一種基于dsm和工作流的衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)傳遞方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于DSM和工作流的衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)傳遞方法，屬于航天器設計領域。該方法首先基于傳統(tǒng)的流程表述方式，整理和歸納出設計衛(wèi)星或其他類型航天器的一般流程；然后映射生成DSM矩陣、統(tǒng)計DSM項以及逐項進行結(jié)構化定量分析，得到一個完善的參數(shù)關聯(lián)明細表；再利用基于電子表格中間件技術，實現(xiàn)電子表格的數(shù)據(jù)庫存儲，并反演生成反映工程實際的衛(wèi)星耦合設計流程，通過友好的人機界面對各個衛(wèi)星設計活動之間的關聯(lián)進行動態(tài)展現(xiàn)，最后進行數(shù)據(jù)自動流轉(zhuǎn)，并生成設計報告，為下一步的優(yōu)化打好基礎。
【專利說明】一種基于DSM和工作流的衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)傳遞方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于DSM和工作流的衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)傳遞方法，屬于航天器設計領域。
【背景技術】
[0002]設計結(jié)構矩陣(Design Structure Matrix, DSM)技術適用于一個復雜系統(tǒng)的f禹合關系的建模，在歐美航天工業(yè)已經(jīng)得到了廣泛深入的應用。DSM是從有向圖發(fā)展而來，通過數(shù)學矩陣的形式描述某一類型的設計因素，如設計參數(shù)、設計活動等，相互間依賴、制約等復雜關系。航天器產(chǎn)品的設計演化過程中，參數(shù)配置不斷更新，以螺旋迭代的模式趨于成熟和穩(wěn)定，并最終達到預定的設計目標。通過設計結(jié)構矩陣能較為完整地反映產(chǎn)品設計及其過程中的潛在問題，是產(chǎn)品設計中的過程重組、組織優(yōu)化提供規(guī)劃、分析和實施的基礎。設計結(jié)構矩陣的概念最早由美國Steward博士在1981年提出，1989年NASA蘭利中心的RogerJ.首次將其應用于航天領域并開發(fā)出了基于DSM的DeMAID軟件。NASA的應用示范使得DSM理論在學術界和工程界引起廣泛關注，已經(jīng)在汽車、建筑等多個領域得到較多研究和應用。在我國航天等多個工業(yè)領域，傳統(tǒng)上使用串行或并行的工作模式來描述復雜系統(tǒng)或復雜過程，對于客觀實際上廣泛存在的耦合迭代關系難以描述，并給后續(xù)的系統(tǒng)分析和過程優(yōu)化帶來了巨大困難。DSM設計結(jié)構矩陣以其形象性、可操作性的優(yōu)勢非常適合解決這個難題。
[0003]中國空間技術研究院神舟學院在開展員工和客戶培訓的過程中，通過項目實踐提升學員航天器設計的能力，形成了一套獨特的航天器虛擬設計教學平臺。經(jīng)過近5年的發(fā)展，在軟硬件建設方面已經(jīng)初具規(guī)模，基本能涵蓋通信、遙感、載人航天等多個系列的多數(shù)專業(yè)和學科，為中國和其他國家培養(yǎng)了數(shù)百名航天人才，但在跨學科的集成和設計協(xié)同方面還存在流程不清晰規(guī)范、集成不夠系統(tǒng)化的問題，特別是缺乏一個航天器設計參數(shù)信息傳遞和溝通的系統(tǒng)平臺，參數(shù)交換仍然依靠文檔和會議，效率有待進一步提升。
[0004]為了滿足教學任務，學員需要理清航天器設計的一般技術流程，確定初步方案設計階段各類信息數(shù)據(jù)結(jié)構及依賴關系，開發(fā)出一套支持衛(wèi)星設計理論教學和實習的軟件信息系統(tǒng)。由于航天器自身的復雜性，涉及眾多的學科、專業(yè)、人員和任務，且相互之間存在著耦合、嵌套、迭代的關系，最大的困難是如何準確地描述航天器設計過程中各項設計活動間的信息關系，而設計結(jié)構矩陣(DSM)科學地反映了這種關系。本文在航天器虛擬設計教學平臺的開發(fā)過程中，使用DSM技術建立航天器方案設計階段的通用過程模型，并自主開發(fā)了一套針對耦合復雜系統(tǒng)進行建模分析的DSM分析的軟件工具，并將其應用到基于參數(shù)的航天器集成設計系統(tǒng)的研發(fā)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術解決了大型工業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)過程分析的耦合性和復雜性難題，提供了一種用于復雜產(chǎn)品或服務的流程分析、耦合分析、關聯(lián)分析、系統(tǒng)設計的工具。該工具能夠?qū)崿F(xiàn)復雜研究對象的條縷分析，化繁為簡，化混沌為清晰，有利于流程的優(yōu)化、工作模式的調(diào)整、乃至部門或團隊的重組，提高工作能效。
[0006]本發(fā)明所要達到的技術效果是:基于現(xiàn)有流程，將其映射生成DSM，存入數(shù)據(jù)庫并以Excel電子表格為前端界面復現(xiàn)設計流程，基于工作流動態(tài)實時發(fā)布有效設計數(shù)據(jù)，從而大幅減少工程技術和管理人員花費在文檔和協(xié)調(diào)會議上的時間。
