一种用于工程复杂系统的架构模型复杂性量化分析方法与流程

本申请属于基于模型系统工程应用与实践领域，特别涉及一种用于工程复杂系统的架构模型复杂性量化分析方法。

背景技术：

1、随着对性能水平的要求不断提高，以及对其通用质量特性(健壮性，可靠性，可维护性等)的约束越来越严格，工程系统或产品变得越来越复杂；进而导致其开发工作变得越来越具有挑战性，并且经常出现进度延期或成本超支。如果开发成本超支过多或进度延期超过预期，可能会导致开发项目的失败，而这在很大程度上可以归咎无法量化和管理所设计系统、产品的复杂性。

2、因此，在系统及产品设计中，复杂性的量化、分析及优化管理越来越重要。应用mbse设计方法进行复杂系统或产品的设计中，一个核心问题是系统的架构设计，它描述了系统中组件或子系统的依赖关系及拓扑结构。复杂系统的内部架构可以被描述为一个复杂的网络或图，其中组件或子系统作为独立的节点相互连接，连接关系表示组件或子系统之间存在交互。系统的功能、效率受到架构的影响，在任何大型工程系统的设计过程中，采用一种简单、健壮、高效的体系结构是非常重要的，通常情况下随着所设计系统的功能的增加，其架构也会更复杂。

3、虽然在mbse领域对系统复杂度的分析有一些理论研究，但如何在工程实践过程中对系统或产品的复杂度进行度量没有明确的可供应用的方法。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供了一种用于工程复杂系统的架构模型复杂性量化分析方法，以解决现有技术中难以对系统或产品的复杂度进行有效度量的问题。

2、本申请的技术方案是：一种用于工程复杂系统的架构模型复杂性量化分析方法，包括：

3、对系统或产品的架构模型进行设计，得到x个备选的系统架构模型，架构模型用mx表示，m代表架构模型mx中连接关系的数量；

4、选取一个需要评估的架构模型mx转化为图形式，图用g表示，计算图g中的顶点数量n，n代表架构模型mx中子模块的数量；

5、将图形式的架构模型转化为矩阵形式，得到矩阵a，统计矩阵a中非零元素数量，用m表示；

6、计算图g中每个顶点的复杂度ci，然后将n个顶点的复杂度ci求和得到模块的复杂度csum，即

7、计算矩阵a中每个连接关系的复杂度lj，然后将m个连接的复杂度lj求和得到模块间连接的复杂度lconnect，即

8、计算矩阵a的矩阵能量te，而后确定拓扑的复杂度ttopology＝＝te/n；

9、计算架构模型mx的复杂度fsys，复杂度fsys包括参数一“模块的复杂度csum”、参数二“模块间连接的复杂度lconnect”和参数三“拓扑的复杂度ttopology”，即fsys＝csum+lconnect*ttopology；

10、通过复杂度fsys确定备选的架构模型mx的复杂度计算结果；

11、选取下一个需要评估的架构模型mx，获得该架构模型mx的复杂度fsys，判断所有备选模型是否全部分析完成，若是，则所有需要评估的架构模型mx的复杂性分析完成，而后对比所有评估完成的架构模型mx的复杂度fsys数值，选取复杂度fsys数值最低的模型作为最终选取的架构模型m

12、mx。

13、优选地，所述图g能够选择有向图或者无向图。

14、优选地，所述矩阵a能够选择邻接矩阵或关联矩阵。

15、优选地，所述复杂度ci和复杂度lj能够选择“专家打分”或“成熟度等级比例计算”的方式计算确定。

16、优选地，所述矩阵能量te大于零，所述矩阵能量te采用矩阵奇异值分解的方式计算获得。

17、优选地，至少设计并选取两个备选架构模型。

18、本申请的一种用于工程复杂系统的架构模型复杂性量化分析方法，通过预先设计多个备选的系统架构模型，而后选一个需要评估的架构模型，按照图理论对系统架构模型进行抽象，得到架构模型的图表示，确定图中每个顶点的复杂度(1)；而后将架构模型的图表示转化为架构模型的矩阵形式，并确定矩阵中每个连接关系的复杂度(2)；而后确定矩阵的拓扑复杂度(3)；而后根据(1)、(2)、(3)计算出该架构模型的复杂度，直至计算全部备选架构模型的复杂度数值，对比不同架构模型的复杂度数值来评估、比较和优化系统或产品的架构模型。选出的架构模型复杂度最低、实现难度最低，该计算方法便于工程实现，并且结果唯一；同时，复杂度计算结果可以为系统、产品的架构模型选择和设计提供客观依据。

技术特征：

1.一种用于工程复杂系统的架构模型复杂性量化分析方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的用于工程复杂系统的架构模型复杂性量化分析方法，其特征在于：所述图g能够选择有向图或者无向图。

3.如权利要求1所述的用于工程复杂系统的架构模型复杂性量化分析方法，其特征在于：所述矩阵a能够选择邻接矩阵或关联矩阵。

4.如权利要求1所述的用于工程复杂系统的架构模型复杂性量化分析方法，其特征在于：所述复杂度ci和复杂度lj能够选择“专家打分”或“成熟度等级比例计算”的方式计算确定。

5.如权利要求1所述的用于工程复杂系统的架构模型复杂性量化分析方法，其特征在于：所述矩阵能量te大于零，所述矩阵能量te采用矩阵奇异值分解的方式计算获得。

6.如权利要求1所述的用于工程复杂系统的架构模型复杂性量化分析方法，其特征在于：至少设计并选取两个备选架构模型。

技术总结
本申请属于基于模型系统工程应用与实践领域，为一种用于工程复杂系统的架构模型复杂性量化分析方法，通过预先设计多个备选的系统架构模型，而后选一个需要评估的架构模型，按照图理论对系统架构模型进行抽象，得到架构模型的图表示，确定图中每个顶点的复杂度(1)；而后将架构模型的图表示转化为架构模型的矩阵形式，而后确定矩阵中每个连接关系的复杂度(2)；而后确定矩阵的拓扑复杂度(3)；而后根据(1)、(2)、(3)计算出该架构模型的复杂度，直至计算全部备选架构模型的复杂度数值，对比不同架构模型的复杂度数值来评估、比较和优化系统或产品的架构模型。选出的架构模型复杂度最低、实现难度最低，该计算方法便于工程实现。

技术研发人员：崔德龙,杨绚,杨明
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13