一种用于工程复杂系统的架构模型复杂性量化分析方法

技术领域

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

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。

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。

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。

发明内容

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。

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：

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M

选取一个需要评估的架构模型M

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；

计算图G中每个顶点的复杂度C

计算矩阵A中每个连接关系的复杂度L

计算矩阵A的矩阵能量T

计算架构模型M

通过复杂度F

选取下一个需要评估的架构模型M

M

优选地，所述图G能够选择有向图或者无向图。

优选地，所述矩阵A能够选择邻接矩阵或关联矩阵。

优选地，所述复杂度C

优选地，所述矩阵能量T

优选地，至少设计并选取两个备选架构模型。

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。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请整体流程示意图；

图2左为本申请备选架构M1，图2右为本申请备选架构M2；

图3左为本申请备选架构M1的无向图；图3右为本申请备选架构M2的无向图；

图4左为本申请备选架构M1的邻接矩阵；图4右为本申请备选架构M2的邻接矩阵；

图5为本申请专家打分方法示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

一种用于工程复杂系统的架构模型复杂性量化分析方法，能够定量地评估和分析所设计系统或产品的架构复杂性的方法，可应用于任意复杂工程或产品的架构设计与分析阶段。

如图1所示，包括如下步骤：

步骤S100，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M

为了能够选出最优的架构模型，并且至少提供两个备选的系统架构模型，即x为2、3...，无论是采用面向对象的系统工程(OOSEM)理论还是和谐系统工程(Harmony-SE)理论，建立架构模型是必须的前提活动。

步骤S200，选取一个需要评估的架构模型M

优选地，图G能够选择有向图或者无向图，图中顶点代表图中的子模块，如图2所示，子模块之间的连线代表子模块之间的连接关系。

步骤S300，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；

优选地，矩阵A能够选择邻接矩阵或关联矩阵，可以根据实际需求进行选择，统计矩阵中非零元素代表子模块之间存在连接关系。

步骤S400，计算图G中每个顶点的复杂度C

C

步骤S500，计算矩阵A中每个连接关系的复杂度L

L

成熟度等级比例计算公式为：

其中，k为复杂度系统，取值范围为[0-10]，TRL

步骤S600，计算矩阵A的矩阵能量T

优选地，矩阵能量T

步骤S700，计算架构模型M

步骤S800，选取下一个需要评估的架构模型M

步骤S900，通过复杂度F

本申请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(顶点代表架构模型中的子模块)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(代表架构模型中子模块之间的连接关系)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。

本方法特别适用于复杂系统、产品架构模型的评估及优化。

以下以一个具体实例进行说明；

作为一种具体实施方式，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：

步骤S100，设计两个备选架构，M1(图2左)、M2(图2右)；

步骤S200，将系统的备选架构M1转换为无向图(图3左)，且统计M1的顶点数量为5；

步骤S300，将M1的无向图转化为邻接矩阵(图4左)，并统计M1的中的非零元素数量为10；

步骤S400，按照成熟度等级比例计算方法，求得M1中5个子模块的复杂度分别为：2、2、2、1、1，求得M1的模块的复杂度C

步骤S500，按照专家打分方法，如图5所示，求得M1中10个连接关系的复杂度分别为：0.5、0.5、0.5、1、1、0.5、1、1，最终求得M1的模块间连接的复杂度L

步骤S600，求得M1的拓扑的复杂度T

步骤S700，求得备选架构模型M1的复杂度F

步骤S800，重复步骤S200-S800，将系统备选架构M2转换为无向图(图3右)，且统计M2的顶点数量为5；将M2的无向图转化为邻接矩阵(图4右)，并统计M1的中的非零元素数量为8；并按照步骤S500-S800依次计算，求得备选架构模型M2的的复杂度F

步骤S900，比较备选架构模型M1与M2的复杂度数值F

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。