基于MBSE的使命线程设计方法

doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2026.04.13

系统工程与电子技术 ›› 2026, Vol. 48 ›› Issue (4): 1230-1242.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2026.04.13

• 系统工程 • 上一篇

基于MBSE的使命线程设计方法

王林尧¹(), 蒙涛¹^,²^,*, 孙书剑³, 李任飞¹

1. 浙江大学航空航天学院，浙江杭州 310012
2. 浙江大学海南研究院，海南三亚 572025
3. 浣江实验室，浙江绍兴 311800

收稿日期:2024-12-02 修回日期:2025-02-19 接受日期:2026-03-18 出版日期:2025-05-20 发布日期:2025-05-20
通讯作者: 蒙涛 E-mail:Wanglinyao@zju.edu.cn
作者简介:王林尧（1997—），男，博士研究生，主要研究方向为基于模型的系统工程、体系工程
孙书剑（1990—），男，博士，主要研究方向为微小卫星设计、卫星载荷设计
李任飞（1999—），男，博士研究生，主要研究方向为基于模型的系统工程、卫星参数设计
基金资助:
浙江省自然科学基金（LR24F030001）资助课题

MBSE-based mission thread design method

Linyao WANG¹(), Tao MENG¹^,²^,*, Shujian SUN³, Renfei LI¹

1. School of Aeronautics and Astronauts，Zhejiang University，Hangzhou 310012，China
2. Hainan Institute of Zhejiang University，Sanya 572025，China
3. Huanjiang Laboratory，Shaoxing 311800， China

Received:2024-12-02 Revised:2025-02-19 Accepted:2026-03-18 Online:2025-05-20 Published:2025-05-20
Contact: Tao MENG E-mail:Wanglinyao@zju.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

使命工程旨在应对复杂使命为使命计划、分析和设计工作带来的挑战，近年来在国外航天与国防领域受到广泛关注。使命线程是使命工程核心工件之一。本文提出一种采用基于模型的系统工程的使命线程设计方法，旨在优化使命线程的设计过程。该方法首先在基于模型的环境中对使命和任务进行深入分析，并根据分析结果构建模块化的任务模型，随后将这些任务模型集成，形成完整的使命线程。通过案例验证，研究表明该方法不仅能够在任务分析和设计中保证数据的连续性、知识一致性，还能显著提升知识复用的效果，增强工程师对使命和任务的理解与控制。

关键词: 基于模型的系统工程, 使命工程, 体系工程, 作战行动方案

Abstract:

Mission engineering （ME） has been proposed as an important approach to address the challenges in plan, analysis and design posed by complex mission, and has gained significant attention in the aerospace and defense sectors. Among the various artifacts in ME, mission threads （MTs） are considered one of the core components. This study proposes an MTs design method based on model-based systems engineering （MBSE） aimed at optimizing the design process of MTs. The proposed method begins by performing in-depth analysis of missions and tasks within a model-based environment, and then constructs modular task models based on the analysis results. These task models are subsequently integrated to form a complete MT. Case study results demonstrate that the proposed approach not only ensures the continuity of data and the consistency of knowledge in mission analysis and design but also significantly enhances models reuse, thereby improving engineers' understanding and control of missions and tasks.

Key words: model-based systems engineering (MBSE), mission engineering (ME), system of systems engineering (SoSE), course of action (COA)

中图分类号:

N 945.2

王林尧, 蒙涛, 孙书剑, 李任飞. 基于MBSE的使命线程设计方法[J]. 系统工程与电子技术, 2026, 48(4): 1230-1242.

Linyao WANG, Tao MENG, Shujian SUN, Renfei LI. MBSE-based mission thread design method[J]. Systems Engineering and Electronics, 2026, 48(4): 1230-1242.