[0007]本發(fā)明具有以下鮮明的特點:
[0008]1.基于現(xiàn)有流程和傳統(tǒng)的流程表述方式；
[0009]2.將流程映射生成DSM ；
[0010]3.自動統(tǒng)計DSM項，
[0011]4.逐項進行結(jié)構化定量分析；
[0012]5.運用關系數(shù)據(jù)庫技術進行關聯(lián)的存儲；
[0013]6.用Excel作為前端界面進行流程復現(xiàn)；
[0014]7.動態(tài)關聯(lián)的展現(xiàn)，友好人機界面；
[0015]8.基于工作流的數(shù)據(jù)自動流轉(zhuǎn)、發(fā)放；
[0016]9.按照用戶要求自動采集設計數(shù)據(jù)合成設計報告；
[0017]10.項目全過程實時監(jiān)控各項活動的狀態(tài)和進展。
[0018]本發(fā)明的技術解決方案是:從人們的傳統(tǒng)思維模式出發(fā)，將串并行模式的流程映射生成設計結(jié)構矩陣(DSM)，然后統(tǒng)計出所有的關聯(lián)項，再對其進行逐項結(jié)構化定量分析，從而徹底理清相互依賴關系；將關聯(lián)關系信息存入SQL關系數(shù)據(jù)庫，使用Excel電子表格再現(xiàn)，此時原有的串并行流程已經(jīng)升級為網(wǎng)狀流程圖；通過友好的人機界面對用戶直觀展示關聯(lián)關系，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)基于審批工作流的自動流轉(zhuǎn)。
[0019]本發(fā)明涉及的基于DSM和工作流的衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)傳遞方法包括以下步驟:
[0020]第一步:基于傳統(tǒng)的流程表述方式，整理和歸納出設計衛(wèi)星的一般流程，所述衛(wèi)星的設計分為總體SO和8個分系統(tǒng)S1-S8，所述8個分系統(tǒng)S1-S8包括載荷分系統(tǒng)S1、姿軌控分系統(tǒng)S2、推進分系統(tǒng)S3、數(shù)管分系統(tǒng)S4、測控分系統(tǒng)S5、熱控分系統(tǒng)S6、電源分系統(tǒng)S7、結(jié)構分系統(tǒng)S8，每個分系統(tǒng)的活動可以分別進一步分解為多項子活動:
[0021]總體SO包括:1)研制總要求下達、2)大系統(tǒng)初步接口協(xié)調(diào)、3)各分系統(tǒng)FMEA (失效模式和后果分析)、4)各分系統(tǒng)可靠性預計、5)動態(tài)成像質(zhì)量分析、6)圖像定位精度仿真分析、7)圖像輻射質(zhì)量仿真分析、8)可靠性指標分配、9)整星可靠性預計、10)整星FMEA、
11)安全性設計、12)有效載荷配置分析、13)平臺選擇分析、14)軌道初步方案設計、15)總體參數(shù)預算、16)空間環(huán)境條件分析、17)軌道設計、18)圖像幾何質(zhì)量需求分析、19)圖像輻射質(zhì)量需求分析、20)星上固存容量需求分析、21)有效載荷工作模式設計、22)衛(wèi)星構型、23)各設備布局、24)總裝設計相關分析；
[0022]載荷分系統(tǒng)SI包括:1)初始任務分析、2)成像方式選擇、3)光譜獲取方式選擇、
4)光學系統(tǒng)選型、5)探測器件選型、6)星上定標方式選擇、7)制冷方式選擇、8)初步總體方案、9)可靠性、安全性設計、10)電子學方案設計與分析、11)光學系統(tǒng)方案設計、12)光學系統(tǒng)MTF分析、13)結(jié)構方案設計、14)結(jié)構模型分析、15)熱控方案設計與熱設計、16)定標方案設計、17)掃描機構設計、18) 二維指向機構設計、19)綜合分析與性能預估、20)關鍵部組件裝調(diào)檢測方案設計、21)光學遙感器總裝方案設計、22)光學遙感器整機測試方案設計、23)光學遙感器初步設計評審文件；[0023]姿軌控分系統(tǒng)S2包括:1)用戶需求、2)系統(tǒng)部件配置及安裝的初步方案論證、3)工作模式分析的初步方案論證、4)燃耗計算的初步方案論證、5)初步方案論證報告、6)方案研究、7)仿真驗證、8)技術總結(jié)、9)關鍵技術攻關報告、10)工作模式、11)系統(tǒng)部件配置及安裝的初樣方案設計、12)動力學建模的初樣方案設計、13)擾動影響分析的初樣方案設計、14)姿態(tài)確定方案的初樣方案設計、15)姿態(tài)控制方案的初樣方案設計、16)部件診斷策略、17)系統(tǒng)重構策略、18)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、19)數(shù)字仿真、20)燃耗計算的初樣方案設計、21)任務需求分析、22)初樣方案設計報告H)R、23)動力學建模的需求分析、24)擾動影響分析需求分析、25)姿態(tài)控制策略、26)姿態(tài)確定策略、27)系統(tǒng)部件配置及安裝需求分析、28)工作模式分析的需求分析、29)需求分析報告、30)動力學建模的初步方案論證、31)擾動影響分析的初步方案論證、32)姿態(tài)控制方案的初步方案論證、33)姿態(tài)確定方案的初步方案論證；
