復(fù)雜工程系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)管理工具（ICDSys）

產(chǎn)品定位

目前復(fù)雜工程電子系統(tǒng)、航空電子系統(tǒng)研發(fā)用戶對(duì)接口數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)大多使用的是接口控制文件（Interface Control Document，ICD）來(lái)管理。但I(xiàn)CD使用文檔描述這種管理方式，不僅文字工作量大，而且文字之間隱含的設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)性無(wú)法保證，設(shè)計(jì)、變更等協(xié)同無(wú)法實(shí)現(xiàn)，錯(cuò)誤難以發(fā)現(xiàn)，給后期進(jìn)一步的研制工作帶來(lái)潛在隱患。復(fù)雜工程系統(tǒng)接口管理工具ICDSys（以下簡(jiǎn)稱ICDSys）是我公司基于*的MBSE理論并結(jié)合國(guó)內(nèi)外成熟的接口設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)自主研發(fā)的面向大型綜合電子系統(tǒng)、航空電子系統(tǒng)研發(fā)用戶的企業(yè)級(jí)的接口數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、分析和管理工具。ICDSys支持樹(shù)形和詳表的設(shè)計(jì)方法，還提供圖形化的查看功能，可方便把控系統(tǒng)整體架構(gòu)，提升了ICD設(shè)計(jì)效率。ICDSys具有開(kāi)放的數(shù)據(jù)接口，可基于模型生成文檔和各類數(shù)據(jù)文件。采用R-N關(guān)聯(lián)模型技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)ICD數(shù)據(jù)信號(hào)從產(chǎn)生到最終應(yīng)用的全歷程追溯，顯著提高影響性分析和排故效率?；谀０鍘?kù)的向?qū)皆O(shè)計(jì)，降低了設(shè)計(jì)師的專業(yè)門檻，并提高了ICD的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

產(chǎn)品簡(jiǎn)介

1.     系統(tǒng)物理架構(gòu)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)初期，需定義其物理架構(gòu)圖。ICDSys工具提供了工具接口，繼承外部工具（例Rhapsody、Modelook等）的架構(gòu)數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成系統(tǒng)的物理架構(gòu)。ICDSys工具提供了物理架構(gòu)圖的搭建，包含系統(tǒng)、子系統(tǒng)、設(shè)備、外部系統(tǒng)等相關(guān)信息，同時(shí)通過(guò)規(guī)范總線網(wǎng)絡(luò)或非總線通信連接，建立各個(gè)子系統(tǒng)/設(shè)備/參與者等模塊之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，完成對(duì)系統(tǒng)物理架構(gòu)的描述。

圖 1 物理架構(gòu)圖

在創(chuàng)建或者導(dǎo)入物理架構(gòu)后，可以基于該架構(gòu)分別進(jìn)行信號(hào)接口設(shè)計(jì)、邏輯交互設(shè)計(jì)、接線接口設(shè)計(jì)。ICDSys工具提供了系統(tǒng)視圖、應(yīng)用場(chǎng)景視圖和接線接口視圖分別管理信號(hào)接口數(shù)據(jù)、邏輯接口數(shù)據(jù)和設(shè)備接線接口數(shù)據(jù)。

2.     信號(hào)接口設(shè)計(jì)

信號(hào)接口設(shè)計(jì)是基于物理架構(gòu)對(duì)設(shè)備接口模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)提供設(shè)備接口圖創(chuàng)建設(shè)備接口模型，主要描述某設(shè)備和其它設(shè)備消息/報(bào)文/信息單元/數(shù)據(jù)塊（以下統(tǒng)稱為消息）的收發(fā)關(guān)系。ICDSys支持用戶基于標(biāo)準(zhǔn)化消息表單設(shè)計(jì)消息數(shù)據(jù)，同時(shí)針對(duì)不同類型的消息提供相應(yīng)的屬性設(shè)置，保證各類型消息設(shè)計(jì)的專業(yè)性和規(guī)范性。如下圖所示。