图/表 19

图1

图2

表1

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

图11

图12

图13

图14

图15

图16

图17

图18

参考文献 31

1	ONDRUS P, FATIG M. Mission engineering[C]// Proc. of the Second International Symposium on Ground Data Systems for Space Mission Operations, 1992: 313−318.
2	DEPARTMENT OF DEFENSE. Mission engineering guide[EB/OL]. [2024-11-28]. https: //ac.cto.mil/wp-content/uploads/2023/11/MEG_2_Oct2023.pdf.
3	SOUSA-POZA A. Mission engineering[J]. International Journal of System of Systems Engineering, 2015, 6 (3): 161- 185.
4	MICHAEL W, BRYAN M, GARRY R, et al. Guide to the systems engineering body of knowledge[M]. Hoboken: Stevens Institute of Technology, 2024.
5	ZHANG L X, GUO X, REN Z F, et al. Mission analysis and design of launch vehicle based on MBSE[C]// Proc. of the 2nd International Conference on Aerospace and Control Engineering, 2024.
6	KASLOW D, LEVI A, CAHILL P T, et al. Mission engineering and the cubesat system reference model[C]// Proc. of the IEEE Aerospace Conference, 2021.
7	BARDAJI J, BAYAZID A, TAPIA J I, et al. Applying the tradespace analysis tool for constellations (TAT-C) for earth science mission analysis[C]// Proc. of the IEEE Aerospace Conference, 2024.
8	FENG Y H, WEI S, CHENG G Q, et al. Benchmarking framework for command and control mission planning under uncertain environment[J]. Soft Computing, 2020, 24 (24): 63- 78. doi: 10.1007/s00500-018-03732-3
9	HERNANDEZ A S, HATCH W D, POLLMAN A G, et al. Computer experimentation and scenario methodologies to support integration and operations phases of mission engineering and analysis[C]// Proc. of the Winter Simulation Conference, 2018: 3765−3776.
10	HUTCHISON N A C, LUNA S, MILLER W D, et al. Mission engineering competencies[C]// Proc. of the American Society for Engineering Education (ASEE) Annual Conference and Exposition, 2018: 23769.
11	CHERFA I, BELLOIR N, SADOU S, et al. Systems of systems: from mission definition to architecture description[J]. Systems Engineering, 2019, 22 (6): 437- 454. doi: 10.1002/sys.21523
12	HUTCHISON N, TAO H Y S, MILLER W, et al. Framework for mission engineering competencies[J]. INCOSE International Symposium, 2018, 28(1): 518−531.
13	RAZ A K, GAMARRA M. Mission engineering: analysis of mission threads with system of systems interdependence[C]// Proc. of the IEEE International Systems Conference, 2024.
14	谢苏明, 毛万峰, 李杏. 关于作战筹划与作战任务规划[J]. 指挥与控制学报, 2017, 3 (4): 281- 285. doi: 10.3969/j.issn.2096-0204.2017.04.0281
	XIE S M, MAO W F, LI X. On combat planning and combat mission planning[J]. Journal of Command and Control, 2017, 3 (4): 281- 285. doi: 10.3969/j.issn.2096-0204.2017.04.0281
15	HE H, WEI W P, YI Z F, et al. An operation planning generation and optimization method for the new intelligent combat SoS[J]. IEEE Access, 2019, 7 (156): 834- 847. doi: 10.1109/access.2019.2949989
16	CORBARI G I, KHATOD N, POPIAK J F, et al. Mission thread analysis: establishing a common framework[J]. The Cyber Defense Review, 2024, 9 (1): 37- 54.
17	张晓雪, 刘刚, 罗爱民, 等. 基于对象Petri网的作战行动方案开发方法[J]. 系统工程与电子技术, 2012, 34 (10): 2058- 2063. doi: 10.3969/j.issn.1001-506X.2012.10.14
	ZHANG X X, LIU G, LUO A M, et al. Development method of combat operation plan based on object petri net[J]. Systems Engineering and Electronics, 2012, 34 (10): 2058- 2063. doi: 10.3969/j.issn.1001-506X.2012.10.14
18	杨晨光, 贾贞, 刘志. 基于联合使命线程的装备作战效能度量指标构建[J]. 指挥控制与仿真, 2019, 41 (4): 85- 90.
	YANG C G, JIA Z, LIU Z. Construction of equipment operational effectiveness measures based on joint mission thread[J]. Command Control & Simulation, 2019, 41 (4): 85- 90.
19	王林尧, 蒙涛, 李任飞, 等. 使命工程研究综述[C]//第六届体系工程学术会议论文集—体系工程与高质量发展, 2024.
	WANG L Y, MENG T, LI R F, et al. Review of mission engineering research[C]// Proc. of the 6th Systems Engineering Conference−Systems Engineering and High Quality Development, 2024.
20	LEVCHUNK G M, LEVCHUNK Y N, LUO J, et al. Normative design of organizations. I. Mission planning[J]. IEEE Trans. on Systems, Man, and Cybernetics-Part A: Systems and Humans, 2002, 32 (3): 346- 359. doi: 10.1109/TSMCA.2002.802819
21	黄会, 李敏勇, 金晓宇. 基于效果的作战样式建模与分析[J]. 舰船电子工程, 2007 (4): 17- 20，7. doi: 10.3969/j.issn.1627-9730.2007.04.005
	HUANG H, LI M Y, JIN X Y. Modeling and analysis of combat styles based on effectiveness[J]. Ship Electronic Engineering, 2007 (4): 17- 20，7. doi: 10.3969/j.issn.1627-9730.2007.04.005
22	丛林虎, 陈宇奇, 陈黎明, 等. 基于多层级使命任务线程的总体任务成功性评估[J]. 系统工程与电子技术, 2024, 46 (2): 616- 630. doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2024.02.25
	CONG L H, CHEN Y Q, CHEN L M, et al. Overall mission success assessment based on multi-level mission threads[J]. Systems Engineering and Electronics, 2024, 46 (2): 616- 630. doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2024.02.25
23	沈玉玲, 邱兴业, 樊垚. 网络计划技术在海上作战任务规划中的应用[J]. 指挥与控制学报, 2017, 3 (4): 330- 335. doi: 10.3969/j.issn.2096-0204.2017.04.0330
	SHEN Y L, QIU X Y, FAN Y. Application of network planning technology in maritime combat mission planning[J]. Journal of Command and Control, 2017, 3 (4): 330- 335. doi: 10.3969/j.issn.2096-0204.2017.04.0330
24	刘兆鹏, 罗睿, 张金璐, 等. 一种有限资源约束的博弈概率图规划模型[J]. 指挥与控制学报, 2022, 8 (4): 483- 488. doi: 10.3969/j.issn.2096-0204.2022.04.0483
	LIU Z P, LUO R, ZHANG J L, et al. A probabilistic graph planning model under finite resource constraints[J]. Journal of Command and Control, 2022, 8 (4): 483- 488. doi: 10.3969/j.issn.2096-0204.2022.04.0483
25	PENNOCK M J, DRISCOLL G I, DAHMAN J S, et al. Enabling mission engineering through a reusable digital engineering environment[C]// Proc. of the IEEE International Systems Conference, 2022.
26	LEE E B K, VAN BOSSUYT D L, BICKFORD J F. Digital twin-enabled decision support in mission engineering and route planning[J]. Systems, 2021, 9 (4): 82. doi: 10.3390/systems9040082
27	倪庆, 彭祺擘, 张海联. 载人月球探测任务初期多视角分层分析方法[J]. 宇航学报, 2023, 44 (10): 1483- 1495. doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2023.10.001
	NI Q, PENG Q B, ZHANG H L. Multi-perspective hierarchical analysis method for early-stage manned lunar exploration missions[J]. Journal of Astronautics, 2023, 44 (10): 1483- 1495. doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2023.10.001
28	BEERY P, PAULO E. Application of model-based systems engineering concepts to support mission engineering[J]. Systems, 2019, 7 (3): 44. doi: 10.3390/systems7030044
29	KIRSHNER M, VALERDI R. Integrating model-based systems and digital engineering for crewed mars mission planning[J]. Journal of Aerospace Information Systems, 2022, 19 (10): 668- 676. doi: 10.2514/1.I010986
30	ZHANG L, KRISTENSEN L M, MITCHELL B, et al. COAST-An operational planning tool for course of action development and analysis[C]// Proc. of the 9th International Command and Control Research and Technology Symposium, 2004.
31	王林尧, 赵滟, 张仁杰. 数字工程研究综述[J]. 系统工程学报, 2023, 38 (2): 265- 274. doi: 10.3963/j.issn.1674-6066.2025.05.025
	WANG L Y, ZHAO Y, ZHANG R J. Review of digital engineering research[J]. Journal of Systems Engineering, 2023, 38 (2): 265- 274. doi: 10.3963/j.issn.1674-6066.2025.05.025

