馬玉偉 邢卓異 白崇延 盛瑞卿 朱舜杰 張伍

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)

隨著我國航天事業(yè)的快速發(fā)展，航天器系統(tǒng)功能日趨復(fù)雜，對承擔(dān)著航天器“神經(jīng)系統(tǒng)”任務(wù)的信息流提出了越來越高的設(shè)計(jì)要求。尤其是面向多任務(wù)、多艙段、任務(wù)時序不可逆的復(fù)雜航天任務(wù)時，信息流的可靠性、魯棒性和健壯性直接影響任務(wù)成敗。目前國內(nèi)航天器信息流設(shè)計(jì)主要采用基于文檔驅(qū)動的工作方式，存在數(shù)據(jù)源不統(tǒng)一、迭代傳遞不規(guī)范、錯誤率高、資源占用多效率低等問題，同時國內(nèi)對于航天器信息流設(shè)計(jì)的研究主要集中在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[1-2]、總線信息流設(shè)計(jì)[3]、遙控遙測標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用[4]等方面，但未見航天器信息流設(shè)計(jì)的數(shù)字化建模設(shè)計(jì)方面研究。

本文應(yīng)用圖論理論，提出了一種通用的基于有向圖的航天器信息流設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)信息流的數(shù)字化建模，并應(yīng)用該方法建立了數(shù)據(jù)管理模塊和制導(dǎo)導(dǎo)航與控制模塊間遙控遙測信息流的數(shù)學(xué)模型。該方法具有通用性、可擴(kuò)展性、可復(fù)用性和可視化等特點(diǎn)，并已應(yīng)用于航天器信息流設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐，可為后續(xù)復(fù)雜航天器信息流設(shè)計(jì)和航天器信息流自主健康診斷等提供參考。

1 應(yīng)用有向圖的信息流設(shè)計(jì)需求分析

1.1 航天器信息流設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

航天器信息流設(shè)計(jì)過程包括信息流需求分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)以及驗(yàn)證等幾個環(huán)節(jié)，存在3方面的特點(diǎn)：①信息流設(shè)計(jì)分層分級。總體設(shè)計(jì)師對系統(tǒng)級信息流進(jìn)行設(shè)計(jì)，分系統(tǒng)設(shè)計(jì)師對分系統(tǒng)級以及單機(jī)級信息流進(jìn)行設(shè)計(jì)，各個層級設(shè)計(jì)人員表現(xiàn)手段多樣，難以有效協(xié)同；同時設(shè)計(jì)與驗(yàn)證不能閉環(huán)反饋，需要投入大量人力物力開展協(xié)同工作；②對于航天器信息總體設(shè)計(jì)，信息流的設(shè)計(jì)方法主要是基于非結(jié)構(gòu)文檔驅(qū)動的工作方式，由于人員、傳遞鏈條、時間進(jìn)度、溝通方式、審批流程和能力差異等因素會使信息流設(shè)計(jì)結(jié)果的傳遞出現(xiàn)時間、空間的延遲，最新的設(shè)計(jì)變化不能正確且及時的反饋到相關(guān)技術(shù)環(huán)節(jié)和設(shè)計(jì)人員；③傳統(tǒng)信息流設(shè)計(jì)過程中，產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)分散在多層級的報告里，設(shè)計(jì)師在數(shù)據(jù)信息接口、遙控遙測分配、資源計(jì)算等事項(xiàng)的設(shè)計(jì)及協(xié)調(diào)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性差，數(shù)據(jù)的價值也未能充分利用。

1.2 信息流設(shè)計(jì)模型需求分析

-隨著航天事業(yè)的不斷發(fā)展，航天器研制模式轉(zhuǎn)型進(jìn)入深水區(qū)，對于模型化、數(shù)字化、可視化的要求越來越高，也是航天器設(shè)計(jì)從量變到質(zhì)變的必由之路。為了減少傳遞鏈條，提高溝通效率，最新的設(shè)計(jì)變化正確且及時傳遞到位，保障新型復(fù)雜航天器的研制質(zhì)量及進(jìn)度，信息流設(shè)計(jì)急需從基于文檔驅(qū)動方式向基于數(shù)字化模型的設(shè)計(jì)方式轉(zhuǎn)變，建立信息流設(shè)計(jì)的數(shù)字化模型并通過數(shù)字化模型開展設(shè)計(jì)是非常必要和緊迫的。航天器信息流設(shè)計(jì)的建模需要考慮信息流正向設(shè)計(jì)的方便性、簡潔性和可擴(kuò)展性，同時需要考慮自主健康診斷等需求。