圖 2 設(shè)備接口設(shè)計(jì)界面

信號(hào)接口設(shè)計(jì)還提供軟件功能接口設(shè)計(jì)。包括軟件功能組成圖、軟件功能接口圖、軟件功能間消息幀圖。軟件功能組成圖的定義包括軟件功能、功能間虛擬通道、軟件功能與物理設(shè)備的配置。軟件功能接口圖即創(chuàng)建軟件功能接口模型，主要描述各軟件功能和其它軟件功能間的消息的收發(fā)關(guān)系。軟件功能間消息幀圖定義消息數(shù)據(jù)類型、消息傳遞數(shù)據(jù)信息。

圖 3 計(jì)算設(shè)備的軟件功能接口設(shè)計(jì)界面

3.     邏輯交互設(shè)計(jì)

邏輯交互設(shè)計(jì)是通過(guò)圖形化方式定義系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景及應(yīng)用場(chǎng)景內(nèi)部實(shí)現(xiàn)過(guò)程。應(yīng)用場(chǎng)景可直觀的呈現(xiàn)系統(tǒng)的功能需求，應(yīng)用場(chǎng)景內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)過(guò)程描述了外部參與者、參與對(duì)象、參與對(duì)象間的信息傳遞關(guān)系以及信息間的時(shí)序和邏輯關(guān)系。

圖 4 邏輯交互設(shè)計(jì)界面

4.     接線接口設(shè)計(jì)

接線接口設(shè)計(jì)是通過(guò)設(shè)備接線圖定義設(shè)備接插件和設(shè)備間的連接線纜，同時(shí)通過(guò)接插件表單定義接插件的針號(hào)、針號(hào)關(guān)聯(lián)的信號(hào)名稱以及信號(hào)說(shuō)明等信息，通過(guò)線纜表單定義線數(shù)、線號(hào)名稱、線號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)的接插件針號(hào)、導(dǎo)線等信息。如下圖所示。

圖 5 設(shè)備接線設(shè)計(jì)界面

5.     數(shù)據(jù)分析

ICDSys支持設(shè)備FRN分析及信號(hào)歷程分析。FRN分析通過(guò)矩陣建立所選設(shè)備輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，信號(hào)歷程分析通過(guò)信號(hào)歷程圖查看所選信號(hào)的上下游設(shè)備的輸入輸出信號(hào)。

圖 6數(shù)據(jù)分析

6.     數(shù)據(jù)校驗(yàn)

ICDSys支持?jǐn)?shù)據(jù)冗余性、數(shù)據(jù)完整性及數(shù)據(jù)非法性檢查，同時(shí)在日志區(qū)進(jìn)行告警提示。數(shù)據(jù)冗余性檢查是基于配置規(guī)則，對(duì)表單數(shù)據(jù)重名進(jìn)行檢查；數(shù)據(jù)完整性檢查是在數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)總線表、消息表、信號(hào)表等數(shù)據(jù)表單中的必要屬性（如數(shù)據(jù)名稱、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等必填項(xiàng)）是否輸入完整進(jìn)行檢查；數(shù)據(jù)非法性檢查是基于不同通信協(xié)議規(guī)則，對(duì)表單數(shù)據(jù)值進(jìn)行檢查，如圖 7所示。

圖 7 數(shù)據(jù)非法性檢查界面

7.     數(shù)據(jù)檢索

ICDSys支持用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分類檢索，并支持用戶保存檢索結(jié)果實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總整理功能，檢索功能包括以下特色功能：

?   關(guān)鍵字檢索：支持用戶輸入關(guān)鍵字進(jìn)行功能檢索

?   多條件搜索：支持用戶選擇大于20條以上的多項(xiàng)輸入條件進(jìn)行檢索

?   檢索結(jié)果保存：用戶基于需求保存搜索結(jié)果，提升搜索效率

?   搜索結(jié)果視圖：支持團(tuán)隊(duì)視圖和個(gè)人視圖兩種分類展示，實(shí)現(xiàn)搜索結(jié)果共享機(jī)制

?   樹(shù)形區(qū)檢索：提供樹(shù)形區(qū)快速檢索功能，在樹(shù)形區(qū)上方輸入框輸入關(guān)鍵字，按回車鍵，會(huì)自動(dòng)定位到包含該關(guān)鍵字的節(jié)點(diǎn)，如圖8所示。