阶段	所属建模步骤	模型内容	模型类型	前置模型序号
阶段一	步骤 1	1.使命元模型	“Profile” & “stereotype”工件	−
	步骤 1	2.任务元模型	“Profile” & “stereotype”工件	−
	步骤 3	3.使命结构模型	Generic table视图	1
	步骤 4	4.使命特征模型	BDD	1
	步骤 4	5.任务特征模型	Generic table视图	2
阶段二	步骤 1	6.任务初始化模型	Block 工件、元模型	2、5
	步骤 2	7.任务参数模型	“Value properties”属性	2、5、6
	步骤 3	8.任务主视图模型	状态机图	5、6
	步骤 4	9.任务工作流模型	活动图	5、6、8
	步骤 5	10.任务条件模型	活动图	5、6、8
	步骤 5	11.任务效果模型	活动图	5、6、8
	步骤 6	12.任务级仿真模型	状态机图、活动图、BDD	6、7、8、9、10
阶段三	步骤 1	13.使命初始化模型	Block 工件、元模型	1、4
	步骤 2	14.任务交互模型	内部块图	3、6、10、11、13
	步骤 4	15.使命级活动流模型	活动图	3、4、13、14
	步骤 5	16.使命参数模型	参数图	3、7、13、14、15
	步骤 6	17.使命级仿真模型	仿真与配置模块	3、4、12、13、14、15、16