[0024]推進分系統(tǒng)S3包括:1)總體輸入、2)衛(wèi)星推力器工作模式輸入、3)推進系統(tǒng)任務分析、4)推進系統(tǒng)安全性驗證、5)推進系統(tǒng)可靠性驗證、6)推進系統(tǒng)文件編寫、7)推進系統(tǒng)文件評審、8)推進系統(tǒng)接口協(xié)調(diào)、9)推進系統(tǒng)方案選擇、10)推進系統(tǒng)方案設計、11)推進系統(tǒng)安全性設計、12)推進系統(tǒng)可靠性設計、13)推進系統(tǒng)方案初步評估、14)建立系統(tǒng)數(shù)學模型、15)推進系統(tǒng)數(shù)學仿真、16)初步方案評審、17)推進系統(tǒng)熱設計、18)推進系統(tǒng)密封設計、19)推進系統(tǒng)結(jié)構強度設計、20)推進系統(tǒng)接口設計；
[0025]數(shù)管分系統(tǒng)S4包括:1)分系統(tǒng)用戶需求、2)分系統(tǒng)用戶需求分析、3)星上總線設計、4)遙控指令設計、5)遙測數(shù)據(jù)設計、6)測溫、控溫接口設計、7)時間系統(tǒng)設計、8)軟件設計、9)硬件設計、10)抗輻照、抗SEU設計、11)可靠性預計、12)FMEA分析、13)方案設計報告編寫、14)分系統(tǒng)用戶需求分析評審；
[0026]測控分系統(tǒng)S5包括:1)測控分系統(tǒng)需求分析、2)分系統(tǒng)初步方案設計評審文件編寫、3)明確研制階段、工作流程、4)星地測控需求、5)測控分系統(tǒng)對外接口協(xié)調(diào)、6)可靠性、安全性初步要求、7)測控分系統(tǒng)初步要求、8)分系統(tǒng)方案分析、9)射頻信道參數(shù)設計、10)應答機測距測速指標及體制設計、11)應答機頻率捕獲跟蹤范圍設計、12)遙測體制設計、13)遙控體制設計、14)星地鏈路預算、15)與星務分系統(tǒng)接口設計、16)與電源分系統(tǒng)接口設計、17)與總體電路接口設計、18)與熱控分系統(tǒng)接口設計、19)與天線分系統(tǒng)接口設計、20)與衛(wèi)星總體接口設計、21)可靠性、安全性預計、22)可靠性驗證試驗、23)分系統(tǒng)測試計劃；
[0027]熱控分系統(tǒng)S6包括:1)熱控分系統(tǒng)任務分析、2)服務艙建模、3)載荷艙建模、4)材料熱物性和輻射參數(shù)選取、5)儀器設備熱耗和加熱器設置、6)軌道設置、7)外熱流計算、
8)極端工況溫度場分析、9)優(yōu)化熱設計參數(shù)滿足指標要求、10)確定熱設計狀態(tài)、11)熱控分系統(tǒng)可靠性、12)安全性分析與設計、13)熱控分系統(tǒng)測試計劃、14)熱控分系統(tǒng)初步需求分析、15)熱控分系統(tǒng)初步設計評審文件編寫、16)衛(wèi)星軌道環(huán)境分析、17)艙板散熱能力分析、18)衛(wèi)星各個艙段平均熱耗統(tǒng)計、19)熱控分系統(tǒng)外部接口協(xié)調(diào)、20)熱控分系統(tǒng)初步設計方案、21)載荷艙初步熱控設計方案、22)服務艙初步熱控設計方案、23)載荷艙各小艙散熱面計算、24)載荷艙各小艙散熱面草圖、25)載荷艙特殊單機控溫需求分析、26)載荷艙特殊單機控溫回路初步設計、27)載荷艙熱管選型、28)載荷艙熱管布局、29)服務艙熱管選型、30)服務艙熱管布局、31)服務艙各小艙散熱面計算、32)服務艙各小艙散熱面草圖、33)服務艙特殊單機控溫需求分析、34)服務艙特殊單機控溫回路初步設計、35)推進系統(tǒng)熱控設計、36)衛(wèi)星艙板外熱控設計、37)衛(wèi)星設備狀態(tài)設計、38)衛(wèi)星艙板內(nèi)熱控設計、39)熱控分系統(tǒng)初步設計結(jié)果；
[0028]電源分系統(tǒng)S7包括:1)電源系統(tǒng)初始任務分析、2)確定供配電系統(tǒng)拓撲結(jié)構和基本配置、3)太陽電池陣和蓄電池組初步需求、4)功率分配需求確認、5)電源分系統(tǒng)初步技術要求、6)太陽電池陣初步設計、7)蓄電池組初步設計、8)電源控制裝置(PCU)初步設計、
9)電源下位機初步設計、10)配電器設計、11)配電器下位機初步設計、12)電纜網(wǎng)設計、13)可靠性、安全性分析與設計、14)電源分系統(tǒng)能量平衡分析、15)電源系統(tǒng)測試計劃、16)電源分系統(tǒng)初步設計評審文件編寫；
[0029]結(jié)構分系統(tǒng)S8包括:1)結(jié)構分系統(tǒng)研制技術要求、2)總體、總裝、熱控接口、3)天線、太陽翼有限元模型、4)任務明確和協(xié)調(diào)、5)初步技術要求評審(PTRR)、6)結(jié)構分系統(tǒng)總體設計、7)太陽翼接口設計、8)天線接口設計、9)星箭接口設計、10)忙箱接口設計、11)主承力結(jié)構設計、12)結(jié)構之間的連接設計、13)起吊點設計、14)結(jié)構分系統(tǒng)關鍵部件方案設計、15)結(jié)構分系統(tǒng)關鍵部件力學分析驗證、16)結(jié)構分系統(tǒng)關鍵部件力學驗證試驗設計、17)建立衛(wèi)星主結(jié)構初步三維模型、18)建立衛(wèi)星主結(jié)構初步有限元模型、19)整星初步靜力分析、20)整星初步模態(tài)分析、21)衛(wèi)星主結(jié)構初步力學分析報告、22)結(jié)構分系統(tǒng)初步設計評估、23)整星力學試驗驗證方案、24)整星力學試驗設計、25)建立衛(wèi)星主結(jié)構詳細三維模型、26)結(jié)構分系統(tǒng)部裝設計、27)結(jié)構分系統(tǒng)圖樣設計、28)整星有限元詳細建模、29)整星靜力分析、30)整星模態(tài)分析、31)整星頻響分析、32)衛(wèi)星主結(jié)構詳細力學分析報告、33)結(jié)構分系統(tǒng)初步設計方案評審O3DR)；
