基于模型的软件采办方法

美国国防部正在经历软件系统采办与开发方式的重大变革。这一演进的核心是从传统的基于文档流程向以模型为中心的方法论转变。在此背景下，卡内基梅隆大学软件工程研究所的研究人员近期分析了国防部软件采办路径与统一架构框架的契合度。如本篇博客文章所述，该研究旨在通过UAF在SWP中实施基于模型的系统工程，从而提升全生命周期的可追溯性、决策能力和合规性。

模型中心化采办策略的需求

联邦政府的数字工程战略始于2018年，并经由后续各军事部门指令强化，强调将数字模型作为工程活动中的主要沟通手段。2023年发布的DoDI 5000.97正式确立了这一转变，要求此后启动的项目必须纳入数字工程能力。

尽管政策势头良好，在不同采办项目中实施MBSE仍面临挑战。这些挑战在SWP中创造了宝贵机遇。虽然政策旨在简化软件采办，但通过纳入关于基于模型系统工程的更清晰指南（特别是对需要高级别认证和保证的嵌入式软件系统），还存在进一步优化的潜力。

作为应对这些挑战的持续工作的一部分，SEI研究人员以专题讨论组成员身份参与了海军研究生院举办的第22届年度采办研究研讨会，并发表了论文《协同软件采办路径与统一架构框架的操作化》。本文中将介绍论文中提出的概念，包括SWP和UAF概述、SEI MBSynergy项目，并通过实例演示如何使用UAF为SWP项目制定能力需求声明。

聚焦软件采办路径

SWP为软件密集型系统提供了定制化采办路径。更具体地说，SWP为软件密集型开发项目提供了简化的软件能力开发和交付路径，强调使用现代软件开发方法和工具快速交付能力。

SWP生命周期分为两个主要阶段：

• 规划阶段：聚焦定义能力需求、制定策略和路线图、建立基础设施和设计系统架构
• 执行阶段：涉及软件开发、测试、交付和价值评估，包含持续用户参与

该路径支持各种软件类型，包括嵌入式软件——这也是我们研究的重点。嵌入式软件通常集成到武器系统中，需要加强安全性、网络安全和作战效能审查，使其成为MBSE应用的理想候选者。

截至本文发布时，国防部所有主要部门和相关军种都有项目在使用软件采办路径，且该路径的使用重要性正在不断提升。2025年3月6日的备忘录《指导现代软件采办以最大化杀伤力》指示国防部将软件采办路径作为所有软件开发项目的首选路径。

基于UAF的MBSE方法优势

由对象管理组开发的UAF是一种标准化建模语言，从DoDAF、MoDAF和北约NAF等框架演进而来。它提供了89个模型视图的全面集合，按利益相关方视角和建模方面组织。

UAF的结构化语义和可扩展性使其非常适合复杂国防环境中的MBSE。然而，其广度可能对新用户造成困扰。为解决这个问题，SEI研究利用UAF域元模型1.2版和UAF企业架构指南，创建了针对SWP的定向、基于场景的方法。

将UAF集成到SWP中提供了若干战略优势：

• 增强可追溯性和数字线程：通过结构化模型中的信息，项目可以建立强大的数字线程，连接生命周期中的需求、设计决策和验证工件
• 改进决策：模型支持早期分析权衡、风险和质量属性，助力更明智及时的决策
• 减少文档负担：基于模型的工件可以替代或补充传统文档，简化法规合规要求
• 更高一致性和可重用性：标准化建模方法促进项目间一致性，便于架构模式和服务的重用
• 符合政策和战略：该方法直接支持DoDI 5000.97和各军事部门的数字工程战略，为项目长期成功定位

使用场景指导战略开发

需要 cohesive、精心设计的战略来指导一致的数字工程方法，并使信息模型成为增值项，更充分地集成到软件开发过程中。SEI开发了一种使用基于场景的方法分析企业架构中数字工程和MBSE组织价值的技术。

SEI的MBSynergy项目旨在为国防部利益相关方提供评估MBSE价值的工具和方法论。借鉴架构权衡分析方法，该项目引入了基于场景的建模方法来定义和分析企业活动。

每个场景都结构化为涉及特定利益相关方、触发器和可测量质量属性的输入/输出过程。这种结构支持详细分析MBSE如何贡献于性能、可修改性、可用性和其他架构质量。

对于SWP，SEI在规划和执行阶段确定了25个场景。这些场景分组在以下七个持久任务下。

该研究的核心贡献是将SWP活动映射到UAF视图，将基于文档的过程转化为结构化、可分析的模型。这种映射通过比较SWP指导文档的信息需求与UAF视图规范得以实现。

定义软件路径场景

一个说明性场景是能力需求声明文件的开发，这是启动执行阶段所需的基础文档。传统上以静态Word模板捕获的CNS包含操作上下文、能力需求、系统架构、范围、方法论、进度、风险和资源规划等部分。我们选择CNS作为特色场景，因为它是SWP流程下创建的第一个工件，这一基础步骤确保当早期嵌入数字模型时，在整个产品生命周期中保持持续可追溯性。

在基于模型的方法中，每个部分都被转化为操作活动动作，每个动作产生特定的UAF视图。例如，参见图2：

在此场景中，五个关键领域被转化为操作活动动作，每个动作生成一组UAF视图。还有一个额外的总结和概述。然后将这些视图与模板中描述的信息进行比较以检查一致性。目标是识别能够满足信息需求的最少视图集，而不会用过多规范压倒模型架构师和开发人员。

每个操作活动动作都应由单个项目进一步细化为详细的子活动流程。这些流程有助于澄清项目人员的具体角色和职责。图中显示的UAF视图图作为指导元素应如何建模的示例。确保一致性和清晰度是使模型对所有SWP用户可用的首要任务。

捕获CNS这些基础元素的模型视图将在整个规划和执行过程中保持可追溯性，支持设计、开发和价值评估。这种可追溯性加强了生命周期早期信息与后期开发内容之间的联系，无论是在单个场景内还是跨不同场景。

为了进一步说明实践中的样子，SEI正在使用UAF视图创建示例能力需求声明，以模型化格式对齐其核心组件。此示例将展示模型数据如何支持其他场景，突显与传统基于文档方法相比改进的可追溯性、可重用性和一致性的好处。

未来方向与合作机会

SEI的研究代表了实现国防部数字工程愿景的贡献性一步。通过基于场景的方法将软件采办路径映射到统一架构框架，该研究为将MBSE集成到软件采办中提供了实用、可扩展的方法。

SEI正在积极寻求与国防部项目合作，试点基于UAF的MBSE方法，并解决作为软件开发生命周期一部分的模型使用的其他关注领域，包括：

• 与软件交付并行的持续模型开发
• 集成AI和大型语言模型用于模型生成和分析
• 将UAF数据嵌入软件工厂流水线以实现自动化决策支持

这些举措旨在进一步操作化数字工程，并展示MBSE在真实世界采办环境中的切实价值。

这种以模型为中心的策略不仅增强了合规性和可追溯性，还使项目能够做出更好决策、降低风险并交付更高质量的软件能力。随着国防部继续现代化其采办流程，将UAF和MBSE集成到SWP中为成功提供了引人注目的蓝图。

该研究是由负责研究与工程的国防部副部长办公室赞助的MBSynergy系列项目的成果。