復(fù)雜工程系統(tǒng)接口設(shè)計管理APP（ICDSys）
一、企業(yè)簡介
北京索為系統(tǒng)技術(shù)股份有限公司是國內(nèi)工業(yè)技術(shù)軟件化理念的領(lǐng)導(dǎo)者，知識自動化技術(shù)的踐行者，致力于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)、運營、服務(wù)，為制造業(yè)行業(yè)領(lǐng)先者提供以知識自動化為驅(qū)動的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)安卓平臺及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP開發(fā)運營服務(wù)，是國內(nèi)領(lǐng)先的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP賦能的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺提供商。公司成立于2006年6月，注冊資本6156.7164萬元，總部位于北京，在雄安、上海、西安、杭州、武漢、成都等地設(shè)有分支機構(gòu)。
自成立以來，索為系統(tǒng)始終堅持自主創(chuàng)新，其研發(fā)的中國自主的工業(yè)操作平臺SYSWARE，通過“知識自動化”手段，推動中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的發(fā)展，持續(xù)幫助制造業(yè)企業(yè)，將基礎(chǔ)共性、行業(yè)通用及企業(yè)特有的工業(yè)技術(shù)、知識、經(jīng)驗封裝成易操作、易推廣的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP，賦予知識工作者廣闊的創(chuàng)新與開拓的空間，提高企業(yè)研發(fā)與設(shè)計效能，助力企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型。
在過去十余年，索為公司以知識自動化的理念，推進(jìn)了工業(yè)技術(shù)軟件化在航空、航天、船舶、兵器、電子、核工業(yè)等國防軍工行業(yè)，和汽車、重型機械、動力裝備等高端裝備制造業(yè)的復(fù)雜產(chǎn)品研制設(shè)計、試驗制造及過程管理領(lǐng)域的落地，并在多個重大型號中進(jìn)行了應(yīng)用，取得顯著成效，為大規(guī)模推廣打下了良好基礎(chǔ)。
二、工業(yè)APP簡介
（一）、問題定位
隨著技術(shù)的進(jìn)步，工程系統(tǒng)的復(fù)雜度呈指數(shù)級增加，系統(tǒng)一般都包含多個子系統(tǒng)，涉及多個學(xué)科專業(yè)。傳統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)和接口的設(shè)計和管理方法普遍采用手工編制的文檔和頁面進(jìn)行管理，這種方法存在諸多弊端：
1.數(shù)據(jù)無法實時共享，不利于數(shù)據(jù)存儲、復(fù)用和數(shù)據(jù)協(xié)同，同時無法實現(xiàn)多用戶協(xié)同設(shè)計。
2.ICD涉及數(shù)據(jù)眾多且格式繁雜，大量的設(shè)計文檔需要維護(hù)，手動設(shè)計效率低下、容易出錯，且工作量會成倍增長。
3.手動設(shè)計過程中的設(shè)計數(shù)據(jù)無法自動進(jìn)行正確性和有效性的校驗。
4.Visio等圖形化設(shè)計工具無法描述標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)物理架構(gòu)圖，而當(dāng)前系統(tǒng)物理架構(gòu)往往采用標(biāo)準(zhǔn)的總線和端口等元素進(jìn)行設(shè)計。
5.電子ICD與邏輯ICD設(shè)計相互獨立，無法保證關(guān)聯(lián)性。
6.無法建立ICD數(shù)據(jù)與邏輯設(shè)計之間的關(guān)聯(lián)，使得詳細(xì)設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)無法保證一致性。