[0030]以上總體(SO)和分系統(tǒng)(S1-S8)，每個模塊的各項子活動均共同構成一個串并行混合式流程。
[0031]第二步:映射生成DSM矩陣、統(tǒng)計DSM項以及逐項進行結(jié)構化定量分析，得到一個完善的參數(shù)關聯(lián)明細表；
[0032]第三步:運用SQL關系數(shù)據(jù)庫和Excel電子表格的中間件技術將上述明細表存入數(shù)據(jù)庫，并反演生成反映工程實際的衛(wèi)星耦合設計流程；本申請所述的ExcelSever電子表格中間件技術以北京勤哲公司的ExcelServer軟件為代表，所述SQL指的是結(jié)構化查詢語言。
[0033]第四步:通過友好的人機界面對各個衛(wèi)星設計活動之間的關聯(lián)進行動態(tài)展現(xiàn)，以使衛(wèi)星設計過程的關聯(lián)性進行直觀的認知；比如，當用戶點擊選中一個活動時，與之相關的上、下游活動均被不同顏色高亮提示，根據(jù)信息傳遞的起止端是否跨分系統(tǒng)以不同線型的連線來表示；當用戶選中一根關聯(lián)線條時，其所代表的傳遞參數(shù)信息即可以泡泡的形式直觀提示；
[0034]第五步:數(shù)據(jù)自動流轉(zhuǎn)；對于每個元素的關聯(lián)進行統(tǒng)計，分別整理來自上游的輸入和流向下游的輸出，可實現(xiàn)從上游提取相應的數(shù)據(jù)，向下游發(fā)布數(shù)據(jù)。為了保證信息和流程的完整性，原則上每個元素都應該有默認值。自動生成的每個模版都有輸入(Input)信息列表和輸出(Output)信息列表。
[0035]第六步:所有的輸出設計數(shù)據(jù)作為一個完整的數(shù)據(jù)包，需要經(jīng)過工作流的審批通過才能成為正式的發(fā)布數(shù)據(jù)，并被下游設計活動作為輸入數(shù)據(jù)所接受。審批的流程為普通設計師檢入并提交已經(jīng)定義好的數(shù)據(jù)包，然后由該分系統(tǒng)的主任設計師或總設計師進行審批。如果審批人認為數(shù)據(jù)包不符合要求則做退回處理，如果認為數(shù)據(jù)包符合相關要求則予以通過。設計數(shù)據(jù)包只有檢出操作后才能進行修改。
[0036]檢入(check-1n):表示將數(shù)據(jù)經(jīng)過檢驗和封存后，送入數(shù)據(jù)庫中，此時數(shù)據(jù)狀態(tài)變?yōu)橹蛔x(Read-only)；
[0037]檢出(check-out):表示將數(shù)據(jù)打開封存標識，從數(shù)據(jù)庫中取出，此時數(shù)據(jù)狀態(tài)變?yōu)榭尚薷臓顟B(tài)(Read-Write)。
[0038]第七步:基于工作流的數(shù)據(jù)審批，根據(jù)審批的結(jié)果對數(shù)據(jù)包的狀態(tài)標簽進行修改，即狀態(tài)遷移。將每個設計活動的輸出結(jié)果集當成一個數(shù)據(jù)包，當負責的資深工程師認為全部符合要求時，給予審批通過，系統(tǒng)予以發(fā)布，在流程的圖形界面上將該活動直觀地表示為綠色，以不完成。
[0039]由于存在著數(shù)據(jù)的耦合迭代關系，當新的數(shù)據(jù)發(fā)布時有可能造成下游設計活動的輸入發(fā)生變化，繼而有可能引發(fā)連鎖反應，這在實際的衛(wèi)星工程設計中是十分普遍的現(xiàn)象。傳統(tǒng)上由于采用串并行的方式進行流程分析，刻意地忽略了這種關聯(lián)關系，給工程實際帶來了巨大的影響。這里采用DSM的方法，真實地再現(xiàn)了這種迭代和耦合，下游的設計數(shù)據(jù)輸入發(fā)生了相應的狀態(tài)變化?；贒SM的關聯(lián)索引分析，可以對上游發(fā)生變化的設計活動進行捕獲，繼而做出警告提示，從顏色上加以區(qū)分。
[0040]第八步:自動生成設計報告。當設計流程中的活動狀態(tài)全部為審批通過，即全部為綠色時，表明該分系統(tǒng)的設計工作已經(jīng)完成。對于已經(jīng)完成設計的活動，其輸出參數(shù)信息能夠被從數(shù)據(jù)庫中進行提取，按照預先定制好的格式，以向?qū)У男问椒植娇焖偕稍O計報告。
[0041]優(yōu)選地，在所述第四步中，為了給設計師一個明確的設計關聯(lián)關系信息提示，采用基于DSM的信息進行驅(qū)動在界面進行動態(tài)提示數(shù)據(jù)信息；
[0042]優(yōu)選地，在所述第五步中，為了便于設計活動的信息加工處理，將其關聯(lián)設計活動明確地分為上游設計活動(Upper Stream)和下游設計活動(Downstream),并將該活動的關聯(lián)項分為輸入信息集(Input)和輸出信息集(Output)。
[0043]優(yōu)選地，在所述第六步中，為了確保衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可信賴程度，需要經(jīng)過工作流技術進行審批，即普通設計師提交待審批的數(shù)據(jù)包，然后由資深的主任設計師或總設計師來進行審批。
