[发明专利]一种基于DSM的卫星耦合设计流程结构化分析及反演方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于DSM的卫星耦合设计流程结构化分析及反演方法，属于航天器设计领域。

背景技术

设计结构矩阵(Design Structure Matrix，DSM)技术适用于一个复杂系统的耦合关系的建模，在欧美航天工业已经得到了广泛深入的应用。DSM是从有向图发展而来，通过数学矩阵的形式描述某一类型的设计因素，如设计参数、设计活动等，相互间依赖、制约等复杂关系。航天器产品的设计演化过程中，参数配置不断更新，以螺旋迭代的模式趋于成熟和稳定，并最终达到预定的设计目标。通过设计结构矩阵能较为完整地反映产品设计及其过程中的潜在问题，是产品设计中的过程重组、组织优化提供规划、分析和实施的基础。设计结构矩阵的概念最早由美国Steward博士在1981年提出，1989年NASA兰利中心的Roger J.首次将其应用于航天领域并开发出了基于DSM的DeMAID软件。NASA的应用示范使得DSM理论在学术界和工程界引起广泛关注，已经在汽车、建筑等多个领域得到较多研究和应用。在我国航天等多个工业领域，传统上使用串行或并行的工作模式来描述复杂系统或复杂过程，对于客观实际上广泛存在的耦合迭代关系难以描述，并给后续的系统分析和过程优化带来了巨大困难。DSM设计结构矩阵以其形象性、可操作性的优势非常适合解决这个难题。

中国空间技术研究院神舟学院在开展员工和客户培训的过程中，通过项目实践提升学员航天器设计的能力，形成了一套独特的航天器虚拟设计教学平台。经过近5年的发展，在软硬件建设方面已经初具规模，基本能涵盖通信、遥感、载人航天等多个系列的多数专业和学科，为中国和其他国家培养了数百名航天人才，但在跨学科的集成和设计协同方面还存在流程不清晰规范、集成不够系统化的问题，特别是缺乏一个航天器设计参数信息传递和沟通的系统平台，参数交换仍然依靠文档和会议，效率有待进一步提升。

为了满足教学任务，学员需要理清航天器，特别是卫星设计的一般技术流程，确定初步方案设计阶段各类信息数据结构及依赖关系，开发出一套支持卫星设计理论教学和实习的软件信息系统。由于航天器自身的复杂性，涉及众多的学科、专业、人员和任务，且相互之间存在着耦合、嵌套、迭代的关系，最大的困难是如何准确地描述航天器设计过程中各项设计活动间的信息关系，而设计结构矩阵(DSM)科学地反映了这种关系。本文在航天器虚拟设计教学平台的开发过程中，使用DSM技术建立航天器方案设计阶段的通用过程模型，并自主开发了一套针对耦合复杂系统进行建模分析的DSM分析的软件工具，并将其应用到基于参数的航天器集成设计系统的研发中。

发明内容

本发明的技术解决了大型工业产品，特别是航天器的研发过程分析的耦合性和复杂性难题，提供了一种用于复杂产品或服务的流程分析、耦合分析、关联分析、流程再现的方法。该方法能够实现复杂研究对象的条缕分析，化繁为简，化混沌为清晰，有利于流程的优化、提高工作能效。

本发明所要达到的技术效果是：基于现有的卫星设计流程，将其映射生成DSM，进行结构化定量分析，存入数据库进行维护，以Excel电子表格为前端界面，再现卫星的多学科耦合设计流程。

本发明具有以下鲜明的特点：

1.基于现有流程和传统的流程表述方式；

2.将流程映射生成DSM；

3.自动统计DSM项，

4.逐项进行结构化定量分析；

5.运用关系数据库技术进行关联的存储；

6.用Excel作为前端界面进行流程复现。

本发明的技术解决方案是：从人们的传统思维模式出发，将串并行模式的流程映射生成设计结构矩阵(DSM)，然后统计出所有的关联子项，再对其进行逐项结构化定量分析，从而彻底理清相互依赖关系；将其存入SQL关系数据库，使用Excel电子表格再现，此时原有的串并行流程已经升级为网状流程图；通过友好的人机界面对用户直观展示关联关系，并实现数据基于审批工作流的自动流转。

本发明涉及的基于DSM的卫星耦合设计流程结构化分析及反演方法包括以下步骤：

第一步：基于传统的流程表述方式，整理和归纳出设计卫星的一般流程；所述卫星的设计分为总体S0和若干个分系统，所述若干个分系统包括载荷分系统S1、姿轨控分系统S2、推进分系统S3、数管分系统S4、测控分系统S5、热控分系统S6、电源分系统S7、结构分系统S8，每个分系统的活动可以分别进一步分解为多项子活动：