1. 定義及流程

綜合設(shè)計(jì)候選架構(gòu)的目的是在系統(tǒng)功能需求和邏輯架構(gòu)的牽引下，非功能性需求約束下，明確定義物理架構(gòu)方案。物理架構(gòu)由為特定子系統(tǒng)設(shè)計(jì)選定的有形設(shè)備組成。物理架構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮除功能性之外約束，例如由安全性牽引得到的冗余備份設(shè)計(jì)。

綜合設(shè)計(jì)候選架構(gòu)流程如下圖所示：

• 系統(tǒng)功能需求和邏輯架構(gòu)的牽引下，將系統(tǒng)分解為多個(gè)物理子系統(tǒng)，一般物理子系統(tǒng)可以理解為邏輯架構(gòu)中的邏輯元素的初步物理劃分，類似于用戶界面對應(yīng)由顯示器和鍵盤組成的顯控子系統(tǒng)。定義物理子系統(tǒng)之間的交聯(lián)關(guān)系，可以為子系統(tǒng)定義端口，端口間的連接關(guān)系；

• 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將子系統(tǒng)分解為物理部件，物理部件可以是設(shè)備，也可以直接分解到軟硬件等。定義物理部件之間的交聯(lián)關(guān)系，包含物理部件的端口及端口間的連接關(guān)系；

• 當(dāng)存在多個(gè)物理架構(gòu)時(shí)，需要進(jìn)行架構(gòu)權(quán)衡，對比不同的系統(tǒng)總體方案，評估系統(tǒng)可靠度、技術(shù)成熟度、系統(tǒng)復(fù)雜程度、成本、研制周期、系統(tǒng)重量等因素，對不同方案進(jìn)行權(quán)衡；

• 定義接口，包含子系統(tǒng)或者設(shè)備間傳遞的信號、能量、物質(zhì)等信息；

• 定義物理部件的功能，將系統(tǒng)功能進(jìn)一步細(xì)化定義為各個(gè)部件如何執(zhí)行支撐整個(gè)系統(tǒng)功能；

• 定義各物理部件的需求，將分析之后的個(gè)物理部件的功能及指標(biāo)作為需求，并維護(hù)和系統(tǒng)需求的追溯關(guān)系。

圖 1 綜合設(shè)計(jì)候選架構(gòu)

2. 責(zé)任角色

在由多學(xué)科背景組成的系統(tǒng)工程團(tuán)隊(duì)中，物理架構(gòu)模型一般由總體部門的系統(tǒng)工程師（或者稱為系統(tǒng)架構(gòu)師）負(fù)責(zé)，子系統(tǒng)工程師參與子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3. 下一階段

在完成物理架構(gòu)設(shè)計(jì)之后，可以轉(zhuǎn)入導(dǎo)出模型到下一級的系統(tǒng)設(shè)計(jì)或者進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。

借助系統(tǒng)原理框圖可以列出組件和接口，作為系統(tǒng)物理模型的基礎(chǔ)，用于物理解決方法（物理結(jié)構(gòu)）的高層次開發(fā)結(jié)果的交流。

圖 2 系統(tǒng)原理框圖示意

在系統(tǒng)架構(gòu)的早期，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就必須評估每個(gè)需求是否會對系統(tǒng)架構(gòu)產(chǎn)生重要影響。這些需求被稱為驅(qū)動架構(gòu)設(shè)計(jì)的需求，驅(qū)動架構(gòu)設(shè)計(jì)的需求通常占全部需求的5%至15%。驅(qū)動架構(gòu)設(shè)計(jì)的需求應(yīng)該被基線化管理，以確保架構(gòu)設(shè)計(jì)審查成功進(jìn)行，認(rèn)真評審架構(gòu)以確保滿足驅(qū)動架構(gòu)設(shè)計(jì)的需求基線集要求。

架構(gòu)層級圖提供系統(tǒng)的一個(gè)垂直視角，識別物理組件和各自組件組成系統(tǒng)，當(dāng)后面的設(shè)計(jì)不能覆蓋底層組件的時(shí)候需要更新架構(gòu)層級圖。

圖 3 架構(gòu)層級圖示意

定義系統(tǒng)內(nèi)外部接口始于架構(gòu)互聯(lián)圖中定義的信息以及詳細(xì)的接口定義，比如液體流速、壓力、溫度。接口定義必須包含除了功能需求和用戶法規(guī)需求外的這些接口和環(huán)境因素的容忍性考慮。比如，液體互連除了要定義流速、溫度 和壓力外，還要定義流脈沖、極限條件下的包線值和波動值。

圖 4 接口定義示意

1. 將系統(tǒng)分解為物理子系統(tǒng)