[0044]優(yōu)選地，在所述第七步中，為了區(qū)分數(shù)據(jù)的版本有效性，根據(jù)其審批工作流過程打上相應的數(shù)據(jù)狀態(tài)標簽，只有當數(shù)據(jù)標簽顯示為審批通過，才能作為下游的設計活動的輸入信息。為了真實反映衛(wèi)星的設計迭代過程和流程耦合特性，根據(jù)DSM關聯(lián)信息，對于上游發(fā)生變化的設計活動在圖形界面上用高亮的顏色加以提醒和警告。
[0045]優(yōu)選地，在所述第八步中，為了提高采集衛(wèi)星有效設計數(shù)據(jù)的效率，采用數(shù)據(jù)庫視圖定義技術，將設計數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫底層直接摘選出來，并根據(jù)預先定義好的WORD樣式生成設計報告。
[0046]本發(fā)明通過以上步驟，給出了復雜系統(tǒng)或產(chǎn)品進行關聯(lián)分析的方法，同時給出了若干最常用的分析模版。
[0047]本發(fā)明的主要優(yōu)點是:以一種易于操作的結(jié)構化分析方法，完整而嚴謹?shù)乇硎龃笮凸I(yè)產(chǎn)品或服務的復雜過程，具有無限的表述深度，同時充分利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫、電子表格、人機交互等技術使之成為可供客戶方便使用的軟件工具。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]圖1衛(wèi)星設計某模塊的串并行混合式流程
[0049]圖2衛(wèi)星某模塊的DSM分析界面
[0050]圖3根據(jù)DSM關聯(lián)信息再現(xiàn)的衛(wèi)星分系統(tǒng)及設計流程圖
[0051]圖3不同分系統(tǒng)之間的DSM關聯(lián)總計分析
[0052]圖4不同顏色和線型的連線表示衛(wèi)星設計活動之間的關聯(lián)
[0053]圖5動態(tài)提示每根連線所代表的傳遞參數(shù)信息
[0054]圖6具體設計活動的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)信息
[0055]圖7用活動框的底色和邊框顏色區(qū)分用戶權限和活動狀態(tài)
[0056]圖8根據(jù)工作流對數(shù)據(jù)版本進行審批控制
[0057]圖9a_圖9c自動采集數(shù)據(jù)后，分步快速生成設計報告
【具體實施方式】
[0058]本文僅就遙感衛(wèi)星的載荷分系統(tǒng)為實施例，結(jié)合附圖對本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳遞方法作詳細介紹。遙感衛(wèi)星的其他各個分系統(tǒng)以及通信衛(wèi)星、資源衛(wèi)星等其他種類衛(wèi)星設計過程的數(shù)據(jù)傳遞過程與下文的描述完全類似，本領域技術人員有能力舉一反三，在此不做贅述。
[0059]本發(fā)明涉及的基于DSM和工作流的遙感衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)傳遞方法包括以下步驟:
[0060]第一步:基于傳統(tǒng)的流程表述方式，整理和歸納出設計遙感衛(wèi)星的一般流程，所述遙感衛(wèi)星載荷分系統(tǒng)的設計包括:1)初始任務分析、2)成像方式選擇、3)光譜獲取方式選擇、4)光學系統(tǒng)選型、5)探測器件選型、6)星上定標方式選擇、7)制冷方式選擇、8)初步總體方案、9)可靠性、安全性設計、10)電子學方案設計與分析、11)光學系統(tǒng)方案設計、12)光學系統(tǒng)MTF分析(MTF,即Modulation Transfer Function,光學傳遞函數(shù)，是表征光學系統(tǒng)對不同空間頻率的目標函數(shù)的傳遞性能，它將傅里葉變換這種數(shù)學工具引入應用光學領域，從而使像質(zhì)評價有了數(shù)學依據(jù)，是目前光學系統(tǒng)的圖像質(zhì)量評價的主要指標之一)、13)結(jié)構方案設計、14)結(jié)構模型分析、15)熱控方案設計與熱設計、16)定標方案設計、17)掃描機構設計、18) 二維指向機構設計、19)綜合分析與性能預估、20)關鍵部組件裝調(diào)檢測方案設計、21)光學遙感器總裝方案設計、22)光學遙感器整機測試方案設計、23)光學遙感器初步設計評審文件；該載荷分系統(tǒng)的各項子活動共同構成一個串并行混合式流程，如圖1所
/Jn ο
[0061]第二步:映射生成DSM矩陣(如圖2所示)、統(tǒng)計DSM項以及逐項進行結(jié)構化定量分析，得到一個完善的參數(shù)關聯(lián)明細表；
[0062]第三步:運用SQL(結(jié)構化查詢語言)關系數(shù)據(jù)庫和Excel電子表格的中間件技術將上述明細表存入數(shù)據(jù)庫，并反演生成反映工程實際的遙感衛(wèi)星耦合設計流程，如圖3所示；
[0063]第四步:通過友好的人機界面對各個遙感衛(wèi)星設計活動之間的關聯(lián)進行動態(tài)展現(xiàn)，以使遙感衛(wèi)星設計過程的關聯(lián)性進行直觀的認知，如圖4所示；比如，當用戶點擊選中一個活動時，與之相關的上、下游活動均被不同顏色高亮提示，當用戶選中一根關聯(lián)線條時，其所代表的傳遞參數(shù)信息即可以泡泡的形式直觀提示，如圖5所示；
