許多人使用“基于模型的工程” （MBE）來說明模型作為工程設計流程的一部分的重要性。我們將這個縮寫詞用在本書的英文書名中出于同樣的目的。不難找到倡導將建模作為設計和實現的先行者。相反，也不太難發現以硬件為中心的設計者，他們寧愿盡可能少地與計算機和建模打交道。幸運的是，那一時代已經過去。在現代復雜設計中它已不是一個成功的法寶。實際上，幾乎所有的現代工程設計都是在模型的幫助下完成的，無論這些設計項目是民用的還是工業的、機械的還是電氣電子工程的。在最近幾十年里，這些工程領域中的一部分已經極大地提升了它們的技術以創建模型。這通常反映在所設計系統的復雜度上，因為必要性再一次成為發明的源泉。恕我對全世界仿真算法開發者直言，管理持續增長的設計復雜度唯一最有效的方法就是要通過建模。毫無疑問，實現一種仿真算法的突破性發展可以產生深遠的影響，但是這種情況總是少之又少。實際上，可以說這在幾十年內都沒有發生過了。在一個給定的復雜系統設計的范疇內，肯定不能依賴這種突破。一般情況下，設計團隊需要變得更聰明，并在既有求解算法的基礎上通過建模管理這些設計。
本書中的概念是作者在15年前就構思過的，但是直到最近我們才能說建模技術已經達到了一個高度，把這些概念可以有效而簡捷地進行傳授。本書的目的不是說服工程師們采用一種新的思維方式或全新的設計方法。相反，是為了向從事基于模型的工作的設計人員致謝，且向他們提供一種程序化的手續，這有望讓他們的工作更有成效。更進一步，應該向設計人員揭示，“磨刀不誤砍柴工”，現在可以進行很多更有價值的分析。
本書是給要使用MBE方法的工程師、學生和研究者準備的一本案頭參考書。本書也采用了高年級本科生或低年級研究生的入門級工程技術課程中可以使用的書寫風格。
本書分為三部分：基本原理、建模方法和設計方法。第一部分包括4章，涵蓋了MBE的基本原理。為了使用MBE，你必須知道如何編寫模型以及如何組織它們，以供重復使用。理解這些模型適合用在仿真流程中的什么地方以及如何將它們使用到設計活動中非常重要。然而，很多文章和教材已經描述了仿真算法，因此我們將不會重復這些信息，而是總結它們以供我們所需。采用這種方式，我們可以專注于主畫面——建模作為設計的一個手段。
第二部分更深入地討論建模技術，以確保讀者理解行為可以用不同的方式加以表述。在各種語言里，這些技術的大部分是通過使用建模工具而不是手工寫代碼來說明的。這使得建模工作集中在所需要東西的概念層面，且跳出了任何特定語言的語法或語義。本書旨在拋開硬件描述語言、C語言或任何其他可以描述模型的語言進行建模。因此，本書沒有包含建模語言方面的入門知識。但是，讀者可以使用所包含的建模工具去查看生成了什么。其次，在概念的層面使用那些可以生成這些語言的實用程序的工具創建模型。通過這種方式，設計者側重于模型的效用、其在設計中指定點的可用性和必要條件，以及有效地獲取該功能。毫無疑問，模型可以手工編寫并成功地利用MBE設計方法。然而，門外漢的學習路程很長，因此我們選擇了基于模型的設計效率的最簡單有效的途徑。第二部分是以即使存在巨大的模型數據庫，仍然需要為每個設計獲取更多的模型這一事實為依據的。目的是用這些技術去武裝設計者，同時也在每一章演示重復使用這些技術，因為“需要建立的最簡單的模型就是你不需要建立的模型”。
本書最后一章介紹在南安普敦大學和阿肯色州大學之間進行的一項復雜的集成電路項目案例。這個芯片包括所有模擬、射頻和數字電路，且是使用本書中介紹的MBE設計方法進行設計的。
對于已經參加工作的工程師，希望本書作為自學MBE基礎的一個讀本，能讓他們在自己的某個設計中快速檢驗設計方法。對深入學習和解釋MBE方法來說，案例研究和實例將是不可或缺的。
致 謝Acknowledgements我的父親是一名工程師，受他的影響，我成年以后的大部分時間里都在努力成為一名優秀的工程師，成為工程界的一分子就是我的夢想。從最初的粗略電子電路原型到生產設備，此進程中的每一步都讓人心潮澎湃，從而使得一切順利進行，且讓生產變得更好。
在我所有的職業生涯里，我的激情已經成為設計、創新和發明，而在20多年前因為高級建模和仿真技術的引入使我更加喜愛自己的工作。我能想起來，在測試只提供有限信息的情況下，試圖找出一臺變壓器的故障原因的過程中“火爐真正點燃起來”的時刻。為了理解變壓器的復雜特性，對它建模，仿真它，然后利用這些仿真結果去追蹤問題的根源，這展示了基于模型的方法的強大功能。提到那個時候，我應該感謝愛丁堡Ferranti公司的John Murray，就因為他對我說過“你能看看這個嗎？”