復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)理論認(rèn)為，信息流中的流是以{節(jié)點(diǎn)，連接者，資源}的組合方式存在于系統(tǒng)中，資源就是信息。流，就是在組元之間發(fā)生，并把組元連接起來，構(gòu)成一定功能、目標(biāo)和結(jié)構(gòu)的，并具有流動和傳遞特性的客體[6]。而對于這種{節(jié)點(diǎn)，連接者，資源}的描述，圖論是很好的描述方法。圖論以圖為其研究對象，圖論中的圖是由若干個給定的點(diǎn)以及一些連接點(diǎn)的邊所構(gòu)成的圖形，這種圖形不計(jì)點(diǎn)和邊的幾何性質(zhì)，而著重通過點(diǎn)與點(diǎn)的連通來描述事物之間的某種特定關(guān)系，即用點(diǎn)來代表事物，用連接兩點(diǎn)的邊表示相應(yīng)兩個事物之間具有這種關(guān)系[7]。其中，圖論中有向圖[7]的優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、邏輯關(guān)系和專家經(jīng)驗(yàn)來系統(tǒng)建模，具有簡潔明確、可擴(kuò)展等特點(diǎn)。

針對復(fù)雜航天器信息流設(shè)計(jì)的數(shù)字化建模需求，本文應(yīng)用有向圖的設(shè)計(jì)理論，開展基于有向圖的信息流設(shè)計(jì)方法研究。對于復(fù)雜航天器而言，其設(shè)備繁多且相互關(guān)系復(fù)雜，如直接將航天器設(shè)備定義為有向圖中的頂點(diǎn)集合，不但建模難度極大，而且航天器的信息流有向圖將變得非常繁雜且可讀性極差，違背使用有向圖的初衷。因此本文應(yīng)用系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)思想，采用分層的設(shè)計(jì)理念，研究一種分層的基于有向圖的信息流設(shè)計(jì)方法，并應(yīng)用此方法建立數(shù)學(xué)模型。

2 應(yīng)用有向圖的信息流設(shè)計(jì)方法

依據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)工程分級的設(shè)計(jì)理念將航天器信息流設(shè)計(jì)劃分為三個層次，分別為系統(tǒng)架構(gòu)層、功能模塊層以及設(shè)備節(jié)點(diǎn)層，在每個層級中應(yīng)用有向圖設(shè)計(jì)理論開展信息流設(shè)計(jì)。系統(tǒng)架構(gòu)層從航天器系統(tǒng)角度定義系統(tǒng)級信息拓?fù)?，開展航天器器間或者艙段間信息拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)交互信息流設(shè)計(jì)；功能模塊層從分系統(tǒng)級角度，按照功能模塊分別定義不同信息流種類的分系統(tǒng)級信息拓?fù)?，開展航天器分系統(tǒng)間信息拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)交互信息流設(shè)計(jì)；設(shè)備節(jié)點(diǎn)層從航天器設(shè)備角度分別定義設(shè)備級信息拓?fù)?，開展分系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備間信息拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)交互信息流設(shè)計(jì)。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)層有向圖設(shè)計(jì)方法

目前國內(nèi)外航天器廣泛采用1553B總線、RS422串行數(shù)據(jù)接口等信息接口形式，作為艙段間的信息接口。圖1給出了一種以應(yīng)用有向圖為表達(dá)信息接口的某四艙段航天器的信息流設(shè)計(jì)，其中艙段1數(shù)據(jù)管理部分(VSC1-DH)與艙段3數(shù)據(jù)管理部分(VSC3-DH)、艙段1數(shù)據(jù)管理部分與艙段2數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)(VSC2-DH)、艙段2數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)與艙段3數(shù)據(jù)管理部分需開展1553B總線信息流設(shè)計(jì)；艙段1的導(dǎo)航制導(dǎo)與控制部分(VSC1-GNC)和艙段2的導(dǎo)航制導(dǎo)與控制部分(VSC2-GNC)間有信息交互，接口形式為RS422總線接口；艙段2和艙段3間有信息交互，接口形式為空空鏈路，均需系統(tǒng)架構(gòu)層級的信息流設(shè)計(jì)。

圖1 系統(tǒng)級信息拓?fù)鋵佑邢驁DFig.1 System-level information topology layer directed graph