7.無法統(tǒng)一系統(tǒng)物理架構(gòu)與接口設(shè)計過程。
8.無法生成可執(zhí)行文件實現(xiàn)為后續(xù)的系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)工作提供便利。
9.數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)版本和權(quán)限管理功能，不利于ICD設(shè)計文件的管理和保密。
ICDSys是我公司基于先進(jìn)的MBSE理論并結(jié)合國內(nèi)外成熟的接口設(shè)計經(jīng)驗自主研發(fā)的面向復(fù)雜工程系統(tǒng)研發(fā)用戶的企業(yè)級的接口數(shù)據(jù)設(shè)計、分析和管理工具。ICDSys支持“樹+圖+表”+“模型庫”的設(shè)計方法管理系統(tǒng)架構(gòu)及接口數(shù)據(jù)，從而提升了ICD設(shè)計效率。ICDSys具有開放的數(shù)據(jù)接口，可基于模型生成文檔和各類數(shù)據(jù)文件。采用R-N關(guān)聯(lián)模型技術(shù)，可實現(xiàn)ICD數(shù)據(jù)信號從產(chǎn)生到最終應(yīng)用的全歷程追溯，顯著提高影響性分析和排故效率?；谀Ｐ蛶斓南?qū)皆O(shè)計，降低了設(shè)計師的專業(yè)門檻，并提高了ICD的設(shè)計質(zhì)量。
（二）、創(chuàng)新點
ICDSys提供圖形化的數(shù)據(jù)創(chuàng)建、樹形區(qū)的數(shù)據(jù)視圖管理、表格的接口數(shù)據(jù)屬性設(shè)計，為用戶提供了良好的交互界面及接口數(shù)據(jù)管理模式。
ICDSys提供了模型庫的設(shè)計應(yīng)用方式，可在總線，消息，信號等基礎(chǔ)模型的概念上，構(gòu)建和使用特定的模型，例如1553B，ARINC429等不同類型的數(shù)字總線可理解為是基于數(shù)字總線基礎(chǔ)模型的特定模型。可用圖形化拖拽特定模型的方式完成設(shè)計工作，大大提升設(shè)計效率。同時可協(xié)助企業(yè)把之前積累的設(shè)計數(shù)據(jù)變?yōu)榭衫玫脑O(shè)計模型，積累核心設(shè)計資產(chǎn)。
ICDSys提供ICD接口數(shù)據(jù)快速自動生成文檔功能，使得文檔無須手動編輯。
ICDSys提供接口數(shù)據(jù)導(dǎo)出xml、Excel等多種類型的文件，實現(xiàn)接口數(shù)據(jù)在后期仿真測試階段的應(yīng)用，減少重復(fù)性勞動。
ICDSys提供C/S架構(gòu)，所有用戶針對統(tǒng)一數(shù)據(jù)源協(xié)同在線編輯，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時共享，便于多人協(xié)同設(shè)計。
（三）、功能介紹
1.系統(tǒng)物理架構(gòu)設(shè)計
在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計初期，需定義其物理架構(gòu)圖。ICDSys工具提供了工具接口，繼承外部工具（例Rhapsody、Modelook等）的架構(gòu)數(shù)據(jù)，自動生成系統(tǒng)的物理架構(gòu)。ICDSys工具提供了物理架構(gòu)圖的搭建，包含系統(tǒng)、子系統(tǒng)、設(shè)備、外部系統(tǒng)等相關(guān)信息，同時通過規(guī)范總線網(wǎng)絡(luò)或非總線通信連接，建立各個子系統(tǒng)/設(shè)備/參與者等模塊之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，完成對系統(tǒng)物理架構(gòu)的描述。
在創(chuàng)建或者導(dǎo)入物理架構(gòu)后，可以基于該架構(gòu)分別進(jìn)行信號接口設(shè)計、邏輯交互設(shè)計、接線接口設(shè)計。ICDSys工具提供了系統(tǒng)視圖、應(yīng)用場景視圖和接線接口視圖分別管理信號接口數(shù)據(jù)、邏輯接口數(shù)據(jù)和設(shè)備接線接口數(shù)據(jù)。
