系统和软件工程基于模型的系统和软件工程学的方法和工具》（SystemsandSoftwareengineering—Methodsandtoolsformodel-basedsystemsandsoftwareengineering）由国际电工委员会（IEC）归口发布，联合国际标准化组织（ISO）与国际电气与电子工程师协会（IEEE）共同制定，体现了两大国际标准化体系、三个权威组织在系统工程和软件工程领域的高度共识。该标准于2023年5月16日正式发布，当前状态为现行有效，分类号为"软件开发和系统文件"，标准国别为国际组织，工作语言为英语。作为一项在ISO/IEC/IEEE三方联合框架下制定的标准，它同时具备ISO对过程与质量体系的严谨规范、IEC在电工电子与系统领域的深厚工程背景，以及IEEE在软件工程与计算技术方面的领先知识积淀，具有极高的权威性与行业影响力。该标准对应于软件与系统工程领域的基础性工具和方法类标准，是对ISO/IEC/IEEE15288（系统生命周期过程）和ISO/IEC/IEEE12207（软件生命周期过程）在模型驱动范式下的方法论延伸和工具能力补充。2.2标准定位与适用范围本标准为上层的生命周期过程标准（ISO/IEC/IEEE15288、12207）与底层建模语言规范（OMGSysML、UML）之间搭建了关键桥梁。它聚焦于系统与软件工程中各类基于模型的方法与工具的使用框架，旨在回答以下核心问题：在系统与软件工程实践中，如何选择、采用、执行和评估基于模型的方法？这些方法需要什么样的工具支撑？工具应当具备哪些能力以满足建模、仿真、验证、配置管理等任务需求？其适用对象包括但不限于：系统工程师、软件工程师、建模工具开发与供应商、MBSE过程改进人员、质量与合规管理人员、采购方与认证机构，以及科研院所与高校相关研究人员。3标准主要技术内容ISO/IEC/IEEE24641:2023在内容架构上围绕"方法—工具—实施"三条主线展开，其核心内容可归纳为以下六大技术模块：3.1基于模型的方法框架标准在第5章中建立了通用的MBSE方法元模型，明确了方法应由建模语言、建模流程、建模视角、建模工件与建模工具五个基本要素构成，并定义了各要素之间的关系和约束。该元模型为不同组织和项目定制自身MBSE方法提供了标准化的结构模板，使各异构方法之间具备了可比性与可组合性。标准特别强调了方法定义的可变性：组织可根据项目特点、团队成熟度和领域特征对方法进行裁剪，但裁剪过程和理由需要被显式记录和评审。3.2建模与仿真流程标准详细规定了系统与软件工程中建模活动的输入、输出、步骤与验证要求。在建模流程部分，标准覆盖了从利益相关方需求捕获、系统需求分析、逻辑架构建模、物理架构建模到验证与确认活动在内的完整环节。标准明确了每个环节中模型应达到的精度与完备度，并将建模与仿真验证联系起来，推动从"文档审查"向"模型执行验证"的转变。此外，标准对多领域协同仿真环境下的模型集成、仿真数据管理和仿真结果置信度评估也给出了推荐实践。3.3工具能力框架与互操作性标准在第6章中对MBSE工具链的能力进行了系统分类，将其划分为建模能力、仿真分析能力、模型管理能力、过程集成能力、协作支持能力和开放接口能力六大维度，并在每个维度下定义了具体的能力项和分级评价准则。在互操作性方面，标准引入了模型交换与工具互操作的成熟度分级概念，鼓励工具供应商遵循标准化的模型交换格式（如XMI）、脚本接口（如OSLC）与语义映射机制，逐步从文件级互操作走向语义级互操作。3.4模型管理、质量保证与治理标准对模型的版本控制、配置管理、基线划分、变更评审等管理活动提出了明确要求，将模型作为受控工程资产进行管理。同时，标准从语法正确性、语义一致性、完整性、可追溯性和可维护性五个维度给出了模型质量评估框架，为组织在关键评审节点进行模型质量审查提供了标准化检查项。在治理层面，标准建议组织建立模型治理委员会，明确模型资产的所有者、生命周期和退役策略。3.5与组织过程和生命周期过程的集成标准提供了将MBSE方法和工具嵌入组织级研发流程的具体路径，包括与项目策划、风险管理、供方管理、质量保证等过程域的映射关系，以及在敏捷与DevOps环境下实施MBSE的适配策略。标准指出，MBSE不应被视为独立的工程孤岛，而应与传统工程学科（如可靠性、安全性、人因工程）和交付流程形成双向联动。3.6标准间关系|相关标准|关系类型|互补作用||---------|---------|---------||ISO/IEC/IEEE15288（系统生命周期过程）|上层过程标准|提供系统工程过程框架，24641在过程内部嵌入模型驱动方法||ISO/IEC/IEEE12207（软件生命周期过程）|上层过程标准|提供软件工程过程框架，24641指导软件建模工具与方法实施||OMGSysML™（系统建模语言）|表达层标准|提供建模语言语法语义，24641提供方法流程与工具能力要求||OMGUML®（统一建模语言）|表达层标准|支撑软件密集型系统建模，24641规范其工程化使用方法||ISO/IEC25010（系统与软件质量）|质量支撑标准|24641的模型质量维度与其质量模型对齐|4标准制定的参与单位4.1国际标准制定组织架构本标准由ISO/IECJTC1/SC7（软件与系统工程分技术委员会）主导制定，国内技术对口单位为中国电子技术标准化研究院。