定義有向圖中的頂點(diǎn)集合V(X)為器間或艙段間有硬件接口的分系統(tǒng)集合，邊集合E(X)為艙段間存在的硬件接口集合，權(quán)重集合W(X)為存在邊的一個頂點(diǎn)到另一個頂點(diǎn)硬件接口的描述集合,系統(tǒng)架構(gòu)層有向圖為G(V,E)。

系統(tǒng)架構(gòu)層有向圖G(V,E)如圖1所示，其數(shù)學(xué)模型見式(1)～式(5)。

為數(shù)學(xué)模型表述方便，定義如下內(nèi)容：

(1)定義艙段1數(shù)管部分為頂點(diǎn)VSC1-DH，艙段2數(shù)管部分為頂點(diǎn)VSC2-DH，艙段3數(shù)管部分為頂點(diǎn)VSC3-DH，艙段4數(shù)管部分為頂點(diǎn)VSC4-DH，艙段1導(dǎo)航制導(dǎo)與控制部分為頂點(diǎn)VSC1-GNC，艙段2導(dǎo)航制導(dǎo)與控制部分為頂點(diǎn)VSC2-GNC，艙段3導(dǎo)航制導(dǎo)與控制部分為頂點(diǎn)VSC3-GNC；賦值VSC1-DH=1，VSC2-DH=2，VSC3-DH=3，VSC4-DH=4，VSC1-GNC=5，VSC2-GNC=6，VSC3-GNC=7；

圖1中的所有頂點(diǎn)構(gòu)成頂點(diǎn)集合：

V(X)={1,2,3,4,5,6,7}

(1)

(2)定義元素〈u,v〉為一對頂點(diǎn)構(gòu)成的有序?qū)?，表示頂點(diǎn)u到頂點(diǎn)v的有向邊，其中u是這條有向邊的起始節(jié)點(diǎn)，v是這條有向邊的終止節(jié)點(diǎn)，這條邊有特定的方向，由u指向v。圖1中系統(tǒng)級信息拓?fù)鋱D中的有向邊集合E(X)為：

E(X)={〈1,2〉,〈2,1〉,〈2,3〉,〈3,2〉,

〈3,4〉,〈4,3〉,〈5,6〉,〈6,5〉,〈7,5〉}

(2)

以1553B總線為例進(jìn)行說明，該總線為異步串行總線，各頂點(diǎn)均可收發(fā)信息，所有邊集合E(X)存在頂點(diǎn)1到頂點(diǎn)2的信息流有向邊〈1,2〉,同時存在頂點(diǎn)2到頂點(diǎn)1的信息流有向邊〈2,1〉，其他有向邊同理。

(3)每條有向邊均定義權(quán)重，用于表示每兩個頂點(diǎn)間信息流接口內(nèi)容。在航天器設(shè)計(jì)中常用的信息流接口中選擇了7種常用的信息接口，每條有向邊權(quán)重定義為帶有7個元素的一維數(shù)組S，如式(3)所示。式(3)中元素a表示模擬量接口，b表示1553B總線接口，c表示指令接口，d表示低電壓差分信號(LVDS)接口，e表示CAN總線接口，f表示RS422接口，g表示空空通信接口。如果兩個頂點(diǎn)對應(yīng)邊有圖中所示的信息接口關(guān)系，相應(yīng)元素位置置為1；如果沒有該類信息接口關(guān)系，則元素位置置為0；圖1中系統(tǒng)級信息拓?fù)鋱D中的權(quán)重用7×7矩陣表示，如式(4)所示。

S=(a,b,c,d,e,f,g)

(3)

對式(3)進(jìn)行舉例說明，SE〈1,2〉為VSC1-DH指向VSC2-DH的權(quán)重，根據(jù)圖1，VSC1-DH存在傳輸給VSC2-DH的總線數(shù)據(jù)，所以WE〈1,2〉的7維數(shù)組的1553B總線相應(yīng)位置為1。WE〈2,1〉為VSC2-DH指向VSC1-DH的權(quán)重，根據(jù)圖1中的VSC2-DH同樣存在傳輸給VSC1-DH的總線數(shù)據(jù)，所以WE〈2,1〉7維數(shù)組的1553B總線相應(yīng)位置為1。其他權(quán)重定義同理，不再贅述。

(4)

式中：SE〈u,v〉為有向邊〈u,v〉的權(quán)重，定義見式(3)。圖1中系統(tǒng)級信息拓?fù)鋱D中的權(quán)重為

(5)

