面向信息技术标准体系规划的基于模型的系统工程方法研究
张旸旸1 于秀明1 刘潇健2* 国建勋1 张文渊1 张灿1
（1. 中国电子技术标准化研究院，北京 100007；2. 北京工业大学计算机学院，北京 100124）
摘要：针对信息技术领域标准体系规划“高需求与高难度并存”的现状，为解决技术迭代迅猛、跨领域融合深、产业链层级复杂带来的规划难题，本研究提出一种面向信息技术标准体系规划的基于模型的系统工程方法。该方法融合系统工程与多视角建模思想，构建了产业视角、从业者视角、业务视角、产品视角、标准视角的多视角建模框架，并细化为产业链、从业者、产品、技术过程、管理过程、标准化对象、标准等协同视图。依托元对象机制（MOF）设计了各视图的元模型体系，实现了从产业生态剖析到标准体系落地的全流程可视化建模。以工业软件领域CAD软件为案例进行实证研究，通过多视图分层联动与协同分析，确保标准体系既贴合产业实际，又具备前瞻性与可操作性，为CAD软件产品的技术研发、产业协同与规模化应用提供了系统性的标准支撑。研究结果表明，该方法打破了传统标准规划的视角局限，实现了标准体系的系统性、前瞻性与可操作性统一，为信息技术领域标准制定机构、产业联盟及企业提供了系统化的规划工具与方法论支撑，丰富了MBSE方法在标准体系规划领域的应用边界。
【说明】本文为上述发表于SSCI收录期刊Systems的英文论文的中文核心内容翻译，并非全文逐句翻译，仅供阅读参考，内容以英文原文为准。
引用格式：Zhang, Y., Yu, X., Liu, X., Guo, J., Zhang, W.,& Zhang, C. (2026). Research on Model-Based Systems Engineering Approach for Information Technology Standard System Planning. Systems, 14(4), 380. https://doi.org/10.3390/systems14040380
1 引 言
信息技术领域的标准体系规划需平衡产业链、技术迭代、从业者场景和跨域业务融合等多重因素，面临突出挑战：一是技术路线不确定性使标准规划须在前瞻与务实间艰难平衡，滞后则制约产业，超前又易成桎梏；二是信息技术与工业制造、金融、医疗等领域深度交叉，业务场景与技术需求差异巨大；三是产业链层级复杂，供方、需方、监管方、第三方等主体诉求各异，全链条协同困难。这些因素使信息技术领域的标准体系规划成为一项极其复杂的系统工程。
系统工程强调从整体视角对系统要素、结构、功能及环境进行综合分析与优化，基于模型的系统工程（MBSE）进一步通过多维度模型实现复杂系统的数字化表达、分析与验证。信息技术标准体系本质上是涉及产业链协同、业务流程支撑、技术过程实现和管理机制保障的复杂系统，引入MBSE与多视图建模思想具有充分的理论依据。为此，本研究提出一种MBSE方法：构建涵盖产业链、从业者、产品、技术过程、管理过程、标准化对象、标准7个视图的多视图建模框架，从产业生态、利益相关方、业务场景、产品组件、技术过程等维度刻画目标领域，再通过视图间的关联与交叉分析衍生和推演标准化对象与标准需求。该方法适用于工业软件、软件工程、人工智能等信息技术领域的标准体系规划，多视图框架的模块化设计还支持视图独立迭代与标准体系动态更新。理论上，本研究拓展了MBSE在标准体系规划领域的应用边界；实践上，为标准化组织、产业联盟和企业提供系统化、可视化的规划方法，助力构建结构合理、协同高效、前瞻引领且动态适配的信息技术标准体系。
2 相关研究
标准体系是一定范围内标准按内在联系形成的科学有机整体，是标准化工作的蓝图。相关研究明确了系统性、协调性、适用性等核心原则。但随着现代产业系统日益复杂，现有研究逐渐暴露出视角单一、协同不足的问题：多采用线性分层架构，注重标准间纵向衔接而忽视横向关联。针对这一空缺，MBSE与标准化工作的融合逐渐受到关注——已有研究验证了MBSE解决标准体系规划复杂性的可行性，但仅实现了MBSE基本方法的初步迁移，缺乏面向信息技术领域特点的领域专属多视角/多视图建模框架与规范化元模型体系。INCOSE、MagicGrid、IBM Harmony等成熟MBSE框架"整体分解—多维建模—跨视图协同"的设计逻辑，为本研究提供了核心理论借鉴。
