飛機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)基于功能的正向設(shè)計過程

摘要：本文介紹了復(fù)雜系統(tǒng)的定義，介紹了飛機(jī)這個復(fù)雜系統(tǒng)從飛機(jī)級到系統(tǒng)級以功能為基礎(chǔ)的整個的設(shè)計過程。并以典型復(fù)雜系統(tǒng)燃油為例，介紹了復(fù)雜系統(tǒng)基于功能的正向設(shè)計過程。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)系統(tǒng)；燃油系統(tǒng)；飛機(jī)級功能需求（FRD）；飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（b）-0000-00

隨著電子技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)各個系統(tǒng)的集成化程度越來越高，系統(tǒng)之間的交聯(lián)關(guān)系變的更加復(fù)雜，系統(tǒng)的復(fù)雜性急劇增加。這種復(fù)雜性一方面表現(xiàn)在內(nèi)部集成的功能越來越多、耦合程度越來越緊密，另一方面，外部技術(shù)不斷向前發(fā)展，系統(tǒng)需求也在不斷變化過程中。復(fù)雜系統(tǒng)是指系統(tǒng)內(nèi)功能實(shí)體之間的耦合程度比較高的系統(tǒng)，復(fù)雜系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是開放性、復(fù)雜性，同時具有突顯性、不穩(wěn)定性、非線性、不確定性、不可預(yù)測性及病態(tài)界構(gòu)等特征。

1 復(fù)雜系統(tǒng)正向設(shè)計過程

正向設(shè)計是指從頂層設(shè)計要求（客戶需求）出發(fā)，通過功能的逐步分解和細(xì)化，形成產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)，并由此確定各子功能的解決方案，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分解到零部件，并完成相關(guān)零部件的詳細(xì)設(shè)計過程。正向設(shè)計是以功能為中心的一種自頂向下的設(shè)計過程。功能設(shè)計是實(shí)現(xiàn)正向設(shè)計的一個重要過程。復(fù)雜系統(tǒng)的正向設(shè)計是十分必要和重要的，只有實(shí)行正向設(shè)計，才能保證設(shè)計出的產(chǎn)品是顧客想要的。

功能是具有某種特定要求的作用機(jī)能，它是要由系統(tǒng)的某一組成單元，如硬件、軟件、設(shè)施、人員、程序性資料或它們的某種組合去予以完成的。

功能分析是用于分析功能需求并把它們分解成為一個個的工作任務(wù)或工程

的方法，它涉及到要確認(rèn)系統(tǒng)的主要功能并將這些功能分解成為更詳盡的子功能。在確定各種功能的范圍、時序和接口時，要以功能分析去支持任務(wù)分析工作的進(jìn)行。各工程專業(yè)人員和相應(yīng)的機(jī)構(gòu)還通過功能分析去擬定對設(shè)備、軟件、人員和運(yùn)行程序等提出的要求，以便完成系統(tǒng)的研制工作。

2 功能分析和分解

功能分析是用于分析性能要求并把他們分解為一個個的工作任務(wù)或工程活動的方法，它涉及到要確認(rèn)系統(tǒng)的主要功能并將這些功能分解為詳盡的子功能。

功能分解應(yīng)該只能進(jìn)行到再進(jìn)一步分析下去也不會對所要綜合的或選定的系統(tǒng)組成單元提出更多的性能要求為止。

3 進(jìn)行技術(shù)需求的分配

后者的例子是材料的標(biāo)準(zhǔn)和加工工藝標(biāo)準(zhǔn)，可以把他們直接地應(yīng)用于所有的組成單元。這些需求是放在TLRD里。

功能性需求：功能性需求定義了通過飛機(jī)/系統(tǒng)/設(shè)備可執(zhí)行的行為。例如：提供推力。

非功能性需求：非功能性需求不需要執(zhí)行而是對特定的功能性需求施加限制。例如；重新應(yīng)用的需求，設(shè)計限制。

性能需求：對已經(jīng)接受的功能性需求提供邊界條件的集合。

可以把需求區(qū)分為能進(jìn)行分配的和不能進(jìn)行分配的參數(shù)。可以把它逐次地向更低的層次加以分解。這些需求我們放在FRD里，他們是功能性需求。

4 以燃油系統(tǒng)為例確定復(fù)雜系統(tǒng)正向設(shè)計過程

以典型的飛機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)為例，飛機(jī)燃油系統(tǒng)是典型的飛機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)，其涉及飛機(jī)許多系統(tǒng)之間較大范圍的交互作用。因此，現(xiàn)代飛機(jī)燃油系統(tǒng)的設(shè)計、研制和合格審定過程中一項(xiàng)重要任務(wù)。

整個燃油系統(tǒng)的設(shè)計過程應(yīng)包括：飛機(jī)功能開發(fā)和燃油系統(tǒng)相關(guān)的飛機(jī)功能和需求，飛機(jī)級功能向系統(tǒng)級功能的分配，系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)，從飛機(jī)級接受的系統(tǒng)級需求，向軟硬件設(shè)備分配，系統(tǒng)實(shí)施及驗(yàn)證5個階段。

5 燃油系統(tǒng)基于功能的正向設(shè)計過程

從圖3可以看出整個燃油系統(tǒng)從飛機(jī)級功能需求分配，到系統(tǒng)設(shè)計的整個過程，這是一個標(biāo)準(zhǔn)的正向設(shè)計過程。這個正向過程，就是把飛機(jī)級功能變成一系列飛機(jī)級功能需求（FRD）再分解并分配這些飛機(jī)級功能需求成系統(tǒng)功能需求和部件需求。

6 總結(jié)

本文以飛機(jī)和復(fù)雜燃油系統(tǒng)作為樣例，從飛機(jī)級需求出發(fā)，以功能的分解和分配作為牽引，從飛機(jī)級功能分解分配到系統(tǒng)級功能的整個過程為依據(jù)，說明了復(fù)雜系統(tǒng)以系統(tǒng)工程為基礎(chǔ)的設(shè)計過程，為復(fù)雜系統(tǒng)的正向設(shè)計過程進(jìn)行了舉例說明

【參考文獻(xiàn)】

（1）飛機(jī)燃油系統(tǒng) Aircraft Fuel System美 羅伊·蘭頓 等著.

（2）SAE ARP 4754A Guidelines for Development of Civil Aircraft and System.

（3）AEROSPACE RECOMMENDED PRACTICE. SAE ARP5007.