作為Ferranti公司的一名初級工程師，尤其是與John Murray、Frank Fisher和 Alan Abernethy一起工作是一種訓練、一種激勵，也是一種真正的快樂，這些都是我會永遠珍惜和永遠難忘的。轉職到Analogy公司是我生涯中的關鍵時刻，因為正是在那里我遇見了我的妻子Caroline，而這就是我最想感謝的。從職業角度來講，這也是一個形成階段，與許多聰明、風趣且有才能的人共事，包括本書的合著者Alan Mantooth。最近，自從返回學術界，先是追求夢寐以求的博士學位，后來成為南安普頓大學的一名學者，我非常幸運地和另外一群才華橫溢的人一起工作，包括我的博士生導師Neil Ross博士和Reuben Wilcock博士。
寫本書有著深遠的淵源，而我與合著者Alan Mantooth的友誼可以追溯到20多年之前。我們多年來一直在討論，為什么對于工程師來說能夠去做那些對他們來說好像很容易的事情似乎很難。因此下一步顯然是嘗試寫下為了掌握那些技術我們的所作所為。本書最初的工作開始于2008年，那時我正在阿肯色州大學休假以開始寫作。而且我必須提及Alan、Mary Lynn、 Deanna、 Laura和Maureen Mantooth，他們邀請我到他們的家里，讓我像他們的家庭成員一樣度過了很多美好的時光，我由衷感謝他們。
Contents目 錄
推薦序
譯者序
前言
致謝
第一部分 基于模型的工程基礎
第1章 基于模型的工程概述2
1.1 引言3
1.2 建模的多晶面4
1.3 層次化設計6
1.4 模塊劃分8
1.5 規范8
1.6 采用MBE的關鍵與障礙8
總結10
第2章 設計與驗證過程11
2.1 設計過程導論12
2.2 確認、驗證和需求12
2.3 設計與驗證過程13
2.4 系統/功能級：可執行的規格表14
2.5 結構級15
2.6 實現級16
2.7 基于模型的工程—— 一個成功之道17
第3章 設計分析18
3.1 引言19
3.2 手工分析19
3.3 計算機仿真22
小結47
總結47
參考文獻47
第4章 系統建模49
4.1 在設計環境中建模50
4.2 建模的層次50
4.3 建模基礎52
4.4 具體建模技術58
4.5 表現形式66
4.6 建模工具72
4.7 未來適用性74
總結75
參考文獻75
延伸閱讀76
第二部分 建模方法
第5章 圖形化建模78
5.1 引言79
5.2 在語言之上的建模79
5.3 模型的抽象79
5.4 ModLyng入門80
5.5 簡單模型的創建81
5.6 庫與模型89
5.7 效果與模型91
5.8 層次化模型——使用原理圖編輯器92
5.9 測試平臺與模型驗證95
5.10 實例96
總結101
附錄102
參考文獻103
延伸閱讀103
第6章 框圖建模與系統分析104
6.1 引言105
6.2 信號流建模105
6.3 狀態機108
6.4 算法模型114
6.5 傳遞函數建模116
總結122
第7章 多域建模123
7.1 引言124
7.2 基本定律124
7.3 模型創建步驟126
7.4 電域128
7.5 熱學系統建模136
7.6 磁系統建模142
7.7 電磁系統建模150
7.8 力學系統建模154
7.9 流體系統160
7.10 光學系統161
總結164
參考文獻164
第8章 基于事件的建模165
8.1 引言166
8.2 實際問題167
8.3 數字邏輯建模169
8.4 殘酷的現實問題176
8.5 數據采樣系統（z域）177
總結193
第9章 快速模擬建模194
9.1 引言195
9.2 均值建模195
9.3 快速模擬建模211
9.4 有限差分建模217
總結219
參考文獻220
延伸閱讀220
第10章 基于模型的優化技術221
10.1 引言222
10.2 優化方法概覽222
10.3 案例研究：優化磁性材料模型參數228
總結233
參考文獻233
第11章 統計和隨機建模235
11.1 引言236
11.2 噪聲基礎236
11.3 統計學建模241
總結255
參考文獻255
第三部分 設計方法
第12章 設計流程258
12.1 引言259
12.2 需求和性能指標259
12.3 初步設計——首次設計263
12.4 詳細設計264
12.5 最優設計265
12.6 芯片集成和驗證265
總結266
參考文獻266
第13章 復雜電子系統設計實例267
13.1 引言268
13.2 關鍵要求270
13.3 頂層模型和芯片架構270
13.4 初始設計——初步劃分289
13.5 詳細設計310
13.6 總結325
參考文獻327
新書資訊