多视角建模源于20世纪80年代的企业信息系统架构领域。1987年Zachman框架标志着多视角建模的系统化诞生；此后TOGAF解决了多视角信息整合与可视化难题，DoDAF实现了作战需求与技术实现的精准匹配，UAF在此基础上集成优化，广泛应用于复杂系统架构设计。但这些框架均以复杂系统整体架构设计为核心目标，未针对标准体系规划的特点定制，缺乏面向标准化对象挖掘、标准体系层级构建和标准实施动态适配的专门建模维度，无法实现从产业生态分析到标准体系实施的端到端建模。
ISO/IEC/IEEE 42010:2011首次在国际标准层面规范了"视角"与"视图"的定义，为多视角建模的标准化应用奠定基础。此后，多视图建模从企业信息系统设计拓展至产业规划、系统工程等领域，当系统复杂度超过特定阈值时成为常用方法：每个视图聚焦系统特定方面并对应专属视角，实现不同利益相关方"各取所需"的精准描述。本研究正是借鉴这一模式，针对标准体系构建中不同利益相关方的多元关注点设计差异化视角与建模要素，实现各关注点的精准描述与协同衔接。
3 方法论
根据ISO/IEC/IEEE 42010:2011，视角代表标准体系规划各领域专家的核心审查维度，视图是由视角分解得出的具体建模方面，二者构成"顶层逻辑框架—具体建模实现"的层级关系。
3.1 多视角建模框架
针对信息技术标准体系规划"不可分割、难以单视角认知"的复杂性，本研究将MBSE与复杂系统分解集成思想相融合，采用"分视角聚焦、多视角协同"策略，构建由产业、从业者、业务、产品、标准5个视角组成的多视角建模框架，如图1所示。各视角相对独立聚焦特定维度的产业诉求，又通过隐性逻辑关联形成对"标准化对象"的完整刻画，实现全维度覆盖；其建模落地依赖产业生态专家、用户组织专家、业务流程专家、功能架构专家和标准化专家的跨领域协作，通过跨视角研讨验证逻辑一致性、识别冲突缺口，为标准体系规划提供多维度、可验证的决策依据。
图1 多视角建模框架
• 产业视角：分析产业链层级结构、主体互动与发展趋势，明确标准体系需支撑的产业协同场景与覆盖边界；
• 从业者视角：解构组织角色的职责边界、能力要求与典型工作场景，提炼不同角色对标准的直接应用需求；
• 产品视角：分解产品/服务的功能模块、交互接口与技术性能要求，定位标准体系在技术实现层的落地基础；
• 业务视角：拆解核心业务的流程节点、活动逻辑及输入输出关系，识别业务环节中需通过标准规范的要点；
• 标准视角：系统梳理产品类、过程类、管理类等潜在标准化对象，规划标准体系的分类框架与层级关系。
3.2 多视图协同建模
在视角框架基础上，本研究将各视角细化为具体视图，涵盖产业链视图、从业者视图、产品视图、技术过程视图、管理过程视图、标准化对象视图和标准视图，如图2所示。各视图通过信息流转与逻辑印证，构建从"产业生态剖析"到"标准体系落地"的完整链条：
• 产业链视图：刻画供方、需方、监管方、第三方等主体及供需关系，是其他视图的上层抽象；
• 从业者视图：建模各主体的具体角色及职责，为技术/管理过程的场景拆解提供建模线索；
• 产品视图：建模产品/服务的组分与交互关系，明确功能模块能力与接口规范；
• 技术过程视图、管理过程视图：分别聚焦产品/服务的技术实现活动与组织层面的管理保障活动，建模过程的目的、责任人、输入/输出与活动任务；
• 标准化对象视图：以前述视图为"标准化需求来源"，识别"可标准化元素"及其跨维度关联；
• 标准视图：对标准化对象交叉映射分析，形成标准分类与标准列表，完成从标准化需求到标准体系的落地。
4 多视图建模方法
4.1 基于MOF的建模机制
