CATIA智慧设计场 | 以解耦思维构建复杂系统——MBSE驱动智能座舱的数字化工程实践
导语
当汽车逐渐演化为“移动智能终端”，智能座舱正成为整车创新的核心战场。面对数百个电子控制单元（ECU）、上千条信号链路与复杂的人机交互逻辑，传统的基于文档的设计模式已经难以应对。MBSE（Model-Based Systems Engineering，基于模型的系统工程）作为新一代系统工程范式，为复杂系统设计提供了统一的数字语义基础。钛闻软件在数字化建设中通过持续不断的探索，以解耦思维为内核提炼CATIA Magic建模方法，为智能座舱的系统化设计提供了行之有效的工程路径。
从复杂性出发：智能座舱的系统挑战
智能座舱系统是车辆“智能化大脑”的重要组成部分，是人车交互的中心，集成了语音交互、触控显示、座舱感知、驾驶辅助、信息娱乐等多模态功能。其系统设计需要同时考虑功能复杂性、实时性、安全性与可维护性。
在当下的智能驾驶与智能座舱开发中，系统设计师需要同时考虑以下多种综合因素：
数以千计的人机界面交互逻辑；
难以计数的真实世界驾驶场景与驾驶员行为；
复杂的传感器网络与ECU生态；
严苛的系统安全与网络安全标准 。
图1：智能化驱动下的复杂系统生态
解耦思维：从“系统生态”到“模型要素”的结构化认知
在CATIA Magic中，解耦思维主要体现在三个层面：
需求与实现的解耦（What vs. How）
通过需求（Requirements）模型捕获功能及性能要求，并在系统模型中映射到具体功能及模块，形成可追溯的起始链路。
功能与结构的解耦（Functional vs. Physical）
使用Activity Diagram和Block Definition Diagram（BDD）区分系统用例、功能流与物理结构，实现功能推导和架构映射之间的双向迭代。
信号与行为的解耦（Signal vs. Activity）
借助Internal Block Diagram（IBD）定义信号接口及数据流，同时用State Machine Diagram描述系统动态行为，使通信关系与逻辑响应相互独立。
通过这些解耦策略，工程团队能够在模型早期进行多重仿真验证，将“设计确认（Design Validation）”与“设计验证（Design Verification）”同步进行，从而显著降低整体系统返工成本。
智能座舱的MBSE建模流程：从需求到规格
01
需求捕获（Requirements Capture）
设计起点在于需求。CATIA Magic支持通过Requirement 表单、矩阵将来自OEM、法规、功能安全、信息安全等多源需求进行统一化建模。
每条需求都通过唯一标识符（ID）建立追溯链条，可通过“Refine Requirement Matrix”等直观呈现需求、系统功能及结构模块之间的关联关系。
图2：CATIA Magic Refine Requirement Matrix示意图
02
功能推导（Functional Analysis）
在智能座舱场景下，典型功能包括语音控制、HUD显示、行为识别、乘员姿态监控等。
通过Activity Diagram推导不同场景下的系统功能流，结合Use Case Diagram定义交互行为，形成以“应用场景”为核心的逻辑模型。
例如，“语音唤醒驾驶员辅助功能”的功能链可描述为：
“麦克风信号采集 → 语音识别 → 语义解析 → 控制逻辑判断 → 执行单元运行”
这些功能单元通过解耦的数据流组合建模，可独立验证系统激励及反馈的正确性。
03
系统与模块分解（Structural Decomposition）
在CATIA Magic中，系统架构分解通常借助Block Definition Diagram (BDD)与Internal Block Diagram (IBD)实现：
BDD层级定义系统组织结构，如“智能座舱系统”可分解为“人机交互子系统”、“显示与音响子系统”、“控制计算平台”等；
IBD层级描述各子系统的信号接口、通信总线与物理连接关系。
在结构分解过程中，CATIA Magic支持使用Table、Matrix与Map Diagram等可视化形式，实现信息跨层级穿透及整合。例如：
ICD Table展示ECU间信号交互；
Allocation Matrix实现功能与结构映射。
图3： IBD信号流示意图
04
信号定义与接口设计（Signal Definition & Interface Design）
CATIA Magic提供强大的SysML模型字典（Model Dictionary），可统一定义信号属性、数据类型与通信协议。例如，可在模型中定义：
“DriverAttentionLevel : Float (0–1)”;
“DisplayBrightness : Integer (0–100)”;
“VoiceCommand : Enum {PlayMusic, CallContact, NavigateHome}”.