通過塊定義圖來定義系統(tǒng)的物理子系統(tǒng)。

圖 5 物理子系統(tǒng)分解示意

2. 創(chuàng)建子系統(tǒng)的交聯(lián)關(guān)系

通過內(nèi)部塊圖來創(chuàng)建子系統(tǒng)間的交聯(lián)。

注意：物理架構(gòu)圖和邏輯架構(gòu)圖都是對系統(tǒng)的內(nèi)部描述，邏輯元素和物理子系統(tǒng)間存在分配關(guān)系，所以在邏輯架構(gòu)階段捕獲的系統(tǒng)接口可以在物理架構(gòu)中繼續(xù)使用。

圖 6 物理架構(gòu)模型示意

3. 通過包來組織子系統(tǒng)模型

創(chuàng)建包來組織各子系統(tǒng)的模型。

圖 7 子系統(tǒng)包示意

4. 繼續(xù)分解子系統(tǒng)到設(shè)備

通過新建元素將子系統(tǒng)分解到設(shè)備。

圖 8 子系統(tǒng)組成示意

5. 創(chuàng)建物理部件間的接口

在邏輯架構(gòu)建模階段已經(jīng)對系統(tǒng)的邏輯部件間的接口進(jìn)行了建模，在物理架構(gòu)階段，隨著邏輯部件分解為物理部件，需要進(jìn)一步補(bǔ)充物理部件間的接口信息，包含物理部件間傳遞的信息、能量、物質(zhì)等。此處操作與邏輯架構(gòu)階段的操作完全一致。

6. 創(chuàng)建組成子系統(tǒng)的設(shè)備間的交聯(lián)關(guān)系

通過內(nèi)部塊圖來創(chuàng)建子系統(tǒng)內(nèi)部各設(shè)備間的交聯(lián)。

圖 9 航電子系統(tǒng)物理架構(gòu)示意

7. 多架構(gòu)權(quán)衡

一般根據(jù)系統(tǒng)需求及設(shè)計(jì)師經(jīng)驗(yàn)，會存在多個(gè)滿足系統(tǒng)需求的物理架構(gòu)，例如不同的配電器、電池?cái)?shù)量，不同的配電方式等。此時(shí)，需要進(jìn)行架構(gòu)權(quán)衡來確選擇一個(gè)相對最優(yōu)的架構(gòu)。

對比不同的系統(tǒng)方案，綜合評估系統(tǒng)可靠度、技術(shù)成熟度、系統(tǒng)復(fù)雜程度、成本、研制周期、系統(tǒng)重量等因素，對不同方案進(jìn)行權(quán)衡。架構(gòu)權(quán)衡一般依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)對不同的方案進(jìn)行評估，也可以采用打分的方式，設(shè)定參與對比的項(xiàng)目及權(quán)重，對不同的方案進(jìn)行打分，最終通過分?jǐn)?shù)確定最優(yōu)架構(gòu)。

8. 定義物理部件的功能

在邏輯架構(gòu)與系統(tǒng)功能的分配的基礎(chǔ)上，將每個(gè)系統(tǒng)功能進(jìn)一步細(xì)化定義為各個(gè)部件如何執(zhí)行支撐整個(gè)系統(tǒng)功能。此處操作與邏輯架構(gòu)階段的操作一致，區(qū)別就是將活動分區(qū)細(xì)化到物理設(shè)備。以提供電氣動力活動為例，進(jìn)一步展示航電子系統(tǒng)、動力子系統(tǒng)和動力線束等相互配合用于向各子系統(tǒng)提供電力的相應(yīng)高層級動作。輸入包含太陽能陣列的太陽光線輻射，航天器分離前的由運(yùn)載火箭提供的電氣動力，如下圖所示。

圖 10 電子動力活動分解示意

每個(gè)物理部件的狀態(tài)都能被他們的狀態(tài)機(jī)定義，例如電子部件包含關(guān)閉和運(yùn)行狀態(tài)。一些部件有很多狀態(tài)，例如被用來控制航天器行為的系統(tǒng)控制器。

參考系統(tǒng)需求分析系統(tǒng)行為建模的操作可以對物理部件的行為進(jìn)行建模，例如故障管理軟件狀態(tài)圖如下圖所示。

圖 11 故障管理軟件狀態(tài)機(jī)

9. 定義物理部件的需求

物理部件需求是進(jìn)行物理部件詳細(xì)設(shè)計(jì)的依據(jù)，綜合設(shè)計(jì)候選架構(gòu)最終以定義個(gè)物理部件的需求為終止。

通過需求圖定義物理部件的需求。

圖 12 物理部件需求示意

10. 維護(hù)需求追溯性

使用派生矩陣進(jìn)行維護(hù)系物理部件需求和系統(tǒng)需求的追溯關(guān)系的派生關(guān)系。

圖 13 需求追溯關(guān)系

文章來源：杉石科技