对象管理组织（OMG）的元对象机制（MOF）定义了M0物理实体层、M1模型层、M2元模型层、M3元元模型层的四层元数据体系结构。本研究在MOF架构基础上定制面向标准体系规划的建模机制（图2），核心在于M3层采用GOPPRR元元模型，即以六类核心元素作为基础抽象依据：图（Graph）为拓扑容器与可视化建模画布，对象（Object）为图中的类元素，点（Point）为对象的输入/输出端口，角色（Role）为对象实例化后的元素，关系（Relationship）为角色间的连接，属性（Property）为对象、关系和角色的属性。M2建模采用统一建模语言KARMA，支持元模型与模型的形式化建模及模型转换，详见4.2节。
图2 基于MOF的建模机制
4.2 多视图元模型设计
本研究设计了符合GOPPRR元元模型的一组视图专属元模型，每个元模型对应一个视图，复用六类基本定义以保持一致性，形成对标准体系规划全过程系统化、连贯性的建模支撑，元模型数量统计见表1。
表1 设计的元模型数量统计
4.2.1 产业链视图元模型
设计Actor、Business、Product三个对象元模型描述产业链角色及业务、产品两类供需要素，设计Supply、Demand、Correlation三个关系元模型刻画供需关系及供需要素间的关联，如图3所示。
图3 产业链视图元模型设计
4.2.2 从业者视图元模型
以角色Actor为核心对象元模型，搭配Duty实体元模型梳理职责体系；Duty包含Name、Output、ProcessDescription三个属性元模型，Actor与Duty通过Correlation关联，Duty间以Categorize实现职责分类，如图4所示。
图4 从业者视图元模型设计
4.2.3 产品视图元模型
以Product/Service为核心对象元模型，定义Name、Usage等属性和Input、Output点元模型；Actor通过Correlation关联Product/Service，Categorize支撑组分层级建模，Input与Output间以ObjectFlow刻画对象流转与接口要求，如图5所示。
图5 产品视图元模型设计
4.2.4 产品视图元模型
技术过程视图与管理过程视图同属过程活动建模，元模型设计一致：以Activity为核心对象元模型，定义Name、Goal、PersonInCharge、ActivityContent等属性和Input、Output点元模型；ControlFlow刻画Activity间的控制逻辑与时序依赖，ObjectFlow刻画资源与成果的传递关系，如图6所示。
图6 技术/管理过程视图元模型设计
4.2.5 标准化对象视图与标准视图元模型
标准化对象视图以StandardObject为核心对象元模型，定义Name及四大需求来源属性——Product/Service（产品要素）、SourceBusiness（业务要素）、SourceActivity（技术/管理过程要素）、SourceActor（角色要素），实现各视图"可标准化元素"的统一梳理，并经Categorize分类、Correlation刻画跨维度关联。标准视图以Standard为核心对象元模型，定义Name、Scope、Stakeholder等属性并与StandardCategory建立隶属关系，通过Categorize实现分类管理、Correlation实现标准化对象交叉映射。两视图建模最终生成可落地的标准列表，支撑从标准化需求到标准体系的闭环构建，如图7所示。
图7 标准化对象与标准视图元模型设计
4.3 多视图建模方法
本方法的核心在于八个视图的分层联动与跨视角协同，遵循"分而治之、合而优化"的系统工程理念，流程如图8所示：产业生态专家从产业视角建立顶层抽象模型并划定边界；功能架构专家与业务专家分别从产品视角和从业者视角（"物"与"人"）拆解产品/服务组分与业务职责；业务视角下将两者交叉映射细化为业务场景，并在技术过程视图和管理过程视图中完成"场景—过程"闭环拆解；标准化专家梳理潜在标准化对象构建标准化对象视图；最终经标准视图建模映射为具体标准分类与列表，完成从标准化需求到标准体系实施的转化。
图8 多视图建模方法
5 案例研究
