系統工程應用中心 張作寶

1、復雜系統開發面臨的問題與挑戰

航空復雜系統的工程開發活動如果沒有運用架構的方法來推導從系統需求到系統功能/ 行為、從系統邏輯架構到物理架構與產品實現的正向設計過程，將會造成研制后期綜合集成測試階段大量的功能/ 性能與接口問題層出不窮。究其原因，就是在系統工程早期階段中利益攸關方需求和系統開發規范之間的固有差異，未能得到有效的權衡和確認。隨著航空裝備的發展向著更高階段躍升，創新驅動和自主創新將成為時代的主基調，尤其是應對如航空與防務領域中復雜系統的開發，由于其所處環境對應的“系統之系統"中各個系統交替演進帶來各自功能以及交聯關系的動態變化，表現出系統需求的多變性和設計方案權衡因素的不確定性。

2、基于系統架構的設計與驗證方案

基于系統架構開展航空產品設計的流程和方法，充分利用了建模和仿真技術。在方案設計階段，以系統需求為輸入，基于系統架構搭建航空產品方案性能樣機模型，提前驗證系統需求指標，實現多方案的快速權衡分析與優化、系統指標向子系統指標的分解與分配。在詳細設計階段，將子系統的詳細模型提交給系統物理架構模型，可基于系統物理架構完成系統詳細性能樣機模型綜合，對子系統、系統設計特征進行進一步的驗證，保證設計過程的連續性，提高模型的規范性和可復用性。

系統架構定義可能包括相關邏輯架構模型和物理架構模型的開發，即復雜系統應既包括邏輯架構也包括物理架構。邏輯架構定義了執行功能的邏輯實體以及邏輯接口，物理架構則在邏輯架構的基礎上，詳細定義選定的物理實體以及物理接口，邏輯架構與物理架構的關系是邏輯實體向物理實體性能的分配和劃分。

無論系統是已有的、將要演變的，還是的，架構活動都需要在邏輯架構模型開發和物理架構模型開發之間進行迭代，直到邏輯和物理架構模型都一致。次架構活動是基于表面的功能創建邏輯架構模型，物理架構模型用于確定可以執行系統功能的主要系統元素，隨后的邏輯架構模型迭代將考慮來自物理解決方案選擇的系統元素和派生功能。它還通過引入其他場景、故障分析和以前未考慮的操作需求來補充最初的邏輯架構模型。派生功能被分配給系統元素，這反過來影響了物理架構模型。總之，迭代的重點是產生邏輯和物理完整且一致的解決方案。

3、應用情況

目前，基于系統架構開展復雜系統的設計與驗證的解決方案已形成項目成果應用，比如某主機所開展的基于架構構建復合式無人機虛擬樣機項目，以及某系統所開展的典型系統基于架構的層級化建模技術研究項目。以基于架構構建復合式無人機虛擬樣機項目為代表，該解決方案取得良好的實施與應用效果。基于架構構建復合式無人機虛擬樣機項目以復合式無人機的設計需求為輸入，在飛機方案設計階段，基于系統架構開展無人機系統設計。首先構建架構，基于系統架構構建各子系統模型，然后基于架構實現系統綜合，并進行權衡分析。同時，利用建模和仿真技術對系統需求、架構、設計特征進行快速驗證。基于該系統架構，各專業室可進一步構建細顆粒度詳細模型，并進行系統綜合，可對系統/ 子系統需求、架構、設計特征進行進一步驗證。

項目取得以下實施效果：

`基于復合式無人機完整踐行基于模型的正向設計流程解決方案。

`實現基于架構的無人機典型系統層級化建模仿真。

`積累復合式無人機虛擬樣機模型與方案權衡分析經驗。