飛機復雜系統基于功能的正向設計過程

摘要：本文介紹了復雜系統的定義，介紹了飛機這個復雜系統從飛機級到系統級以功能為基礎的整個的設計過程。并以典型復雜系統燃油為例，介紹了復雜系統基于功能的正向設計過程。

關鍵詞：飛機系統；燃油系統；飛機級功能需求（FRD）；飛機系統設計

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

隨著電子技術和軟件技術的發展，飛機各個系統的集成化程度越來越高，系統之間的交聯關系變的更加復雜，系統的復雜性急劇增加。這種復雜性一方面表現在內部集成的功能越來越多、耦合程度越來越緊密，另一方面，外部技術不斷向前發展，系統需求也在不斷變化過程中。復雜系統是指系統內功能實體之間的耦合程度比較高的系統，復雜系統的顯著特點是開放性、復雜性，同時具有突顯性、不穩定性、非線性、不確定性、不可預測性及病態界構等特征。

1 復雜系統正向設計過程

正向設計是指從頂層設計要求（客戶需求）出發，通過功能的逐步分解和細化，形成產品的功能結構，并由此確定各子功能的解決方案，在此基礎上，進一步分解到零部件，并完成相關零部件的詳細設計過程。正向設計是以功能為中心的一種自頂向下的設計過程。功能設計是實現正向設計的一個重要過程。復雜系統的正向設計是十分必要和重要的，只有實行正向設計，才能保證設計出的產品是顧客想要的。

功能是具有某種特定要求的作用機能，它是要由系統的某一組成單元，如硬件、軟件、設施、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或工程

的方法，它涉及到要確認系統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分析工作的進行。各工程專業人員和相應的機構還通過功能分析去擬定對設備、軟件、人員和運行程序等提出的要求，以便完成系統的研制工作。

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或工程活動的方法，它涉及到要確認系統的主要功能并將這些功能分解為詳盡的子功能。

功能分解應該只能進行到再進一步分析下去也不會對所要綜合的或選定的系統組成單元提出更多的性能要求為止。

3 進行技術需求的分配

后者的例子是材料的標準和加工工藝標準，可以把他們直接地應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/系統/設備可執行的行為。例如：提供推力。

非功能性需求：非功能性需求不需要執行而是對特定的功能性需求施加限制。例如；重新應用的需求，設計限制。

性能需求：對已經接受的功能性需求提供邊界條件的集合。

可以把需求區分為能進行分配的和不能進行分配的參數。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 以燃油系統為例確定復雜系統正向設計過程

以典型的飛機復雜系統為例，飛機燃油系統是典型的飛機復雜系統，其涉及飛機許多系統之間較大范圍的交互作用。因此，現代飛機燃油系統的設計、研制和合格審定過程中一項重要任務。

整個燃油系統的設計過程應包括：飛機功能開發和燃油系統相關的飛機功能和需求，飛機級功能向系統級功能的分配，系統架構開發，從飛機級接受的系統級需求，向軟硬件設備分配，系統實施及驗證5個階段。

5 燃油系統基于功能的正向設計過程

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

6 總結

本文以飛機和復雜燃油系統作為樣例，從飛機級需求出發，以功能的分解和分配作為牽引，從飛機級功能分解分配到系統級功能的整個過程為依據，說明了復雜系統以系統工程為基礎的設計過程，為復雜系統的正向設計過程進行了舉例說明

【參考文獻】

（1）飛機燃油系統 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.