模型工程

2016年美國國家基金委（NSF）等部門發佈研究報告，將模型工程列為複雜工程系統建模仿真的方向之一。模型工程是針對建模仿真（Modeling and Simulation, M&S）領域對模型的需求而提出的，但對其他需要構建和使用模型的領域也具有借鑑意義。 ^[1] 

1、通用技術

模型工程通用技術分為模型全生命週期過程建模及模型全生命週期管理兩個方面。模型全生命週期建模指的是建立模型全生命週期中各階段活動的結構框架模型，揭示每個生命週期階段所需要的關鍵要素、關鍵數據、關鍵步驟以及對應的管理要求，可以作為模型構建及模型評估的重要參考。

2、模型構建技術

（1）模型需求獲取和管理

準確的需求分析是構建可信模型的第一步，需求獲取和管理技術是模型工程中重要環節，需求獲取的目標是提取、描述、解析和驗證用户需求，需求管理是將用户的需求與模型實現進行動態關聯，將用户需求指標按照系統層級逐步分解，實現需求變動與模型參數的快速追蹤。

（2）模型定義和建模語言

模型定義過程是對模型特點的概括描述，包括對模型實現層面更加細節的定義，系統的組織架構、組件模型的功能描述、組件模型的輸入輸出、組件模型交互規則等。對模型的定義及構建需要為工程師設計一種統一的高級建模語言，能夠同時兼顧對系統架構的描述以及模型內部行為狀態的表達。模型工程目前支持一體化複雜系統建模仿真語言——X語言，貫通從模型需求分析至仿真執行的全部過程，可更好地支持MBSE。

（3）過程管理建模

模型工程從兩個方面保障模型可信，一個方面是針對模型事後的VV&A，用於檢驗模型是否可信，另一個方面是針對建模過程中的規範管理，解決如何才能構建一個可信模型的問題，通過對模型構建過程建模，設計不同階段的管理標準，確保模型構建過程的規範性。

3、模型管理技術

（1）模型庫

搭建一個可擴展的模型庫是實踐模型工程的核心。實現對大量異構模型的存儲維護，模型庫需解決對模型的統一描述、模型的分類、識別多學科模型的關鍵特徵、針對需求高效檢索識別可用模型等問題。不同於一般的數據庫，模型庫需要存儲模型的實例以及模型關係知識網絡等。

（2）模型演化

模型演化是模型工程提出的一個重要概念。模型將進行不斷的調整和修改，包括元模型中參數、狀態、功能以及領域知識中的約束和規則等，稱為模型的演化。由於系統本身的複雜性，在演化過程中各種關係的變化複雜，需要對模型元素及其關係進行全面地跟蹤和管理，以確保模型演化的正確性。

（3）模型重配置

根據需求的多樣性及由於內部及環境的不確定性而引起的對模型功能機性能要求的變化，需要快速地對模型進行重構或配置。模型重構是在不改變模型主要外部功能的情況下，對其內部結構進行調整，完成模型的性能進一步優化，便於理解、維護和移植。。

（4）模型即服務

借鑑雲計算共享模式思想，異構模型及其執行引擎可以進行統一的集成封裝，進而通過雲平台作為服務進行分享。模型及其仿真引擎經過服務化封裝，便於部署和執行、維護。

（5）模型組合

主要研究如何利用已有的模型組件，根據系統需求，正確地組合成複雜的模型，內容包括模型組件的標準化封裝、模型智能匹配、模型關係管理、模型動態組合、模型一致性驗證、模型服務化等。

4、模型分析及評價技術

(1) 模型VV&A技術

分別是模型VV&A定性分析方法、定量分析方法與綜合分析方法。模型工程是為了提出一種可量化的規範化的複雜系統模型可信評估技術框架。

（2）模型工程全過程評價技術

針對模型構建過程進行精細化、標準化管理是保障模型可信的重要方面，包括模型工程過程管理、模型工程質量管理、模型配置管理等內容。從實施、過程、質量等方面對模型全生命週期各項活動進行管理和控制。對模型構建過程不同階段設定具體指標，採用專家經驗打分、量化考核以及歷史評分等對實施過程進行評價，結合模型VV&A技術，而給出模型可信度的最終評價。

（3）模型成熟度定義及評估技術

模型成熟度是模型工程提出的一個重要理念，對於模型組合、共享、重用以及可信評估具有重要參考價值。模型工程借鑑軟件工程中軟件成熟度的評級標準，設計了對模型成熟度進行評級的指導標準。

5、支撐技術

模型工程的實施需要一個集成化的支撐環境及相應的軟件工具，以支持開展模型工程各類活動，如網絡化協同工作、需求管理、過程模型構建與維護、模型庫管理、定性及定量分析與評估、數據集成、知識管理、模型驗證與仿真實驗等等。

可以應用於製造行業、經濟金融、社會管理、軍事領域、人工智能、工業互聯網等領域。 ^[1]