[1]	吴蕊, 潘积远, 李富强. 基于能力的数据链体系建模与仿真[J]. 系统工程与电子技术, 2026, 48(3): 986-999.
[2]	刘瑞华, 鹿繁鹏, 马赞. 国产民机导航系统MBSE建模及终端区RNP运行仿真[J]. 系统工程与电子技术, 2026, 48(2): 588-602.
[3]	马立群, 刘锦周, 刘子腾. 基于MBSE的氢能源动力飞机适航基础分析[J]. 系统工程与电子技术, 2026, 48(1): 198-208.
[4]	王纪凯, 豆亚杰, 李婧, 董奕君, 姜江, 谭跃进. 智能决策在军事体系工程的研究综述[J]. 系统工程与电子技术, 2025, 47(8): 2581-2599.
[5]	孟庆春, 杜非, 王彪, 张芹, 韩汶, 徐畅. 基于MBSE的危化品车辆监控预警系统设计[J]. 系统工程与电子技术, 2025, 47(7): 2224-2236.
[6]	李明华, 潘星, 张耐民, 胡彭炜, 党宇恒. 装备体系可靠性理论及航天工程实践[J]. 系统工程与电子技术, 2025, 47(7): 2304-2313.
[7]	李特, 郭强, 战鹏. 基于MBSE的异构探测器系统架构设计方法[J]. 系统工程与电子技术, 2025, 47(6): 1930-1940.
[8]	崔馨方, 陈祥文. MBSE在载人航天在轨物资补给任务中的应用[J]. 系统工程与电子技术, 2025, 47(5): 1551-1560.
[9]	鲁金直, 王国新, 唐锡晋, 唐俊杰, 温跃杰, 唐剑, 张旸旸, 兰小平, 刘奇, 李俊霖, 马君达, 吴绶玄, 胡晓度. 面向空间智能的基于模型的系统工程方法[J]. 系统工程与电子技术, 2025, 47(12): 3877-3889.
[10]	龚逸辉, 王国新, 阎艳, 吴绶玄, 董梦如, 袁永吉. 基于模型的系统工程中的架构模型质量综述：概念、框架和技术[J]. 系统工程与电子技术, 2025, 47(12): 3890-3900.
[11]	白一帆, 张鹏, 霍晓春, 代巍, 杨文举. MBSE与PLM融合的系统总体协同设计实践应用研究[J]. 系统工程与电子技术, 2025, 47(12): 3924-3934.
[12]	宋则隆, 陈瑾, 周诠, 谭一凡, 赵嘉熙, 郑晓晨. AI赋能基于模型的系统工程研究现状与展望[J]. 系统工程与电子技术, 2025, 47(12): 3966-3980.
[13]	汪澔, 唐剑, 赵云飞, 武仲芝, 郭玮. 民用飞机航空运输体系分布式联合仿真方法及应用研究[J]. 系统工程与电子技术, 2025, 47(12): 3993-4004.
[14]	武磊磊, 赵毅, 董俊花, 李文屏. 基于MBSE的卫星管控流程建模设计[J]. 系统工程与电子技术, 2025, 47(12): 4225-4232.
[15]	陈成, 张祥瑞, 杨中源, 周华伟, 何秦, 韩灿. 基于DoDAF的舰船实战化需求建模与分析方法[J]. 系统工程与电子技术, 2025, 47(10): 3389-3400.

基于MBSE的使命线程设计方法

MBSE-based mission thread design method

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 19

参考文献 31

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价