[0064]第五步:數(shù)據(jù)自動流轉(zhuǎn)；對于每個元素的關聯(lián)進行統(tǒng)計，分別整理來自上游的輸入和流向下游的輸出，可實現(xiàn)從上游提取相應的數(shù)據(jù)，向下游發(fā)布數(shù)據(jù)。為了保證信息和流程的完整性，原則上每個元素都應該有默認值。自動生成的每個模版都有輸入(Input)信息列表和輸出(Output)信息列表,如圖6所示。
[0065]第六步:所有的輸出設計數(shù)據(jù)作為一個完整的數(shù)據(jù)包，需要經(jīng)過工作流的審批通過才能成為正式的發(fā)布數(shù)據(jù)，并被下游設計活動作為輸入數(shù)據(jù)所接受。審批的流程為普通設計師檢入并提交已經(jīng)定義好的數(shù)據(jù)包，然后由該分系統(tǒng)的主任設計師或總設計師進行審批。如果審批人認為數(shù)據(jù)包不符合要求則做退回處理，如果認為數(shù)據(jù)包符合相關要求則予以通過。設計數(shù)據(jù)包只有檢出操作后才能進行修改。
[0066]檢入(check-1n):表示將數(shù)據(jù)經(jīng)過檢驗和封存后，送入數(shù)據(jù)庫中，此時數(shù)據(jù)狀態(tài)變?yōu)橹蛔x(Read-only)；
[0067]檢出(check-out):表示將數(shù)據(jù)打開封存標識，從數(shù)據(jù)庫中取出，此時數(shù)據(jù)狀態(tài)變?yōu)榭尚薷臓顟B(tài)(Read-Write)。
[0068]第七步:基于工作流的數(shù)據(jù)審批，根據(jù)審批的結(jié)果對數(shù)據(jù)包的狀態(tài)標簽進行修改，即狀態(tài)遷移。將每個設計活動的輸出結(jié)果集當成一個數(shù)據(jù)包，當負責的資深工程師認為全部符合要求時，給予審批通過，系統(tǒng)予以發(fā)布，在流程的圖形界面上將該活動直觀地表示為綠色，以示完成。為了直觀表示各個用戶對各個設計活動的權限狀態(tài)，以及各個設計活動自身的工作流狀態(tài)，分別用活動框的底色和邊框顏色加以區(qū)分，如圖7所示。對于有權限進行審批的用戶可以直接登錄系統(tǒng)批準(Pass)或拒絕(Reject)該數(shù)據(jù)版本的發(fā)放，如圖8所
/Jn ο
[0069]第八步:報告自動生成，當設計流程中的活動狀態(tài)全部為審批通過，即全部為綠色時，表明該分系統(tǒng)的設計工作已經(jīng)完成。對于已經(jīng)完成設計的活動，其輸出參數(shù)信息能夠被從數(shù)據(jù)庫中進行提取，按照預先定制好的格式生成設計報告，如圖9a_9c所示。
[0070]第九步:由于存在著數(shù)據(jù)的耦合迭代關系，當新的數(shù)據(jù)發(fā)布時有可能造成下游設計活動的輸入發(fā)生變化，繼而有可能引發(fā)連鎖反應，這在實際的遙感衛(wèi)星工程設計中是十分普遍的現(xiàn)象。傳統(tǒng)上由于采用串并行的方式進行流程分析，刻意地忽略了這種關聯(lián)關系，給工程實際帶來了巨大的影響。這里采用DSM的方法，真實地再現(xiàn)了這種迭代和耦合，下游的設計數(shù)據(jù)輸入發(fā)生了相應的狀態(tài)變化?；贒SM的關聯(lián)索引分析，可以對上游發(fā)生變化的設計活動進行捕獲，繼而做出警告提示，從顏色上加以區(qū)分。
[0071]在所述第四步中，為了給設計師一個明確的設計關聯(lián)關系信息提示，采用基于DSM的信息進行驅(qū)動在界面進行動態(tài)提示數(shù)據(jù)信息；
[0072]在所述第五步中，為了便于設計活動的信息加工處理，將其關聯(lián)設計活動明確地分為上游設計活動(Upper Stream)和下游設計活動(Downstream),并將該活動的關聯(lián)項分為輸入信息集(Input)和輸出信息集(Output)。
[0073]在所述第六步中，為了確保遙感衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可信賴程度，需要經(jīng)過工作流技術進行審批，即普通設計師提交待審批的數(shù)據(jù)包，然后由資深的主任設計師或總設計師來進行審批。
[0074]在所述第七步中，為了區(qū)分數(shù)據(jù)的版本有效性，根據(jù)其審批工作流過程打上相應的數(shù)據(jù)狀態(tài)標簽，只有當數(shù)據(jù)標簽顯示為審批通過，才能作為下游的設計活動的輸入信息。
[0075]在所述第八步中，為了提高采集遙感衛(wèi)星有效設計數(shù)據(jù)的效率，采用數(shù)據(jù)庫視圖定義技術，將設計數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫底層直接摘選出來，并根據(jù)預先定義好的WORD樣式生成設計報告。
[0076]在所述第九步中，為了真實反映遙感衛(wèi)星的設計迭代過程和流程耦合特性，根據(jù)DSM關聯(lián)信息，對于上游發(fā)生變化的設計活動在圖形界面上用高亮的顏色加以提醒和警告。
【權利要求】
