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摘要随着系统复杂性的持续增长与软件密集型产品在各行业的深度渗透，传统基于文档的工程开发模式在应对需求变更、架构设计与系统验证等方面日益显露出效率瓶颈和质量风险。基于模型的系统和软件工程（Model-BasedSystemsandSoftwareEngineering，简称MBSSE）方法通过将模型置于工程活动核心，系统性地提升了跨学科协作效率、设计可追溯性和自动化验证水平，已成为国际系统工程领域的主流发展趋势。在此背景下，国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）与美国电气和电子工程师协会（IEEE）联合制定了ISO/IEC/IEEE24641:2023标准，旨在为MBSSE方法的实施提供统一的过程框架、方法学指导与工具能力要求。本报告对该标准的立项背景、编制历程、核心内容、技术架构及推广应用价值进行了系统梳理与深入分析。报告指出，该标准填补了国际上关于MBSSE系统化方法论的空白，对于指导各类组织开展基于模型的工程实践、促进工具链互操作性、提升复杂系统研发效能具有重要的指导意义和参考价值。同时，报告对该标准在中国各行业的落地实施提出了展望与建议。关键词：基于模型的系统工程；MBSSE；ISO/IEC/IEEE24641；系统与软件工程；工程工具；标准化学科；模型驱动开发AbstractWiththecontinuousincreaseinsystemcomplexityandthedeeppenetrationofsoftware-intensiveproductsacrossvariousindustries,thetraditionaldocument-basedengineeringdevelopmentmodelhasincreasinglyexhibitedefficiencybottlenecksandqualityrisksinaddressingrequirementchanges,architecturaldesign,andsystemverification.TheModel-BasedSystemsandSoftwareEngineering(MBSSE)approach,whichplacesmodelsatthecoreofengineeringactivities,hassystematicallyenhancedcross-disciplinarycollaborationefficiency,designtraceability,andautomatedverificationcapabilities,makingitamainstreamdevelopmenttrendintheinternationalsystemsengineeringfield.Againstthisbackdrop,theInternationalOrganizationforStandardization(ISO),theInternationalElectrotechnicalCommission(IEC),andtheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers(IEEE)jointlydevelopedtheISO/IEC/IEEE24641:2023standard,aimingtoprovideaunifiedprocessframework,methodologicalguidance,andtoolcapabilityrequirementsfortheimplementationofMBSSEmethods.Thisreportsystematicallyreviewsandthoroughlyanalyzestheprojectbackground,compilationprocess,corecontent,technicalarchitecture,andapplicationvalueofthisstandard.ThereportpointsoutthatthisstandardfillstheinternationalgapregardingsystematicmethodologiesforMBSSEandholdssignificantguidingandreferencevalueforguidingorganizationsinimplementingmodel-basedengineeringpractices,promotingtoolchaininteroperability,andenhancingR&Defficiencyofcomplexsystems.Meanwhile,thereportpresentsprospectsandsuggestionsfortheimplementationofthisstandardacrossvariousindustriesinChina.Keywords:Model-BasedSystemsEngineering;MBSSE;ISO/IEC/IEEE24641;SystemsandSoftwareEngineering;EngineeringTools;StandardizationDiscipline;Model-DrivenDevelopment1.引言1.1立项背景现代工程系统正以前所未有的速度向高度复杂化、智能化与互联化方向演进。无论是航空航天、汽车制造、轨道交通等传统工业领域，还是人工智能、物联网、数字孪生等新兴技术领域，系统功能的实现越来越依赖软件与硬件的深度协同。在这一趋势下，系统工程师和软件工程师面临的核心挑战在于：如何在有限的资源和时间约束下，高效地管理需求变更、控制设计风险、保障系统质量，并实现跨学科团队的无缝协作。传统基于文档的工程模式以自然语言撰写的规格说明书、设计文档和测试报告作为主要信息载体。然而，随着系统规模的扩大，这一模式暴露出诸多固有缺陷：文档之间的一致性难以维护、需求到设计的追溯链容易断裂、设计决策难以被准确复用、自动化分析工具的支持极为有限。业界逐渐认识到，采用一种以模型为核心载体的工程方法论，系统性地取代或补充基于文档的方法，是突破上述瓶颈的根本路径。基于模型的系统和软件工程（MBSSE）正是在这一背景下应运而生。其核心理念是将模型作为需求分析、架构设计、行为建模、仿真验证及代码生成等工程活动的主要产出物与信息交互媒介，通过形式化或半形式化的建模语言与工具支持，实现系统全生命周期的可追溯、可分析和可验证。据国际系统工程协会（INCOSE）预测，到2025年，基于模型的系统工程将成为复杂系统研发的主流范式。然而，尽管MBSSE理念已被广泛接受，业界在具体实践层面仍面临诸多困惑：MBSSE的核心活动与工作流程如何定义？各类建模语言和建模工具在MBSSE过程中的定位和职责是什么？不同组织在采用MBSSE时，其过程域和能力要求有哪些差异？不同建模工具之间如何实现互操作和数据交换？这些问题严重制约了MBSSE的规模化部署和跨组织协作。制定一项国际标准以统一MBSSE的方法与工具要求，成为系统工程界的迫切需求。1.2标准编制历程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ISO/IECJTC1（信息技术联合技术委员会）下属SC7（系统和软件工程分技术委员会）与IEEE计算机协会联合制定。该标准的编制工作汇聚了来自全球系统工程、软件工程和工具开发领域的数十位专家。标准制定工作经历了多个阶段的严格评审与反复修订。从委员会草案（CD）到国际标准草案（DIS），再到最终国际标准草案（FDIS），各阶段均收到了来自成员国的大量意见与建议，编制组对各条款的内容准确性、技术先进性与可操作性进行了逐条审议与修订。2023年5月16日，ISO/IEC/IEEE24641:2023经最终投票获得通过，由ISO正式出版发布。该标准的发布标志着国际系统工程界在MBSSE标准化方面迈出了具有里程碑意义的一步。2.标准概述2.1标准基本信息ISO/IEC/IEEE24641:2023标准由国际电工委员会（IEC）归口管理，其分类号为“软件开发和系统文件”。标准采用英语作为官方语言，于2023年5月16日正式发布，当前状态为“现行”（Active）。该标准被纳入ISO/IECJTC1/SC7标准体系，与ISO/IEC/IEEE15288（系统生命周期过程）、ISO/IEC/IEEE12207（软件生命周期过程）和ISO/IEC/IEEE24748（生命周期管理）等基础标准共同构成了系统和软件工程领域的标准族。