为验证所提方法的科学性与实践可行性，本研究依托基于KARMA语言构建的Airdraw建模工具，将理论方法落地为可操作的建模实践。案例选取技术迭代快、跨域融合深、产业链层级复杂的工业软件为研究对象，聚焦CAD软件的标准化痛点，完成CAD软件标准体系的系统性规划，所构建的标准体系全面覆盖CAD软件在技术、产品与产业应用维度的标准化需求。
5.1 产业链试图建模
产业链视图一般由产业生态专家构建。本案例围绕工业软件的研发与应用，识别出供给方、开发方、应用方三类角色及研发设计类、生产制造类、经营管理类等产品类别，以供给（Supply）、需求（Demand）、关联（Correlation）三个核心关系串联各建模要素，构建从软硬件供给到工业软件开发、再到行业应用的完整价值传递链，为CAD软件标准体系规划提供产业生态依据。
图9 工业软件产业链建模
5.2 从业者试图建模
从业者视图一般由从业者本人构建，本案例以开发者和行业应用者为例分别建模。如图10所示，开发者视角针对架构师、开发工程师、测试工程师等角色建模其职责、工作场景与工作输出；如图11所示，行业用户视角建模设计师、管理人员和软件培训师等角色。从业者视图将产业链视图中抽象的“从业者”角色转化为具象化的职责体系，为能力标准、工作流程标准的制定提供依据。
图10 从业者试图建模——开发者
图11 从业者试图建模——行业用户
5.3 产品试图建模
产品视图重点建模产品的隶属关系和功能交互关系。本案例以研发设计类、生产制造类、经营管理类等典型工业软件类别为例，分别建模各类别的代表产品和核心功能：研发设计类如图12所示，生产制造类如图13所示，经营管理类如图14所示。产品视图将产业链视图中的抽象产品要素转化为具象化的产品体系，为产品技术标准、功能标准的制定提供需求来源。
图12 研发设计类工业软件产品建模
图13 生产制造类工业软件产品建模
图14 经营管理类工业软件产品建模
5.4 技术与管理过程视图建模
业务视角从技术过程和管理过程两个维度剖析产业中各类业务的流程节点、活动逻辑及输入输出关系。本案例参考系统生命周期过程的标准化发展趋势，工业软件生命周期过程的建模如图15所示；在此基础上对特定过程进一步细化，例如开发技术过程的建模如图16所示。过程视图将抽象业务过程和职责转化为具象化的活动链路与任务流程，为标准化对象的梳理和标准体系构建提供过程维度依据。
图15 工业软件生命周期过程建模
图16 工业软件开发技术过程建模
5.5 标准化对象视图建模
标准化对象视图是连接前端多视图与后端标准体系的核心枢纽，由标准化专家基于前述各视图的建模成果梳理提炼可标准化元素并建模。本案例识别出涵盖工业应用、产品和技术等维度的CAD标准化对象：工业应用与产品标准化对象建模如图17所示，技术标准化对象建模如图18所示。
建模过程中，产业链视图、从业者视图、产品视图和技术/管理过程视图共同构成标准化需求的来源；识别出的每个标准化对象均有明确的需求来源，例如SourceProduct对应产品视图、SourceActivity对应技术/管理过程视图、SourceActor对应从业者视图。在此基础上，标准化对象被划分为通用功能、核心功能、行业专用和过程管理四大类别，涵盖CAD通用数据交换、几何建模、行业专用接口规范、配置管理等关键对象。
图17 CAD工业应用与产品标准化对象建模
图18 CAD技术标准化对象建模
5.6 标准视图建模
标准视图以标准化对象视图梳理出的可标准化元素为核心输入，由标准化专家主导建模，最终构建“基础标准—通用标准—专用标准”结构的CAD软件产品标准体系，如图19所示：
通用标准是解决CAD软件开发、部署、集成和运维维护过程中各类问题的专门指南，为产品研发实施提供技术支撑与保障，主要涵盖工业知识封装、中间件等技术共性类别，以及接口、数据字典和实施与运维框架等配套要素；
专用标准是为深化产品特性理解、促进相关产品在各行业深入应用而制定的专业规范，充分考虑不同产品在不同场景下的应用模式与特点，主要涵盖产品开发与设计、生产控制、运维服务等子类标准，以及各类行业专用应用标准。