物理架構(gòu)圖
2.信號接口設(shè)計
信號接口設(shè)計是基于物理架構(gòu)對設(shè)備接口模型進(jìn)行設(shè)計。系統(tǒng)提供設(shè)備接口圖創(chuàng)建設(shè)備接口模型，主要描述某設(shè)備和其它設(shè)備消息/報文/信息單元/數(shù)據(jù)塊（以下統(tǒng)稱為消息）的收發(fā)關(guān)系。ICDSys支持用戶基于標(biāo)準(zhǔn)化消息表單設(shè)計消息數(shù)據(jù)，同時針對不同類型的消息提供相應(yīng)的屬性設(shè)置，保證各類型消息設(shè)計的專業(yè)性和規(guī)范性。
設(shè)備接口設(shè)計界面
信號接口設(shè)計還提供軟件功能接口設(shè)計。包括軟件功能組成圖、軟件功能接口圖、軟件功能間消息幀圖。軟件功能組成圖的定義包括軟件功能、功能間虛擬通道、軟件功能與物理設(shè)備的配置。軟件功能接口圖即創(chuàng)建軟件功能接口模型，主要描述各軟件功能和其它軟件功能間的消息的收發(fā)關(guān)系。軟件功能間消息幀圖定義消息數(shù)據(jù)類型、消息傳遞數(shù)據(jù)信息。
計算設(shè)備的軟件功能接口設(shè)計界面
3.邏輯交互設(shè)計
邏輯交互設(shè)計是通過圖形化方式定義系統(tǒng)應(yīng)用場景及應(yīng)用場景內(nèi)部實現(xiàn)過程。應(yīng)用場景可直觀的呈現(xiàn)系統(tǒng)的功能需求，應(yīng)用場景內(nèi)部的實現(xiàn)過程描述了外部參與者、參與對象、參與對象間的信息傳遞關(guān)系以及信息間的時序和邏輯關(guān)系。
邏輯交互設(shè)計界面
4.接線接口設(shè)計
接線接口設(shè)計是通過設(shè)備接線圖定義設(shè)備接插件和設(shè)備間的連接線纜，同時通過接插件表單定義接插件的針號、針號關(guān)聯(lián)的信號名稱以及信號說明等信息，通過線纜表單定義線數(shù)、線號名稱、線號對應(yīng)關(guān)聯(lián)的接插件針號、導(dǎo)線等信息。
設(shè)備接線設(shè)計界面
5.數(shù)據(jù)校驗
在接口數(shù)據(jù)設(shè)計過程中，系統(tǒng)會自動對保存數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余性、完整性和非法性檢驗，以保證設(shè)計數(shù)據(jù)的正確性。
6.數(shù)據(jù)檢索
ICDSys支持用戶對數(shù)據(jù)庫所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分類檢索，并支持用戶保存檢索結(jié)果實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總整理功能，檢索功能包括以下特色功能：
? 關(guān)鍵字檢索：支持用戶輸入關(guān)鍵字進(jìn)行功能檢索
? 多條件搜索：支持用戶選擇大于20條以上的多項輸入條件進(jìn)行檢索
? 檢索結(jié)果保存：用戶基于需求保存搜索結(jié)果，提升搜索效率
? 搜索結(jié)果視圖：支持團(tuán)隊視圖和個人視圖兩種分類展示，實現(xiàn)搜索結(jié)果共享機制
? 樹形區(qū)檢索：提供樹形區(qū)快速檢索功能，在樹形區(qū)上方輸入框輸入關(guān)鍵字，按回車鍵，會自動定位到包含該關(guān)鍵字的節(jié)點。
樹形區(qū)檢索
7.模型庫
ICDSys支持總線庫、端口庫、消息幀庫、信號庫的管理功能。
模型庫管理
ICDSys在總線庫中提供了1553B、AFDX、ARINC429、ARINC717、CAN、FC、Flexray、I2C、RS422、RS485、TTE和以太網(wǎng)總線。4G、WiFi 、數(shù)據(jù)鏈通信網(wǎng)絡(luò)。及DDS虛擬總線，同時支持在物理架構(gòu)設(shè)計過程引用總線庫的總線數(shù)據(jù)進(jìn)行總線設(shè)計。