1.一種基于DSM和工作流的衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)傳遞方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 第一步:基于傳統(tǒng)的流程表述方式，整理和歸納出設計衛(wèi)星的一般流程，所述衛(wèi)星的設計分為總體SO和8個分系統(tǒng)S1-S8，所述8個分系統(tǒng)S1-S8包括載荷分系統(tǒng)S1、姿軌控分系統(tǒng)S2、推進分系統(tǒng)S3、數(shù)管分系統(tǒng)S4、測控分系統(tǒng)S5、熱控分系統(tǒng)S6、電源分系統(tǒng)S7、結(jié)構分系統(tǒng)S8，每個分系統(tǒng)的活動可以分別進一步分解為多項子活動: 總體SO包括:1)研制總要求下達、2)大系統(tǒng)初步接口協(xié)調(diào)、3)各分系統(tǒng)FMEA(失效模式與后果分析)、4)各分系統(tǒng)可靠性預計、5)動態(tài)成像質(zhì)量分析、6)圖像定位精度仿真分析、7)圖像輻射質(zhì)量仿真分析、8)可靠性指標分配、9)整星可靠性預計、10)整星FMEAU1)安全性設計、12)有效載荷配置分析、13)平臺選擇分析、14)軌道初步方案設計、15)總體參數(shù)預算、16)空間環(huán)境條件分析、17)軌道設計、18)圖像幾何質(zhì)量需求分析、19)圖像輻射質(zhì)量需求分析、20)星上固存容量需求分析、21)有效載荷工作模式設計、22)衛(wèi)星構型、23)各設備布局、24)總裝設計相關分析； 載荷分系統(tǒng)SI包括:1)初始任務分析、2)成像方式選擇、3)光譜獲取方式選擇、4)光學系統(tǒng)選型、5)探測器件選型、6)星上定標方式選擇、7)制冷方式選擇、8)初步總體方案、9)可靠性、安全性設計、10)電子學方案設計與分析、11)光學系統(tǒng)方案設計、12)光學系統(tǒng)MTF分析、13)結(jié)構方案設計、14)結(jié)構模型分析、15)熱控方案設計與熱設計、16)定標方案設計、17)掃描機構設計、18) 二維指向機構設計、19)綜合分析與性能預估、20)關鍵部組件裝調(diào)檢測方案設計、21)光學遙感器總裝方案設計、22)光學遙感器整機測試方案設計、23)光學遙感器初步設計評審文件； 姿軌控分系統(tǒng)S2包括:1)用戶需求、2)系統(tǒng)部件配置及安裝的初步方案論證、3)工作模式分析的初步方案論證、4)燃耗計算的初步方案論證、5)初步方案論證報告、6)方案研究、7)仿真驗證、8)技術總結(jié)、9)關鍵技術攻關報告、10)工作模式、11)系統(tǒng)部件配置及安裝的初樣方案設計、12)動力學建模的初樣方案設計、13)擾動影響分析的初樣方案設計、14)姿態(tài)確定方案的初樣方案設計、15)姿態(tài)控制方案的初樣方案設計、16)部件診斷策略、17)系統(tǒng)重構策略、18)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、19)數(shù)字仿真、20)燃耗計算的初樣方案設計、21)任務需求分析、22)初樣方案設計報告H)R、23)動力學建模的需求分析、24)擾動影響分析需求分析、25)姿態(tài)控制策略、26)姿態(tài)確定策略、27)系統(tǒng)部件配置及安裝需求分析、28)工作模式分析的需求分析、29)需求分析報告、30)動力學建模的初步方案論證、31)擾動影響分析的初步方案論證、32)姿態(tài)控制方案的初步方案論證、33)姿態(tài)確定方案的初步方案論證； 推進分系統(tǒng)S3包括:1)總體輸入、2)衛(wèi)星推力器工作模式輸入、3)推進系統(tǒng)任務分析、4)推進系統(tǒng)安全性驗證、5)推進系統(tǒng)可靠性驗證、6)推進系統(tǒng)文件編寫、7)推進系統(tǒng)文件評審、8)推進系統(tǒng)接口協(xié)調(diào)、9)推進系統(tǒng)方案選擇、10)推進系統(tǒng)方案設計、11)推進系統(tǒng)安全性設計、12)推進系統(tǒng)可靠性設計、13)推進系統(tǒng)方案初步評估、14)建立系統(tǒng)數(shù)學模型、15)推進系統(tǒng)數(shù)學仿真、16)初步方案評審、17)推進系統(tǒng)熱設計、18)推進系統(tǒng)密封設計、19)推進系統(tǒng)結(jié)構強度設計、20)推進系統(tǒng)接口設計； 數(shù)管分系統(tǒng)S4包括:1)分系統(tǒng)用戶需求、2)分系統(tǒng)用戶需求分析、3)星上總線設計、4)遙控指令設計、5)遙測數(shù)據(jù)設計、6)測溫、控溫接口設計、7)時間系統(tǒng)設計、8)軟件設計、9)硬件設計、10)抗輻照、抗SEU設計、11)可靠性預計、12)FMEA分析、13)方案設計報告編寫、14)分系統(tǒng)用戶需求分析評審； 