2.2 功能模塊層有向圖設(shè)計(jì)方法

按照功能模塊的劃分，對航天器的信息流進(jìn)行了如下分類：①遙控和遙測信息流；②時統(tǒng)信息流；③載荷信息流；④工程參數(shù)信息流；⑤圖像信息流；⑥內(nèi)存信息流；⑦器間/艙段間/設(shè)備間信息同步信息流；⑧其他信息流。

航天器功能模塊級有向圖需對上述8項(xiàng)的所有信息流種類開展。限于篇幅限制，本文僅以數(shù)據(jù)管理模塊和制導(dǎo)導(dǎo)航與控制模塊之間的遙控遙測信息流為例描述方法和模型：數(shù)據(jù)管理部分通過1553B總線向制導(dǎo)導(dǎo)航與控制部分發(fā)送遙控數(shù)據(jù)注入指令并通過1553B總線接收數(shù)字量遙測數(shù)據(jù)、通過集電極開路(OC)門接口發(fā)送遙控指令、通過模擬量接口采集遙測狀態(tài)。

定義有向圖中的頂點(diǎn)集合V(X)為航天器功能模塊集合，邊集合E(X)為功能模塊間存在硬件接口集合，權(quán)重S(X)為存在邊的一個頂點(diǎn)到另一個頂點(diǎn)硬件接口的描述集合。對于功能模塊間存在多種類型接口的，其邊集合中邊的方向性可以根據(jù)圖2中權(quán)重集合定義和邊集合定義體現(xiàn)。

功能模塊層有向圖G(V,E)如圖2所示，其數(shù)學(xué)模型見式(6)～式(11)。

(1)根據(jù)2.1節(jié)定義，賦值VSC1-DH=1,VSC2-DH=2,VSC3-DH=3,VSC4-DH=4,VSC2-GNC=5,VSC1-GNC=6,VSC3-GNC=7,VSC4-GNC=8；圖2中的所有頂點(diǎn)構(gòu)成頂點(diǎn)集合：

V(X)={1,2,3,4,5,6,7,8}

(6)

(2)圖3中所示的功能模塊間的遙測遙控信息流有向圖有向邊集合為：

E(X)={〈1,2〉,〈1,6〉,〈2,1〉,〈2,3〉,〈2,5〉,

〈3,2〉,〈3,4〉,〈3,7〉,〈4,3〉,〈4,8〉,

〈5,2〉,〈6,1〉,〈7,3〉,〈8,4〉}

(7)

(3)圖3中功能模塊遙控遙測信息流有向圖中的權(quán)重用8×8矩陣表示。每條有向邊權(quán)重定義見式(3)，是一種帶有7個元素的一維數(shù)組。

圖2 功能模塊層遙控遙測信息流有向圖Fig.2 Sub-system layer remote telemetry and control information flow directed graph

(8)

例如艙段1數(shù)據(jù)管理模塊與GNC通過總線通信是雙向通信、指令是艙段1數(shù)據(jù)管理模塊單向發(fā)送至艙段1的GNC、遙測是由艙段1的GNC提供單向由艙段1數(shù)據(jù)管理模塊，如式(9)、(10)所示。

其他權(quán)重同理，不再贅述。

SE〈1,6〉=(0,1,1,0,0,0,0)

(9)

SE〈6,1〉=(1,1,0,0,0,0,0)

(10)

其中，

(11)

2.3 設(shè)備節(jié)點(diǎn)層有向圖設(shè)計(jì)方法

設(shè)備節(jié)點(diǎn)層可以具體為某功能模塊內(nèi)部的各個設(shè)備或者單機(jī)內(nèi)部各板卡之間的信息流設(shè)計(jì)，圖3給出了設(shè)備節(jié)點(diǎn)層常見的一種星形信息流結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)常應(yīng)用于航天器上導(dǎo)航制導(dǎo)與控制模塊，可以用有向圖的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行建模。

定義有向圖中各個設(shè)備節(jié)點(diǎn)為集合V(X)，邊集合E(X)為接點(diǎn)間存在硬件接口集合，權(quán)重集合W(X)為有向邊硬件接口的描述矩陣。

為數(shù)學(xué)模型表述方便，設(shè)備節(jié)點(diǎn)層有向圖為G(V,E)，如圖3所示，其數(shù)學(xué)模型見式(12)～式(16)。定義如下：

(1)定義頂點(diǎn)V1為中心控制單元，頂點(diǎn)為V2星敏感器，頂點(diǎn)V3為陀螺，頂點(diǎn)V4為加速度計(jì)，頂點(diǎn)為V5太陽敏感器，頂點(diǎn)V6為微波雷達(dá)。