ICDSys在端口庫中提供了對應(yīng)總線庫的不同協(xié)議的總線端口、離散量/模擬量的非標(biāo)端口、人機交互端口及其它端口等，同時支持在物理架構(gòu)設(shè)計過程引用端口庫的端口數(shù)據(jù)進(jìn)行端口設(shè)計。
ICDSys在消息庫中提供了不同協(xié)議消息的創(chuàng)建、編輯、查看和刪除功能。同時支持在設(shè)備接口圖中使用消息庫中消息進(jìn)行快速設(shè)計。
ICDSys在信號庫中提供信號及信號參數(shù)的創(chuàng)建、編輯、查看和刪除功能。同時支持在消息表單中使用信號庫中消息進(jìn)行快速設(shè)計。
8.文檔生成
接口數(shù)據(jù)設(shè)計完成后，ICDSys軟件支持將接口數(shù)據(jù)生成特定模板格式的文檔。同時軟件支持文檔模板的編輯，通過在模板指定位置添加業(yè)務(wù)標(biāo)簽，并建立業(yè)務(wù)標(biāo)簽與模型數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)模板的設(shè)計和完善功能，進(jìn)而實現(xiàn)對模板管理的相關(guān)操作。
ICDSys接口數(shù)據(jù)文檔生成
9.數(shù)據(jù)導(dǎo)出及導(dǎo)入
接口數(shù)據(jù)設(shè)計完成后，ICDSys可導(dǎo)出XML格式標(biāo)準(zhǔn)文件和ICD工程文件。同時支持導(dǎo)出的XML文件導(dǎo)入，實現(xiàn)型號復(fù)用。ICDSys支持導(dǎo)出特定格式的XML文件，實現(xiàn)接口數(shù)據(jù)在后期仿真測試階段的應(yīng)用，減少重復(fù)性勞動。
ICDSys數(shù)據(jù)的導(dǎo)出與導(dǎo)入
10.版本管理
ICDSys支持版本管理，通過提供版本設(shè)置、版本歷史查看、版本比較和版本恢復(fù)等功能實現(xiàn)版本的管理。
11.協(xié)同設(shè)計
ICDSys支持多人在線同時進(jìn)行編輯，且提供以下協(xié)同機制：
1）當(dāng)多人打開同一型號的同一節(jié)點時，最先打開的獲取編輯權(quán)，關(guān)閉釋放編輯權(quán)。
2）在鎖定編輯權(quán)期間，其他客戶端只能以只讀權(quán)打開。
3）權(quán)限類別只在打開時判定，且持續(xù)到關(guān)閉重新打開前不做更改。
4）編輯權(quán)即對數(shù)據(jù)可進(jìn)行增刪改查等操作，只讀權(quán)只可查看和瀏覽數(shù)據(jù)。
（四）、功能和技術(shù)指標(biāo)優(yōu)勢
指標(biāo)1：支持接口數(shù)據(jù)的設(shè)計和管理，相關(guān)描述：
基于“樹+圖+表”+“模型庫”的設(shè)計方式管理系統(tǒng)架構(gòu)及接口數(shù)據(jù)，其中接口數(shù)據(jù)包括了信號接口數(shù)據(jù)、邏輯交互數(shù)據(jù)及接線接口數(shù)據(jù)。
指標(biāo)2：支持?jǐn)?shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出，相關(guān)描述：
支持接口數(shù)據(jù)導(dǎo)出xml、Excel等多種類型的文件、支持接口數(shù)據(jù)導(dǎo)出文檔功能、支持導(dǎo)出的接口數(shù)據(jù)導(dǎo)入，形成新的工程數(shù)據(jù)。
指標(biāo)3：支持第三方工具的數(shù)據(jù)接口，相關(guān)描述：
集成常用的DOORS、Rhapsody、Modelook、Matlab、IDE、WORD等工具。
三、技術(shù)方案說明
（一）、工業(yè)APP架構(gòu)