标准的层级分类通过Categorize关系实现，不同类型标准间的协同关联通过Correlation关系刻画，形成逻辑严密、覆盖全面的CAD软件产品标准体系，为CAD软件产品的技术研发、产业协同与规模化应用提供系统性的标准支撑。
图19 CAD标准体系建模
6 讨论
6.1 实践价值
本研究提出的多视角、多视图建模框架，应对了技术快速演进、跨域融合广泛和产业链结构复杂背景下传统信息技术规划的挑战，实现了涵盖产业生态分析与标准体系实施的全流程可视化建模，其实践价值已在CAD软件标准体系规划案例中得到验证。多视角方法能够打破认知局限与信息壁垒，实现不同视角间信息的整合——例如，在CAD案例中如果缺少产品视角，所得标准体系框架将缺少产品特有的标准化对象。同时，方法基于MOF元模型机制和KARMA语言形成从需求挖掘到标准化对象梳理、再到标准体系构建的逻辑闭环，提升了标准规划的系统性与可操作性；CAD案例中形成的各视角建模概念，可为不同信息技术领域的标准体系规划提供可复用的操作参考。
6.2 通用性与可扩展性
本文的核心框架与元模型均基于信息技术领域标准体系规划的共性需求构建，在人工智能、软件工程、工业互联网等子领域间表现出较强的通用性与可迁移性。应用到不同领域时，无需对元模型进行结构性调整，只需结合各领域的产业特点与标准化需求开展针对性的领域建模。方法建立的五个视角和七个视图，全面覆盖了信息技术标准体系规划从产业生态分析到标准实施全过程的核心维度，契合各信息技术子领域标准体系规划的核心逻辑。
6.3 与传统方法的核心差异
本方法与信息技术领域传统标准规划方法的根本区别体现在设计逻辑与实现手段两个方面。设计逻辑上，传统规划多采用线性分层设计思路，聚焦标准间的纵向关联，难以兼顾跨领域、跨产业链环节的横向协同；本方法通过多视图协同建模与信息流转，将纵向层级衔接与横向跨域协同相结合，更适应复杂领域中多主体、多场景的需求。实现手段上，传统规划以文档化的描述性设计为主，缺乏动态分析与可视化验证手段；本方法基于KARMA语言实现标准化需求到标准条目的自动化映射与推演，提高了体系设计的科学性与精准度。
6.4 局限性
本研究仍存在一定局限，需在后续工作中改进：其一，方法的验证场景较为单一，应用示范仅以工业软件领域的CAD软件为对象开展，尚未在信息技术其他子领域进行实验，跨领域适配性有待进一步验证；其二，建模过程中标准化对象的识别与梳理主要依赖各领域专家的经验，尚未融入智能技术辅助需求挖掘，面对大规模需求和高复杂度场景时，识别的效率与准确性有待提升。
7 结论与展望
围绕信息技术领域标准体系规划的复杂性与紧迫性问题，本研究提出了MBSE多视图建模方法，完成了从方法论到实践落地的完整论证。所提方法破解了传统标准体系规划视角单一、协同不足的痛点：从产业视角划定协同边界，从从业者视角明确实际工作需求，从产品视角夯实技术基础，从业务视角锚定功能支撑，从标准视角统筹体系架构，实现对标准体系要素的全维度覆盖；各视图间通过信息流转与逻辑印证形成完整链条。工业软件领域的案例验证表明，所构建的标准体系全面覆盖CAD软件从技术研发到产业应用的标准化需求，并通过标准间的纵向衔接与横向协同提升了技术互操作性与产业协同效率，为同类信息技术领域的标准体系规划提供了可复用的实践范式。
未来工作可从三个方向展开：一是将方法拓展至人工智能、工业互联网等更多信息技术细分领域，验证其跨领域适配性；二是融入大数据与机器学习技术，优化标准化对象的识别与推演过程，提升标准需求挖掘的精准度；三是构建标准体系的动态更新机制，结合产业发展与技术演进实时调整标准的内容与结构，增强标准体系的时效性与前瞻性。
为方便阅读和排版，参考文献略。
【论文出处】本文于2026年4月1日发表在国际期刊《Systems》（MDPI出版，2026年第14卷第4期，文章号380），该期刊被社会科学引文索引（SSCI）收录，本文Web of Science检索号为WOS:001750240900001。
原文链接：https://www.mdpi.com/2079-8954/14/4/380