该标准的正式名称为《SystemsandSoftwareengineering—Methodsandtoolsformodel-basedsystemsandsoftwareengineering》，中文译名为《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》。标准为电子版发行，以加密PDF格式提供。2.2标准定位ISO/IEC/IEEE24641:2023是国际上首份专门针对MBSSE方法和工具的系统性国际标准。它既不是一份建模语言的规范（如SysML或UML的语义定义），也不是某一个特定建模工具的认证标准，而是在更高的方法论层面，为组织在系统和软件工程过程中引入和应用基于模型的方法提供指导框架和工具能力参考。该标准的预期用户包括：系统工程师、软件工程师、过程改进人员、质量管理人员、项目管理者、工具供应商、学术研究人员以及采购方等。不同角色可以从不同角度使用该标准，获取与其职责相关的指导和建议。3.标准核心内容分析3.1标准范围与适用对象ISO/IEC/IEEE24641:2023明确规定了MBSSE采用过程中所需考虑的过程域、方法学支撑和工具能力要求。该标准适用的对象范围广泛，涵盖从小型嵌入式系统到大型复杂系统-of-systems的各种类型系统，适用于系统密集型行业中的工程项目和产品研发活动。标准将MBSSE界定为一种工程实践范式，要求将结构化模型作为工程活动中的主要信息载体和沟通媒介。与传统的代码优先或文档优先范式不同，MBSSE强调模型在整个生命周期中的核心驱动力作用，从而支持更早的验证、更快的迭代和更优的设计决策。3.2MBSSE的过程域框架标准将MBSSE的过程域划分为若干关键领域，对每个领域进行了系统的阐述。主要包括：MBSSE的经营管理过程域，关注将基于模型的方法纳入组织战略规划、能力建设和投资决策；MBSSE的技术管理过程域，涵盖项目策划、评估与控制、决策分析与风险管理等活动中如何运用模型支撑管理决策；MBSSE的技术过程域，这是标准的核心内容，详细规定了在业务或任务分析、利益相关方需求定义、系统需求定义、架构定义、设计定义、系统分析与验证、系统集成与确认等各技术过程中模型的具体应用方式和方法要求。在需求工程方面，标准要求利用模型表达需求及其之间的关系，建立需求之间的追溯矩阵，支持需求的冲突检测和影响分析。在架构设计方面，标准推荐采用多视图建模方法，通过功能视图、逻辑视图、物理视图等不同视角对系统进行全面描述，确保不同利益相关方能够从各自关注的角度理解和评估系统设计。在验证与确认方面，标准强调基于模型的仿真分析和形式化验证方法的使用，通过模型执行来验证系统行为是否满足需求。在集成活动中，模型为组件之间的接口定义和集成顺序提供了精确的规范依据。3.3方法论与工具能力要求标准对支撑MBSSE实施的方法和工具提出了系统性的能力要求。在方法论层面，标准不对具体建模语言作强制限定，而是要求组织根据自身领域特点和应用场景选择合适的建模语言和建模工具。标准指出，有效的MBSSE方法应当支持多视图建模、模型集成与模型库管理、模型与其他工程资产的关联与追溯、模型驱动的代码生成与文档生成，以及模型-仿真-测试的闭环联动。在工具能力方面，标准从建模工具、仿真工具、验证工具、代码生成工具、模型管理工具和协作平台等不同类别出发，对各工具应具备的功能能力进行了分类描述。标准特别强调工具的互操作性，要求工具间能支持标准化的数据交换接口（如基于XML的数据交换格式），支持模型的版本管理和配置管理，支持多用户的并发协作开发。此外，标准还对工具的选择与评价给出了建议准则，包括功能覆盖度、易用性、可扩展性、厂商支持与服务质量等方面。3.4组织级实施指南ISO/IEC/IEEE24641:2023不仅面向具体的工程项目层，还从组织层面提出了MBSSE实施的转型路径。标准指出，从传统工程模式向MBSSE模式转型是一个系统工程问题，涉及过程、人员、工具和治理四个维度的协同变革。组织应当建立与MBSSE相适应的过程资产库，开发和维护建模指南与规范；应当加强人员培训，建立建模能力认证机制；应当评估和选型适当的工具平台，搭建统一的模型管理环境；应当建立与MBSSE相适应的质量保证和过程改进机制。4.标准修订单位介绍ISO/IEC/IEEE24641:2023标准由ISO/IECJTC1/SC7分技术委员会主导制定。