通过“Communication Matrix Table”，信号可以被直接分配至具体的物理链路（例如CAN），实现从功能层到通信层的精确追溯。
05
报告生成与规格传递（Report Generation）
CATIA Magic的Report Wizard功能支持将系统模型一键导出为标准化系统规格书或零部件技术规范CTS（Component Technical Specification），内容包括：
系统结构表；
功能定义表；
接口控制文件ICD（Interface Control Document）；
需求追溯矩阵等。
传统的设计文档难以支撑复杂系统创新设计，难以避免二义性，容易造成返工，迭代周期长。钛闻软件借助结构化的数字模型方法，为智能座舱设计开发客制化的规格文档模板，实现技术要求的高效输出。这些输出报告可作为跨部门协同文档，或直接发放给供应商作为设计输入，确保设计语义、模型语义以及设计变更的全局一致性。
图4：CATIA Magic Velocity模板代码示例
MBSE赋能的价值：从可视化到可验证
通过解耦思维与达索系统CATIA Magic的模型集成，钛闻软件支持设计开发团队获得以下关键收益：
1. 设计可追溯（Traceable）：模型定义的每个需求、功能、接口、信号、参数都有唯一标识并存在逻辑关联，确保设计定义、修改的一致性及有效追溯。
2. 设计可测试（Testable）：模型中定义的行为逻辑可直接对接系统仿真平台（可扩展对接CATIA Stimulus、DYMOLA、SCANeR等），实现早期仿真验证。
3. 设计同步确认与验证（Concurrent Validation & Verification）：通过系统仿真与模型验证同步进行，确保从概念设计到系统实现的一致性。
4. 设计可维护（Maintainable）：通过模型版本管理与自动化文档生成，降低系统演进过程中的人为错误风险。
5. 设计可复用（Reusable）：模块化模型结构支持跨车型、跨项目复用，加速智能化功能的量产转化，提升设计效率及质量。
图5：CATIA Magic集成多专业仿真验证能力
未来展望：从“模型驱动”到“智能协同”
随着AI辅助建模与语义解析技术的发展，MBSE工具正从“设计工具”进化为“智能工程助手”。
未来，基于CATIA Magic的智能座舱模型可与自动驾驶感知栈、数字孪生仿真环境无缝衔接，实现从需求到测试、从设计到验证的全生命周期闭环。
“模型不再是文档的替代，而是智能协同的中枢。”这正是MBSE赋能汽车产业的巨大价值所在。借助 CATIA Magic 与大规模语言模型的集成能力，钛闻软件持续挖掘 AI 在MBSE建模中的应用潜能，为用户的数字化建设与工程化协同效率赋能。
在即将发布的新版CATIA Magic 2026版中，达索系统同样展示了 AI 辅助建模能力，通过客户定制化 AI 助手提示能力扩展 CATIA Magic 建模的灵活性和适应性。基于AI 提供建议而系统架构师保留最终决策权的迭代过程，实现设计高效性与准确性的最佳平衡。
在产品需求日益多样、系统工程愈发复杂的生态下，解耦思维为理解与驾驭复杂系统提供了有效途径——推动系统朝着高内聚、低耦合的方向演进；而 CATIA Magic 的 MBSE建模能力则把这种思维方式具象化为可操作的工程实践。
通过统一、准确、可追溯的系统数字模型，不仅提升了系统开发的效率与可靠性，更为未来的智能汽车开发奠定了坚实的数字基石。
李军军
钛闻软件
高级方案架构师
拥有20多年制造业产品研发与数字化建设经验，专注于航空与汽车领域的协同设计方法学、产品研发流程及 PLM 平台方案咨询。曾参与国产 C919 大型客机项目，为多家国内新能源车企提供3DE 数字化平台方案与架构设计。善于理解企业数字化体系需求及企业业务实际，以平台化思维为用户提供切实可行的数字化解决方案。
关于钛闻软件
上海钛闻软件技术有限公司源自于上海江达科技发展有限公司，自2024年1月1日起，钛闻软件全面承接上海江达的人员、业务和相关资质。
钛闻软件在全国设有10个办事处，拥有超过200余人的专家顾问团队和近30年的行业经验，公司致力于向交通运输、工业装备、基础设施、航空航天、高科技电子及生命科学等行业客户提供先进的数字化解决方案及企业级应用系统。
作为达索系统重要的合作伙伴，钛闻软件在中国拥有1500多家客户。这些客户长期使用达索系统从需求、设计、工艺、仿真到制造的全生命周期解决方案，总装机量超过30000多套。钛闻软件非常注重客户的实施服务和应用支持，紧扣客户需求，引入最佳实践，让先进软件发挥出相应价值。
