为了提高市场竞争力，高科技公司必须快速适应技术发展并高效开发新产品和技术，以满足用户不断变化的需求。尽管硬件成本降低、算力提升、设计工具创新带来便利，但高效的创新管理和技术模式创新仍是挑战。工程师在设计系统时面临诸多权衡，同时需在快速节奏下工作，与全球跨时区团队协作，实现高效跨部门协调。然而，在很多公司，工程师设计产品的方法仍可能沿用工业革命时代的传统方式。

随着机器人系统复杂性的增长，感知和控制系统的各个组成部分变得越来越关键，包括但不限于机械本体、硬件基础、核心模块、智能技术以及通讯互联等。这些元素共同构成了机器人系统的复杂性，要求组织从单纯注重生产管理转向重视知识管理，建立产品开发模式和方法，并适应随之而来的组织结构变化。模型的概念已从传统的机械3D模型扩展到覆盖设计、方法和知识的广泛表达，如软件工程中的UML用于软件建模，工程方法如QFD用于需求到技术规格的分析。

基于模型的开发（MBD）已经成为车辆、航空和国防等行业的标准理念和方法，适用于复杂系统开发，满足知识和设计管理需求，且能够匹配多种开发流程（如Scrum、V模型、XP等）。市场上已有成熟的工具链支持基于模型的产品开发流程和活动。

MBD方法论强调以模型为中心的产品开发，减轻对物理模型的依赖，采用模型贯穿产品生命周期的各个阶段。模型包含与产品相关的每个组成部分，从物理元件到控制逻辑、算法和知识产权等。基于模型的开发可以进行设计、分析、评审、报告生成和代码生成，还支持设计阶段的仿真、快速原型开发、持续测试和验证等工作。

MBD带来的好处包括：提供虚拟对象、一致的团队沟通、激发新想法、管理复杂系统、设计阶段的仿真与测试、自动化耗时且易出错任务、直接生成代码框架和核心算法、提高软件产品质量减少风险、捕获团队知识和智慧以及作为知识产权的载体。

在基于V模型的MBD开发流程中，采用多维度方法管理产品开发过程。产品线工程涉及产品系列、开发阶段和产品版本等维度。V模型MBD开发流程专注于开发阶段的管理。需求分析阶段通过与客户深入沟通，了解需求和偏好，输出为功能规格和接受测试的输入。功能规格阶段将用户语言翻译为技术语言，涵盖系统模块范围、功能要求、性能要求及技术实现要求。系统设计阶段从全局角度对系统进行结构设计和模块分割，确定技术实现方案和接口。模块设计阶段根据系统设计结果设计各子模块，利用跨领域模型如Modelica和Matlab工具箱进行机电系统建模。代码实现阶段基于模型生成代码，提供代码质量和自动化支持。单元测试、集成测试、系统测试和接受测试分别在设计、实现和验证阶段进行，确保产品质量和功能完整性。

需求管理追踪和覆盖包括需求分解、与设计链接、覆盖可视化等关键内容。需求管理工具如Rational/Doors和Matlab/Simulink支持需求从分解、链接到设计阶段的覆盖和可视化，确保需求与设计的一致性和可追踪性。技术规格分析通过QFD（质量功能部署）方法将需求转化为详细的工程设计要求，有效连接用户需求、产品功能和商业价值。

架构模型设计使用UML语言描述软件架构，提供结构图和行为图，从不同角度描述软件系统。模块模型设计在Matlab和Simulink工具链中实现，支持基于模型的仿真和代码生成。代码生成工具如dSPACE/TargetLink和Matlab/Simulink支持目标语言生成，提供从模型到代码的自动化流程。测试验证阶段包括单元测试、集成测试、系统测试和接受测试，覆盖从设计到交付的整个流程。

通过案例研究，如手持仪器软件架构设计、机器人接口模板设计、基于MBD的机器人算法开发、MIL和PIL测试等，展示了MBD在实际应用中的价值和效果。MBD工具链，包括需求管理、架构设计、模型开发、测试和验证工具，以及代码生成工具等，提供了从需求到实现的全面支持。

综上所述，MBD提供了一种系统化和工程化的开发方法，通过模型驱动的设计过程，提高产品开发效率、质量和创新能力，尤其是在复杂系统和跨领域协作的背景下，MBD方法论成为现代产品开发的关键工具。