SC7/WG4（工具与方法工作组）具体承担该标准的起草与维护工作，参与成员包括来自美国、中国、日本、德国、法国、韩国、英国等主要工业国家的标准化专家，以及INCOSE、OMG等国际专业组织的代表。4.2重点参与单位介绍——中国航空综合技术研究所中国航空综合技术研究所（ChinaAero-PolytechnologyEstablishment，简称301所）隶属于中国航空工业集团有限公司，是集标准化、适航性与质量工程研究于一体的综合性技术基础研究机构，也是全国系统工程标准化领域的重要智库。该所长期代表中国参与ISO/IECJTC1/SC7国际标准化活动，在系统工程过程标准、软件质量标准的研制中积累了丰富经验。在ISO/IEC/IEEE24641:2023的研制过程中，中国航空综合技术研究所作为国内核心支撑单位，深度参与了标准草案的评议、试验验证与应用反馈工作。具体贡献包括：牵头组织了国内航空、航天、电子、核工业等领域二十余家单位的意见征集活动，汇总形成了系统性修改建议；结合C919大型客机、航空发动机等国家重大装备研制中MBSE方法的应用实践，为标准中建模流程与工具能力框架提供了工程验证案例；并推动该标准与国家军用标准GJB系列中数字化研制相关标准的衔接。这些工作有力提升了标准对复杂安全关键系统研制的适用性和可操作性。5标准实施价值与应用前景5.1对工业界的价值本标准的发布为企业推进MBSE转型提供了系统性的方法论指引和工具选型指南，具有多方面直接价值。第一，它帮助企业摆脱对特定工具供应商的锁定，通过标准化的工具能力框架和互操作要求降低工具链集成成本。第二，它为跨组织、跨供应链的模型协同与数据交换提供了共同的技术语言，为分布式研制环境下的模型共享扫清了障碍。第三，它建立了模型质量评价的基准，使得工程评审从主观经验判断走向基于标准指标的客观评估，显著提升复杂系统研制中的评审效率与质量。5.2重点应用领域在航空与航天领域，MBSE已被广泛应用于飞行器总体设计、航电系统架构设计与适航取证过程中，本标准的发布将有助于规范民机研制中供应商模型交付的格式与质量；在汽车工业领域，随着软件定义汽车（SDV）理念的兴起，本标准为智能网联汽车的电子电气架构建模与自动驾驶系统安全论证提供了方法支撑；在国防与军工领域，标准为装备数字化研制模式转型和数字孪生体建设提供了标准化底座；在轨道交通与能源领域，标准同样对高可靠信号系统与核电控制系统的研制具有直接指导价值。5.3实施路径建议结合标准内容与业界最佳实践，组织可参照以下路径推进ISO/IEC/IEEE24641:2023的落地实施。在差距评估阶段，以标准中工具能力框架为准绳审视现有工具链布局，识别能力短板。在方法定制阶段，依据标准中方法元模型定义适合组织业务特征的目标建模流程，并明确建模语言、建模工具与建模工件之间的映射关系。在试点推进阶段，选取1至2个中等复杂度项目进行小范围验证，在实施中校验方法裁剪规则和工具选型方案，积累可复用的组织级建模规范与模板库。在全面推广阶段，将验证后的方法与工具部署到更多项目中，建立模型评审和质量度量机制，并将MBSE实施成熟度纳入组织的年度评估体系。6结论与展望ISO/IEC/IEEE24641:2023的发布是系统工程与软件工程标准化进程中的重要里程碑。作为首个由ISO、IEC、IEEE三大国际组织联合发布的MBSE方法框架标准，它有效填补了上层过程标准与底层建模语言之间的方法空白，为全球范围内基于模型的工程实践提供了统一的技术基线和方法论基准。该标准的实施将有力推动MBSE从"技术探索"走向"工程主流"，从"企业自研"走向"行业互认"，从"文档辅佐"走向"模型驱动"。展望未来，随着数字孪生、人工智能辅助建模、低代码/无代码建模等新技术的持续演进，MBSE将向更加智能化、自动化和协同化的方向深化发展。ISO/IEC/IEEE24641系列标准也需要在以下维度持续演进：一是面向AI赋能的MBSE工具能力扩展需求，二是与数字孪生标准体系的深度对接，三是面向安全关键领域的MBSE形式化方法集成，以及面向中小企业的轻量化MBSE实施指南。中国作为全球制造业大国和数字经济发展重要引擎，应进一步深度参与该标准的后续修订工作，将中国在复杂产品数字化研制中的最佳实践贡献于国际标准体系，持续提升中国在系统工程国际标准化领域的话语权和影响力。参考文献[1]ISO/IEC/IEEE24641:2023,Systemsandsoftwareengineering—Methodsandtoolsformodel-basedsystemsandsoftwareengineering[S].Geneva:ISO/IEC,2023.[2]INCOSE.SystemsEngineeringVision2025[R].SanDiego:InternationalCouncilonSy