圖 8 樹(shù)形區(qū)檢索

8.     模型庫(kù)

ICDSys支持總線庫(kù)、端口庫(kù)、消息幀庫(kù)、信號(hào)庫(kù)的管理功能。如下圖所示。

圖 9 模型庫(kù)管理

ICDSys在總線庫(kù)中提供了1553B、AFDX、ARINC429、ARINC717、CAN、FC、Flexray、I2C、RS422、RS485、TTE和以太網(wǎng)總線；4G、WIFi 、數(shù)據(jù)鏈通信網(wǎng)絡(luò)；及DDS虛擬總線，同時(shí)支持在物理架構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程引用總線庫(kù)的總線數(shù)據(jù)進(jìn)行總線設(shè)計(jì)。

ICDSys在端口庫(kù)中提供了對(duì)應(yīng)總線庫(kù)的不同協(xié)議的總線端口、離散量/模擬量的電氣端口、燃油/滑油/氣路的機(jī)械端品、人機(jī)交互端口及其它端口等，同時(shí)支持在物理架構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程引用端口庫(kù)的端口數(shù)據(jù)進(jìn)行端口設(shè)計(jì)。

ICDSys在消息庫(kù)中提供了不同協(xié)議消息的創(chuàng)建、編輯、查看和刪除功能。同時(shí)支持在設(shè)備接口圖中使用消息庫(kù)中消息進(jìn)行快速設(shè)計(jì)。

ICDSys在信號(hào)庫(kù)中提供信號(hào)及信號(hào)參數(shù)的創(chuàng)建、編輯、查看和刪除功能。同時(shí)支持在消息表單中使用信號(hào)庫(kù)中消息進(jìn)行快速設(shè)計(jì)。

9.     文檔生成

接口數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)完成后，ICDSys軟件支持將接口數(shù)據(jù)生成特定模板格式的文檔。同時(shí)軟件支持文檔模板的編輯，通過(guò)在模板位置添加業(yè)務(wù)標(biāo)簽，并建立業(yè)務(wù)標(biāo)簽與模型數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)模板的設(shè)計(jì)和完善功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)模板管理的相關(guān)操作，如下圖所示。

圖 10 ICDSys接口數(shù)據(jù)文檔生成

10.  數(shù)據(jù)導(dǎo)出及導(dǎo)入

接口數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)完成后，ICDSys可導(dǎo)出XML格式標(biāo)準(zhǔn)文件和ICD工程文件。同時(shí)支持導(dǎo)出的XML文件導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)型號(hào)復(fù)用。ICDSys支持導(dǎo)出特定格式的XML文件，實(shí)現(xiàn)接口數(shù)據(jù)在后期仿真測(cè)試階段的應(yīng)用，減少重復(fù)性勞動(dòng)。

圖 11 ICDSys數(shù)據(jù)的導(dǎo)出與導(dǎo)入

11.  版本管理

ICDSys支持版本管理，通過(guò)提供版本設(shè)置、版本歷史查看、版本比較和版本恢復(fù)等功能實(shí)現(xiàn)版本的管理。

12.  協(xié)同設(shè)計(jì)

ICDSys支持多人在線同時(shí)進(jìn)行編輯，且提供以下協(xié)同機(jī)制：

?   當(dāng)多人打開(kāi)同一型號(hào)的同一節(jié)點(diǎn)時(shí)，打開(kāi)的獲取編輯權(quán)，關(guān)閉釋放編輯權(quán)；