賦值V1=1，V2=11，V3=12，V4=13，V5=14，V6=15，圖4中的所有頂點(diǎn)構(gòu)成頂點(diǎn)集合：

V(X)={1,11,12,13,14,15}

(12)

(2)圖3中所示的設(shè)備頂點(diǎn)層信息流有向圖有向邊集合E(X)為

E(X)={〈1,11〉,〈1,51〉,〈11,1〉,〈11,12〉,

〈11,14〉,〈12,11〉,〈12,13〉,〈12,16〉,〈13,12〉,

〈13,17〉,〈14,11〉,〈15,1〉,〈16,12〉,〈17,13〉}

(13)

(3)圖3中有向邊權(quán)重用6×6矩陣W(X)表示，如式(14)所示，每條有向邊權(quán)重定義見式(3)，是帶有7個元素的一維數(shù)組。

圖3 設(shè)備接點(diǎn)層信息流有向圖Fig.3 Directed graph of information flow for device node layer

(14)

例如，V1與V2總線通信是RS422接口、指令接口、遙測接口雙向通信、如式(15)所示。其他權(quán)重同理，不再贅述。

SE〈1,11〉=SE〈11,1〉=(1,0,1,0,0,1,0)

(15)

其中

(16)

3 設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 典型場景

本文所述的航天器信息流設(shè)計(jì)方法，已有工程研發(fā)及應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，具備了工程實(shí)踐的可行性。通過結(jié)合具體設(shè)計(jì)要求，可構(gòu)成信息流系統(tǒng)。為了更加直觀的描述本文所述方法，下文以某重大專項(xiàng)任務(wù)的航天器信息流設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說明。

1)應(yīng)用文檔式的信息流設(shè)計(jì)方案

(1)艙段1和艙段2數(shù)管計(jì)算機(jī)通過遙控視頻信號和遙測視頻信號實(shí)現(xiàn)對地通信；

(2)艙段1和艙段2通過1553B總線進(jìn)行信息交互(遙控遙測信息流、時統(tǒng)信息流、內(nèi)存信息流)；

(3)艙段1數(shù)管通過1553B總線實(shí)現(xiàn)與GNC和推進(jìn)分系統(tǒng)的信息交互；艙段2數(shù)管通過1553B總線實(shí)現(xiàn)與GNC分系統(tǒng)的信息交互；

(4)艙段1、艙段2數(shù)管通過遙控指令和遙測參數(shù)采集完成指令發(fā)送和狀態(tài)遙測采集；

(5)艙段1的數(shù)管通過LVDS接口與監(jiān)視相機(jī)實(shí)現(xiàn)信息交互；

(6)艙段1的GNC分系統(tǒng)通過RS422、指令和遙測的接口方式實(shí)現(xiàn)與測量設(shè)備進(jìn)行信息交互；艙段2的GNC分系統(tǒng)通過RS422、指令和遙測的接口方式實(shí)現(xiàn)與測量設(shè)備進(jìn)行信息交互；

(7)艙段1的GNC分系統(tǒng)通過RS422總線實(shí)現(xiàn)與推進(jìn)分系統(tǒng)信息交互；

(8)艙段1的推進(jìn)分系統(tǒng)通過指令和模擬量的接口方式實(shí)現(xiàn)對推力器的控制；艙段2的GNC分系統(tǒng)通過指令和模擬量的接口方式實(shí)現(xiàn)對推力器的控制。

2)具體過程

采用本文所述的分層式的有向圖設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)過程如下所述，具體過程詳見圖4。

(1)建立系統(tǒng)級架構(gòu)層，并根據(jù)定義頂點(diǎn)集{1,2}和有向邊集E(X)={〈1,2〉,〈2,1〉}；

(2)建立功能模塊層，并根據(jù)式(6)定義頂點(diǎn)集{1,2,3,4,5,6,7,8}和有向邊集E(X)={〈1,3〉,〈1,4〉,〈1,5〉,〈1,6〉,〈2,7〉,〈2,8〉,〈3,1〉,〈4,1〉,〈5,1〉,〈6,1〉,〈7,2〉,〈8,2〉}；

(3)建立設(shè)備層有向圖，并根據(jù)式(12)定義頂點(diǎn)集；

(4)將設(shè)備節(jié)點(diǎn)層有向圖嵌套至功能模塊層，然后再嵌套至系統(tǒng)架構(gòu)層，就可得到航天器的信息流有向圖，如圖4所示。

