《Computing in Science & Engineering》：Low-Code Approaches in Modeling & Simulation-Based Systems Engineering
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仿真与系统工程(SE)已被成功用于应对大规模系统开发的复杂性。尽管已成熟，建模与仿真(M&S)技术在SE领域尚未被充分利用，尤其是其应对成本超支与质量问题等挑战的潜力。本文探讨了基于低代码方法的M&S系统工程，该方法整合了模型驱动原则与自动化转换，以减少人工工
仿真与系统工程(SE)已被成功用于应对大规模系统开发的复杂性。尽管已成熟，建模与仿真(M&S)技术在SE领域尚未被充分利用，尤其是其应对成本超支与质量问题等挑战的潜力。本文探讨了基于低代码方法的M&S系统工程，该方法整合了模型驱动原则与自动化转换，以减少人工工作量、确保互操作性并提升系统质量。该方法基于IEEE分布式仿真工程与执行过程(DSEEP)标准，并嵌入模型转换，以促进分布式仿真系统的半自动化生成，从而在设计阶段对复杂系统进行及时分析。CCBY - IEEE并非本材料的版权持有者。请通过https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ 的指引获取全文及API文档中的规定。
**论文解读：低代码方法与建模仿真系统工程**
**研究背景、问题与目标**
在大型系统工程（SE）中，仿真与系统工程技术已被成功用于处理复杂系统的开发。然而，尽管建模与仿真（M&S）技术已相当成熟，其在SE领域的潜力仍未得到充分挖掘，尤其在应对成本超支与质量问题等方面。IEEE/ISO/IEC 15288-2023标准虽为系统生命周期提供了通用框架，但未明确指导如何在SE中利用M&S。为此，研究人员提出了一种基于M&S的SE（MSBSE）方法，可帮助避免预算和时间超支，同时确保系统质量。但MSBSE需要能够应对系统与生态系统日益复杂与演变的M&S方法，且分布式仿真（DS）的构建本身劳动密集。因此，采用低代码与模型驱动方法可显著降低DS开发工作量、所需专业知识及因手动操作易错导致的返工。本文研究的具体目标是在基于高层体系结构（HLA）的DS系统开发中，应用基于自动化模型转换的低代码方法，并基于IEEE分布式仿真工程与执行过程（DSEEP）标准进行框架设计。论文发表在《Computing in Science》期刊。
**主要关键技术方法**
研究人员采用了以下关键技术方法：
1. **系统建模语言（SysML）建模**：用于描述系统的抽象功能架构及分布式仿真联邦模型。
2. **FOM-HLA Profile**：扩展SysML语义，添加HLA专用概念与术语，通过构造型标注模型元素。
3. **模型到文本转换（MOFM2T）**：基于Acceleo工具执行，从标注的SysML模型自动生成联邦对象模型（FOM）及联邦成员骨架代码。
4. **工具链集成**：基于Eclipse建模框架（EMF）实现，结合Papyrus（SysML建模）、3DS Catia（商业SysML工具）、Pitch Developer Studio（联邦成员实现）及pRTI（运行时基础设施），通过XML元数据交换（XMI）实现互操作。该工具链为DSEEP流程各步骤提供具体支撑，且各组件可替换为等效开源替代。
**研究结果**
**建模视角（Modeling Perspective）**
研究人员通过引入SysML作为参考建模语言，定义从抽象架构到软件实现的过渡。模型包含Datatypes Library（可选），用于解耦领域模型与参考FOM（如空间参考FOM）中的数据类型。通过FOM-HLA Profile实现低代码范式，使模型转换引擎自动生成FOM、联邦成员大使结构及部分联邦成员实现代码。
**MSBSE开发过程（MSBSE Development Process）**
研究人员基于DSEEP标准，调整流程以利用低代码开发实现半自动化代码生成。流程包括：识别仿真目标与约束、概念分析（SysML模型可选包含Datatypes Library）、设计联邦环境（用FOM-HLA Profile标注）、开发联邦环境（通过模型到文本转换生成FOM及联邦成员初步实现）、集成与测试、仿真执行与结果分析。该方法在空间系统领域得到实例验证，并通过与手动实现联邦的对比，证实了工具链生成HLA联邦的一致性。
**MSBSE工具链（MSBSE Toolchain）**
研究人员构建了具体工具链，包括EMF、Acceleo、Modeling for Transformation（M4T，基于Acceleo开发）、Papyrus、3DS Catia、Pitch Developer Studio及pRTI（或开源替代Portico）。通过XMI格式保证工具间互操作性，实现了从SysML模型到FOM及联邦成员骨架的自动化生成。
**应用：空间系统（Application: Space Systems）**
研究人员将方法应用于欧洲空间局（ESA）的HRAF项目（火星样本返回场景）。项目要求符合SISO空间参考FOM，因此设计了专用数据类型库。通过对比手动与半自动联邦实现，验证了低代码方法的一致性，确认了工具链生成HLA联邦的有效性。
**讨论与经验教训（Discussion and Lessons Learned）**
研究人员总结方法的主要优势：自动化显著减少手动工作量，可自动生成100%的FOM代码，手动代码仅占联邦成员总代码量的不到40%（联邦成员大使类更降至约10%），降低了错误风险，提高了可靠性。方法具有通用性与适应性，基于SysML标准化语言、FOM-HLA Profile及Datatypes Library的设计，可轻松适配不同领域。经验教训包括：需平衡建模细节与代码生成需求，过度抽象或过度详细均不利；人员需具备模型驱动工程与工具专业知识，培训和最佳实践至关重要。
**结论翻译**
低代码方法与M&S技术应对了复杂系统工程活动带来的诸多挑战。通过显著减少手动工作量并确保符合领域特定标准（如空间参考FOM），研究人员能够简化分布式仿真系统的开发，以评估复杂系统的行为。未来方向包括提升MSBSE领域的自动化程度，并探索数字孪生与人工智能驱动仿真等新兴技术，以应对复杂系统开发与生命周期管理中的持续挑战。