作为国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）联合设立的第一联合技术委员会（JTC1）下属的第7分技术委员会，SC7承担着系统和软件工程领域全部国际标准的制修订工作，其标准化范围覆盖系统和软件生命周期过程、软件产品质量、软件工程方法、系统与软件文档、过程评估与改进等核心方向。SC7分技术委员会汇聚了来自全球数十个国家的标准化专家和行业代表，下设多个工作组分别负责不同领域的标准研制。其中，负责系统工程标准的工作组（ISO/IECJTC1/SC7/WG12）承担了ISO/IEC/IEEE24641的编制任务，与IEEE计算机协会的专家团队紧密协作完成标准起草工作。IEEE计算机协会作为该标准的联合制定方，在标准编制过程中发挥了不可替代的作用。IEEE计算机协会是国际电气和电子工程师协会（IEEE）下属专门从事计算机和信息技术领域学术与标准化活动的分支机构，在软件工程、系统集成和数据交换等领域的标准研制方面拥有深厚的积累。IEEE在系统工程领域的标准制定长期保持活跃，其发起的多项标准被广泛采纳和应用。在ISO/IEC/IEEE24641编制过程中，IEEE计算机协会利用其在系统工程与软件工程交叉领域的技术积累，为标准框架的构建和核心技术内容的形成提供了重要支撑。此外，来自中国、美国、英国、德国、法国、日本、韩国等国家的标准化技术专家深度参与了标准的编制工作，将各自国家在MBSSE研究和工业实践中的经验与成果融入标准。国际系统工程协会（INCOSE）作为liaison组织也为标准的制定提供了丰富的行业实践参考和技术输入。5.标准应用价值与展望5.1标准应用价值分析ISO/IEC/IEEE24641:2023的发布对于全球系统工程和软件工程领域具有多重价值。在行业实践层面，该标准为采用MBSSE的组织提供了一份权威的方法论框架和工具选型指南。通过参照标准中定义的过程域和工具能力要求，组织可以有条不紊地规划和推进基于模型的工程实践，避免盲目试错和碎片化建设。该标准为MBSSE的实施建立了统一的术语体系和参照基准，不同组织、不同团队之间可以基于同一套概念语言进行沟通和协作，减少因术语差异带来的理解偏差和协作障碍。在工具生态层面，该标准对工具能力的分类和互操作性的强调，为工具供应商提供了明确的产品规划和发展方向指引，引导工具市场朝着更加开放、标准化和互操作的方向发展，从而降低终端用户对单一厂商的锁定风险，提升工具替换和集成的灵活性。在标准体系建设层面，该标准与ISO/IEC/IEEE15288、ISO/IEC/IEEE12207等生命周期过程标准形成了良好的互补关系。生命周期过程标准回答了“工程活动中应当做什么”，而ISO/IEC/IEEE24641则进一步回答了“如何利用模型来做好这些事情”，两者相互支撑，共同构成了系统工程和软件工程标准的完整图景。5.2在中国推广实施建议当前，中国正在深入推进新型工业化和制造业数字化转型。基于模型的系统工程作为数字化研发的核心方法论，已在中国航空航天、国防电子、汽车、高端装备等行业开始得到应用。ISO/IEC/IEEE24641:2023标准的发布为中国各行业引入和规范MBSSE实践提供了权威的国际参照。5.3未来发展趋势展望未来，随着数字孪生、人工智能、云计算等技术的快速发展，MBSSE方法论和工具将持续演进。模型与物理系统的无缝融合、基于模型的智能化分析与优化、分布式团队的实时协同建模、模型库的跨组织共享等方向将成为技术发展的重要趋势。ISO/IEC/IEEE24641标准本身也将在持续维护机制下根据技术发展和行业需求适时开展修订与更新工作。可以预见，随着ISO/IEC/IEEE24641:2023在全球范围的推广实施，基于模型的方法将成为系统和软件工程领域的主流实践范式，为各行业数字化转型和复杂系统研发效能的提升提供坚实的标准化支撑。6.结论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》是国际标准化组织、国际电工委员会和IEEE三方联合发布的首份系统阐述MBSSE方法论与工具要求的国际标准。该标准以系统化的过程域框架、工具能力分类体系和组织级实施指南，为全球各类组织开展基于模型的工程实践建立了统一的方法论基线。标准的发布填补了MBSSE领域国际标准的空白，对于促进跨行业、跨组织的基于模型工程实践的规范化发展具有深远意义。在数字化浪潮席卷全球的大背景下，ISO/IEC/IE