ICDSys功能架構(gòu)如下圖所示。包括工具接口、系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)設(shè)計、數(shù)據(jù)查看和校驗、數(shù)據(jù)關(guān)系及分析、用戶和數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等六大部分。其中ICDSys的核心功能是系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)設(shè)計和管理，包括物理架構(gòu)設(shè)計、信號接口設(shè)計、邏輯交互設(shè)計、接線接口設(shè)計、數(shù)據(jù)校驗、文檔生成、適配仿真測試環(huán)境等。
ICDSys工具支持多種通信協(xié)議類型，包括 1553B、AFDX、ARINC429、ARINC717、CAN、FC、Flexray、I2C、RS422、RS485、TTE和以太網(wǎng)總線。4G、WiFi 和數(shù)據(jù)鏈通信網(wǎng)絡(luò)。同時支持以數(shù)據(jù)為中心的DDS網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方式。同時支持非總線協(xié)議類型，包括模擬信號、離散信號、音頻信號、視頻信號等。
圖 2 ICDSys功能架構(gòu)。
（二）、工業(yè)APP關(guān)鍵技術(shù)
1.“樹+圖+表”設(shè)計技術(shù)
支持圖形化設(shè)計，為用戶提供簡潔快速的設(shè)計操作方式，提高設(shè)計效率。支持樹形區(qū)管理數(shù)據(jù)，為用戶提供直觀的數(shù)據(jù)展示。支持表格設(shè)計和管理數(shù)據(jù)，為用戶提供不同類型數(shù)據(jù)的不同表格展示。
2.模型庫設(shè)計技術(shù)
通過模型庫進(jìn)行接口數(shù)據(jù)的設(shè)計，實現(xiàn)接口數(shù)據(jù)的快速設(shè)計，同時協(xié)助企業(yè)將積累的設(shè)計數(shù)據(jù)模型化，從而積累核心設(shè)計資產(chǎn)。
3.文檔生成技術(shù)
通過提供文檔模板編輯功能，根據(jù)定義的文檔模板和選擇的模型數(shù)據(jù)結(jié)合生成Word文檔。
四、應(yīng)用情況描述
（一）、應(yīng)用場景描述
對于復(fù)雜產(chǎn)品電子系統(tǒng)來說，ICDSys用來定義系統(tǒng)的物理架構(gòu)，并通過表單詳細(xì)定義物理架構(gòu)中設(shè)備間的接口數(shù)據(jù)。其使用場景例系統(tǒng)部門定義系統(tǒng)的物理架構(gòu)，軟件部定義總線通信接口數(shù)據(jù)、電氣設(shè)計人員完成電氣接口設(shè)計、機械設(shè)計人員完成機械接口設(shè)計、接線部完成接線接口設(shè)計。不同部門設(shè)計完成后，均可通過文檔生成功能生成文檔。同時導(dǎo)出下游工具適用的接口文件。
其應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛，ICDSys可被應(yīng)用于航空、車輛、衛(wèi)星、船舶等多個領(lǐng)域的復(fù)雜工程電子系統(tǒng)中。目前ICDSys的用戶主要涵蓋航空、車輛、船舶等各領(lǐng)域電子系統(tǒng)的總體部、軟件部等電子接口數(shù)據(jù)設(shè)計部門。
（二）商業(yè)化情況
在某航空研究所的接口數(shù)據(jù)設(shè)計管理項目，ICDSys主要承擔(dān)接口設(shè)計和管理功能。本項目通過解析上游架構(gòu)數(shù)據(jù)及接口數(shù)據(jù)，導(dǎo)入ICDSys工具，實現(xiàn)上游架構(gòu)數(shù)據(jù)和接口數(shù)據(jù)的繼承。繼承數(shù)據(jù)后，通過定義設(shè)備內(nèi)部模塊及軟件應(yīng)用架構(gòu)數(shù)據(jù)，同時使用模型庫消息數(shù)據(jù)定義軟件應(yīng)用接口數(shù)據(jù)，實現(xiàn)ICD接口數(shù)據(jù)的設(shè)計和管理。而當(dāng)消息數(shù)據(jù)發(fā)生變更時，修改模型庫消息，可變更使用模型庫創(chuàng)建的所有消息數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和正確性。
某中航工業(yè)所ICDSys工具的應(yīng)用
AII微信公眾號
AII頭條號