系统工程应用中心 张作宝

1、复杂系统开发面临的问题与挑战

航空复杂系统的工程开发活动如果没有运用架构的方法来推导从系统需求到系统功能/ 行为、从系统逻辑架构到物理架构与产品实现的正向设计过程，将会造成研制后期综合集成测试阶段大量的功能/ 性能与接口问题层出不穷。究其原因，就是在系统工程早期阶段中利益攸关方需求和系统开发规范之间的固有差异，未能得到有效的权衡和确认。随着航空装备的发展向着更高阶段跃升，创新驱动和自主创新将成为时代的主基调，尤其是应对如航空与防务领域中复杂系统的开发，由于其所处环境对应的“系统之系统"中各个系统交替演进带来各自功能以及交联关系的动态变化，表现出系统需求的多变性和设计方案权衡因素的不确定性。

2、基于系统架构的设计与验证方案

基于系统架构开展航空产品设计的流程和方法，充分利用了建模和仿真技术。在方案设计阶段，以系统需求为输入，基于系统架构搭建航空产品方案性能样机模型，提前验证系统需求指标，实现多方案的快速权衡分析与优化、系统指标向子系统指标的分解与分配。在详细设计阶段，将子系统的详细模型提交给系统物理架构模型，可基于系统物理架构完成系统详细性能样机模型综合，对子系统、系统设计特征进行进一步的验证，保证设计过程的连续性，提高模型的规范性和可复用性。

系统架构定义可能包括相关逻辑架构模型和物理架构模型的开发，即复杂系统应既包括逻辑架构也包括物理架构。逻辑架构定义了执行功能的逻辑实体以及逻辑接口，物理架构则在逻辑架构的基础上，详细定义选定的物理实体以及物理接口，逻辑架构与物理架构的关系是逻辑实体向物理实体性能的分配和划分。

无论系统是已有的、将要演变的，还是的，架构活动都需要在逻辑架构模型开发和物理架构模型开发之间进行迭代，直到逻辑和物理架构模型都一致。次架构活动是基于表面的功能创建逻辑架构模型，物理架构模型用于确定可以执行系统功能的主要系统元素，随后的逻辑架构模型迭代将考虑来自物理解决方案选择的系统元素和派生功能。它还通过引入其他场景、故障分析和以前未考虑的操作需求来补充最初的逻辑架构模型。派生功能被分配给系统元素，这反过来影响了物理架构模型。总之，迭代的重点是产生逻辑和物理完整且一致的解决方案。

3、应用情况

目前，基于系统架构开展复杂系统的设计与验证的解决方案已形成项目成果应用，比如某主机所开展的基于架构构建复合式无人机虚拟样机项目，以及某系统所开展的典型系统基于架构的层级化建模技术研究项目。以基于架构构建复合式无人机虚拟样机项目为代表，该解决方案取得良好的实施与应用效果。基于架构构建复合式无人机虚拟样机项目以复合式无人机的设计需求为输入，在飞机方案设计阶段，基于系统架构开展无人机系统设计。首先构建架构，基于系统架构构建各子系统模型，然后基于架构实现系统综合，并进行权衡分析。同时，利用建模和仿真技术对系统需求、架构、设计特征进行快速验证。基于该系统架构，各专业室可进一步构建细颗粒度详细模型，并进行系统综合，可对系统/ 子系统需求、架构、设计特征进行进一步验证。

项目取得以下实施效果：

`基于复合式无人机完整践行基于模型的正向设计流程解决方案。

`实现基于架构的无人机典型系统层级化建模仿真。

`积累复合式无人机虚拟样机模型与方案权衡分析经验。