?   在鎖定編輯權(quán)期間，其他客戶端只能以只讀權(quán)打開(kāi)；

?   權(quán)限類別只在打開(kāi)時(shí)判定，且持續(xù)到關(guān)閉重新打開(kāi)前不做更改；

?   編輯權(quán)即對(duì)數(shù)據(jù)可進(jìn)行增刪改查等操作，只讀權(quán)只可查看和瀏覽數(shù)據(jù)。

產(chǎn)品價(jià)值

通過(guò)部署復(fù)雜工程系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)管理工具ICDSys，將系統(tǒng)架構(gòu)和接口設(shè)計(jì)工作從傳統(tǒng)文檔編寫(xiě)方式轉(zhuǎn)化為圖形化建模，避免了使用Word、Excel等設(shè)計(jì)方式帶來(lái)的效率低下、容易出錯(cuò)的情況。在設(shè)計(jì)過(guò)程中提供了數(shù)據(jù)自動(dòng)校驗(yàn)和分析功能，保證了設(shè)計(jì)結(jié)果滿足接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，有效降低了人為因素帶來(lái)的錯(cuò)誤影響。ICDSys具有開(kāi)放的數(shù)據(jù)接口，通過(guò)繼承概要設(shè)計(jì)階段的架構(gòu)數(shù)據(jù)，打通了MBSE中概要架構(gòu)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)工具之間的數(shù)據(jù)接口，保證了設(shè)計(jì)過(guò)程數(shù)據(jù)的一致性和繼承性；通過(guò)導(dǎo)出Word、xml、頭文件等多種類型數(shù)據(jù)，避免了文檔更改對(duì)文檔修改帶來(lái)的影響，同時(shí)使接口設(shè)計(jì)階段與后期的軟件代碼編寫(xiě)、測(cè)試等階段關(guān)聯(lián)，為后期工作提供便利，節(jié)省時(shí)間.

應(yīng)用案例

ICDSys可被應(yīng)用于航空、車輛、衛(wèi)星、船舶等復(fù)雜工程系統(tǒng)中，目前已被應(yīng)用于航空、船舶、綜合電子等多個(gè)領(lǐng)域的研究所中。這里通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施案例，介紹ICDSys工具的應(yīng)用。

1.     某航空研究所

在某航空研究所的接口數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)管理項(xiàng)目，ICDSys主要承擔(dān)接口設(shè)計(jì)和管理功能。本項(xiàng)目通過(guò)解析上游架構(gòu)數(shù)據(jù)及接口數(shù)據(jù)，導(dǎo)入ICDSys工具，實(shí)現(xiàn)上游架構(gòu)數(shù)據(jù)和接口數(shù)據(jù)的繼承。繼承數(shù)據(jù)后，通過(guò)定義設(shè)備內(nèi)部模塊及軟件應(yīng)用架構(gòu)數(shù)據(jù)，同時(shí)使用模型庫(kù)消息數(shù)據(jù)定義軟件應(yīng)用接口數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)ICD接口數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)和管理。而當(dāng)消息數(shù)據(jù)發(fā)生變更時(shí)，修改模型庫(kù)消息，可變更使用模型庫(kù)創(chuàng)建的所有消息數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和正確性。

圖 12某中航工業(yè)所ICDSys工具的應(yīng)用

2.     某艦船研究所

在某艦船研究所的接口控制管理項(xiàng)目中，ICDSys主要承擔(dān)接口設(shè)計(jì)和管理功能，并有效的融入所內(nèi)原有研發(fā)系統(tǒng)。流程上，ICDSys對(duì)接且受控于所內(nèi)精益研發(fā)平臺(tái)。業(yè)務(wù)上，與所內(nèi)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)工具、仿真測(cè)試工具進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，繼承和傳遞相關(guān)數(shù)據(jù)，保證團(tuán)隊(duì)內(nèi)研發(fā)的數(shù)據(jù)一致性。

圖 13某艦船研究所ICDSys工具的應(yīng)用

3.     某研究中心

在某研究中心的接口數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)管理項(xiàng)目中，ICDSys基于前期設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包括SCADE接口模型數(shù)據(jù)或AADL規(guī)范數(shù)據(jù)導(dǎo)入，基于樹(shù)形和詳表的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)接口數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)、分析和管理功能。首先支持系統(tǒng)、設(shè)備、總線、消息和信號(hào)等接口數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)，同時(shí)支持接口數(shù)據(jù)的分析和校驗(yàn)功能。此外，如下圖所示，支持導(dǎo)出相應(yīng)的接口文件和接口數(shù)據(jù)，以及支持可其它工具的數(shù)據(jù)接口，從而打通了從接口數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)到硬件頭文件和其它工具接口的障礙。

圖 14某研究中心ICDSys工具的應(yīng)用