圖4 某航天器基于有向圖的信息流設(shè)計(jì)實(shí)例Fig.4 An example of a spacecraft design based on directed graph information flow

在系統(tǒng)架構(gòu)層，V1表示艙段1數(shù)據(jù)管理模塊，V2表示艙段2數(shù)據(jù)管理模塊；在功能模塊層，V1表示艙段1數(shù)管分系統(tǒng)，V2表示艙段2數(shù)管分系統(tǒng)，V3表示艙段1推進(jìn)分系統(tǒng)，V4表示艙段1工參分系統(tǒng)，V5表示艙段1測控分系統(tǒng)，V6表示艙段1GNC分系統(tǒng)，V7表示艙段2GNC分系統(tǒng)，V8表示艙段2測控分系統(tǒng)；在設(shè)備節(jié)點(diǎn)層，V6表示中心控制單元，V61表示陀螺，V62表示加速度計(jì)，V63表示星敏感器，V64表示太敏，V65表示交會對接敏感器1，V66表示交會對接敏感器2；V3表示推進(jìn)計(jì)算機(jī)，V31表示自鎖閥，V32表示壓力傳感器，V33表示發(fā)動機(jī)。

3.2 特點(diǎn)及優(yōu)勢分析

對比傳統(tǒng)文檔式的航天器信息流設(shè)計(jì)方法，本文采用基于有向圖的復(fù)雜航天器信息流設(shè)計(jì)方法具有如下優(yōu)勢：

(1)信息流設(shè)計(jì)的所關(guān)心的設(shè)備間拓?fù)浼軜?gòu)、接口關(guān)系、信息流向和設(shè)備間連接關(guān)系實(shí)現(xiàn)了100%數(shù)字化建模；建立信息流設(shè)計(jì)的數(shù)字化模型在總體、分系統(tǒng)和單機(jī)之間進(jìn)行傳遞，杜絕了二義性，可以有效避免設(shè)計(jì)結(jié)果由于人員和中間環(huán)節(jié)丟失重要信息。

(2)分層開展的有向圖設(shè)計(jì)理念，不但具有非常直觀、清晰的設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)結(jié)果，而且符合典型的“V”字型航天器系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)理念。不同的層級由總體、分系統(tǒng)和單機(jī)分別開展設(shè)計(jì)，與現(xiàn)行的航天器設(shè)計(jì)流程和方式一致，具有良好的工程推廣特性和工程可實(shí)現(xiàn)性。

(3)建立航天信息流設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型可有效提高工作效率。通過有向圖建立的航天器信息流模型，可以利用圖形顯示驅(qū)動技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)層到設(shè)備節(jié)點(diǎn)層不同層級架構(gòu)間的無級縮放瀏覽，從而實(shí)現(xiàn)從宏觀到微觀，全面展示航天器信息系統(tǒng)信息。同時結(jié)合設(shè)計(jì)需要，還可提取總線拓?fù)?、上行鏈路拓?fù)涞葘ｍ?xiàng)的信息拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為航天器精細(xì)化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

(4)設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)結(jié)果均具有良好的可擴(kuò)展性，后續(xù)在進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)更改、故障診斷和自主健康管理時，均可應(yīng)用本文所建立的數(shù)學(xué)模型。

4 結(jié)束語

本文分析了非結(jié)構(gòu)化文檔信息流設(shè)計(jì)模式的不足，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用圖論理論，提出了一種基于有向圖的多艙段復(fù)雜航天器信息流設(shè)計(jì)方法，并建立了典型信息接口信息流的數(shù)學(xué)模型，通過理論與實(shí)例相結(jié)合的方式分析驗(yàn)證了該模型的可行性?；谟邢驁D的多艙段復(fù)雜航天器信息流設(shè)計(jì)方法的提出可為航天器信息流設(shè)計(jì)及自主健康診斷提供直觀高效的數(shù)字化模型。

該模型具有一定的通用性、可擴(kuò)展性和可復(fù)用性，有助于開展基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)。為航天器信息流設(shè)計(jì)由文檔驅(qū)動向數(shù)字化模型驅(qū)動轉(zhuǎn)變奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，提高工作效率和質(zhì)量，并且有效地提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率，設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)結(jié)果均具有良好的可擴(kuò)展性，可為后續(xù)開展基于模型的系統(tǒng)工程建設(shè)(MBSE)提供借鑒。