[發明專利]一種基于DSM的衛星耦合設計流程結構化分析及反演方法

在審

• 申請號: 201310018073.9
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103942349A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 溫躍杰;王偉;趙晟;徐清;鄧業平;高瑜;李強;劉洋
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院神舟學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于DSM的衛星耦合設計流程結構化分析及反演方法，屬于航天器設計領域。

背景技術

設計結構矩陣(Design?Structure?Matrix，DSM)技術適用于一個復雜系統的耦合關系的建模，在歐美航天工業已經得到了廣泛深入的應用。DSM是從有向圖發展而來，通過數學矩陣的形式描述某一類型的設計因素，如設計參數、設計活動等，相互間依賴、制約等復雜關系。航天器產品的設計演化過程中，參數配置不斷更新，以螺旋迭代的模式趨于成熟和穩定，并最終達到預定的設計目標。通過設計結構矩陣能較為完整地反映產品設計及其過程中的潛在問題，是產品設計中的過程重組、組織優化提供規劃、分析和實施的基礎。設計結構矩陣的概念最早由美國Steward博士在1981年提出，1989年NASA蘭利中心的Roger?J.首次將其應用于航天領域并開發出了基于DSM的DeMAID軟件。NASA的應用示范使得DSM理論在學術界和工程界引起廣泛關注，已經在汽車、建筑等多個領域得到較多研究和應用。在我國航天等多個工業領域，傳統上使用串行或并行的工作模式來描述復雜系統或復雜過程，對于客觀實際上廣泛存在的耦合迭代關系難以描述，并給后續的系統分析和過程優化帶來了巨大困難。DSM設計結構矩陣以其形象性、可操作性的優勢非常適合解決這個難題。

中國空間技術研究院神舟學院在開展員工和客戶培訓的過程中，通過項目實踐提升學員航天器設計的能力，形成了一套獨特的航天器虛擬設計教學平臺。經過近5年的發展，在軟硬件建設方面已經初具規模，基本能涵蓋通信、遙感、載人航天等多個系列的多數專業和學科，為中國和其他國家培養了數百名航天人才，但在跨學科的集成和設計協同方面還存在流程不清晰規范、集成不夠系統化的問題，特別是缺乏一個航天器設計參數信息傳遞和溝通的系統平臺，參數交換仍然依靠文檔和會議，效率有待進一步提升。

為了滿足教學任務，學員需要理清航天器，特別是衛星設計的一般技術流程，確定初步方案設計階段各類信息數據結構及依賴關系，開發出一套支持衛星設計理論教學和實習的軟件信息系統。由于航天器自身的復雜性，涉及眾多的學科、專業、人員和任務，且相互之間存在著耦合、嵌套、迭代的關系，最大的困難是如何準確地描述航天器設計過程中各項設計活動間的信息關系，而設計結構矩陣(DSM)科學地反映了這種關系。本文在航天器虛擬設計教學平臺的開發過程中，使用DSM技術建立航天器方案設計階段的通用過程模型，并自主開發了一套針對耦合復雜系統進行建模分析的DSM分析的軟件工具，并將其應用到基于參數的航天器集成設計系統的研發中。

發明內容

本發明的技術解決了大型工業產品，特別是航天器的研發過程分析的耦合性和復雜性難題，提供了一種用于復雜產品或服務的流程分析、耦合分析、關聯分析、流程再現的方法。該方法能夠實現復雜研究對象的條縷分析，化繁為簡，化混沌為清晰，有利于流程的優化、提高工作能效。

本發明所要達到的技術效果是：基于現有的衛星設計流程，將其映射生成DSM，進行結構化定量分析，存入數據庫進行維護，以Excel電子表格為前端界面，再現衛星的多學科耦合設計流程。

本發明具有以下鮮明的特點：

1.基于現有流程和傳統的流程表述方式；

2.將流程映射生成DSM；

3.自動統計DSM項，

4.逐項進行結構化定量分析；

5.運用關系數據庫技術進行關聯的存儲；

6.用Excel作為前端界面進行流程復現。

本發明的技術解決方案是：從人們的傳統思維模式出發，將串并行模式的流程映射生成設計結構矩陣(DSM)，然后統計出所有的關聯子項，再對其進行逐項結構化定量分析，從而徹底理清相互依賴關系；將其存入SQL關系數據庫，使用Excel電子表格再現，此時原有的串并行流程已經升級為網狀流程圖；通過友好的人機界面對用戶直觀展示關聯關系，并實現數據基于審批工作流的自動流轉。

本發明涉及的基于DSM的衛星耦合設計流程結構化分析及反演方法包括以下步驟：

第一步：基于傳統的流程表述方式，整理和歸納出設計衛星的一般流程；所述衛星的設計分為總體S0和若干個分系統，所述若干個分系統包括載荷分系統S1、姿軌控分系統S2、推進分系統S3、數管分系統S4、測控分系統S5、熱控分系統S6、電源分系統S7、結構分系統S8，每個分系統的活動可以分別進一步分解為多項子活動：