測控分系統(tǒng)S5包括:1)測控分系統(tǒng)需求分析、2)分系統(tǒng)初步方案設計評審文件編寫、3)明確研制階段、工作流程、4)星地測控需求、5)測控分系統(tǒng)對外接口協(xié)調(diào)、6)可靠性、安全性初步要求、7)測控分系統(tǒng)初步要求、8)分系統(tǒng)方案分析、9)射頻信道參數(shù)設計、10)應答機測距測速指標及體制設計、11)應答機頻率捕獲跟蹤范圍設計、12)遙測體制設計、13)遙控體制設計、14)星地鏈路預算、15)與星務分系統(tǒng)接口設計、16)與電源分系統(tǒng)接口設計、17)與總體電路接口設計、18)與熱控分系統(tǒng)接口設計、19)與天線分系統(tǒng)接口設計、20)與衛(wèi)星總體接口設計、21)可靠性、安全性預計、22)可靠性驗證試驗、23)分系統(tǒng)測試計劃；熱控分系統(tǒng)S6包括:1)熱控分系統(tǒng)任務分析、2)服務艙建模、3)載荷艙建模、4)材料熱物性和輻射參數(shù)選取、5)儀器設備熱耗和加熱器設置、6)軌道設置、7)外熱流計算、8)極端工況溫度場分析、9)優(yōu)化熱設計參數(shù)滿足指標要求、10)確定熱設計狀態(tài)、11)熱控分系統(tǒng)可靠性、12)安全性分析與設計、13)熱控分系統(tǒng)測試計劃、14)熱控分系統(tǒng)初步需求分析、15)熱控分系統(tǒng)初步設計評審文件編寫、16)衛(wèi)星軌道環(huán)境分析、17)艙板散熱能力分析、18)衛(wèi)星各個艙段平均熱耗統(tǒng)計、19)熱控分系統(tǒng)外部接口協(xié)調(diào)、20)熱控分系統(tǒng)初步設計方案、21)載荷艙初步熱控設計方案、22)服務艙初步熱控設計方案、23)載荷艙各小艙散熱面計算、24)載荷艙各小艙散熱面草圖、25)載荷艙特殊單機控溫需求分析、26)載荷艙特殊單機控溫回路初步設計、27)載荷艙熱管選型、28)載荷艙熱管布局、29)服務艙熱管選型、30)服務艙熱管布局、31)服務艙各小艙散熱面計算、32)服務艙各小艙散熱面草圖、33)服務艙特殊單機控溫需求分析、34)服務艙特殊單機控溫回路初步設計、35)推進系統(tǒng)熱控設計、36)衛(wèi)星艙板外熱控設計、37)衛(wèi)星設備狀態(tài)設計、38)衛(wèi)星艙板內(nèi)熱控設計、39)熱控分系統(tǒng)初步設計結(jié)果； 電源分系統(tǒng)S7包括:1)電源系統(tǒng)初始任務分析、2)確定供配電系統(tǒng)拓撲結(jié)構和基本配置、3)太陽電池陣和蓄電池組初步需求、4)功率分配需求確認、5)電源分系統(tǒng)初步技術要求、6)太陽電池陣初步設計、7)蓄電池組初步設計、8)電源控制裝置(PCU)初步設計、9)電源下位機初步設計、10)配電器設計、11)配電器下位機初步設計、12)電纜網(wǎng)設計、13)可靠性、安全性分析與設計、14)電源分系統(tǒng)能量平衡分析、15)電源系統(tǒng)測試計劃、16)電源分系統(tǒng)初步設計評審文件編寫； 結(jié)構分系統(tǒng)S8包括:1)結(jié)構分系統(tǒng)研制技術要求、2)總體、總裝、熱控接口、3)天線、太陽翼有限元模型、4)任務明確和協(xié)調(diào)、5)初步技術要求評審(PTRR)、6)結(jié)構分系統(tǒng)總體設計、7)太陽翼接口設計、8)天線接口設計、9)星箭接口設計、10)忙箱接口設計、11)主承力結(jié)構設計、12)結(jié)構之間的連接設計、13)起吊點設計、14)結(jié)構分系統(tǒng)關鍵部件方案設計、15)結(jié)構分系統(tǒng)關鍵部件力學分析驗證、16)結(jié)構分系統(tǒng)關鍵部件力學驗證試驗設計、17)建立衛(wèi)星主結(jié)構初步三維模型、18)建立衛(wèi)星主結(jié)構初步有限元模型、19)整星初步靜力分析、20)整星初步模態(tài)分析、21)衛(wèi)星主結(jié)構初步力學分析報告、22)結(jié)構分系統(tǒng)初步設計評估、23)整星力學試驗驗證方案、24)整星力學試驗設計、25)建立衛(wèi)星主結(jié)構詳細三維模型、26)結(jié)構分系統(tǒng)部裝設計、27)結(jié)構分系統(tǒng)圖樣設計、28)整星有限元詳細建模、29)整星靜力分析、30)整星模態(tài)分析、31)整星頻響分析、32)衛(wèi)星主結(jié)構詳細力學分析報告、33)結(jié)構分系統(tǒng)初步設計方案評審O3DR)；以上的總體SO和8個分系統(tǒng)S1-S8以及相應的分系統(tǒng)的各項子活動共同構成一個串并行混合式流程。 第二步:映射生成DSM矩陣、統(tǒng)計DSM項以及逐項進行結(jié)構化定量分析，得到一個完善的參數(shù)關聯(lián)明細表； 第三步:運用SQL關系數(shù)據(jù)庫和Excel電子表格的中間件技術將上述明細表存入數(shù)據(jù)庫，并反演生成反映工程實際的衛(wèi)星耦合設計流程； 第四步:通過友好的人機界面對衛(wèi)星設計各個子活動之間的關聯(lián)進行動態(tài)展現(xiàn)，以使衛(wèi)星設計過程的關聯(lián)性進行直觀的認知 ； 第五步:數(shù)據(jù)自動流轉(zhuǎn)；對于每個元素的關聯(lián)進行統(tǒng)計，分別整理來自上游的輸入和流向下游的輸出，可實現(xiàn)從上游提取相應的數(shù)據(jù)，向下游發(fā)布數(shù)據(jù)； 第六步:所有的輸出設計數(shù)據(jù)作為一個完整的數(shù)據(jù)包，需要經(jīng)過工作流的審批通過才能成為正式的發(fā)布數(shù)據(jù)，并被下游設計活動作為輸入數(shù)據(jù)所接受。 第七步:基于工作流的數(shù)據(jù)審批，根據(jù)審批的結(jié)果對數(shù)據(jù)包的狀態(tài)標簽進行修改，即狀態(tài)遷移； 第八步:報告自動生成；當設計流程中的活動狀態(tài)全部為審批通過，即全部為綠色時，表明該分系統(tǒng)的設計工作已經(jīng)完成。對于已經(jīng)完成設計的活動，其輸出參數(shù)信息能夠被從數(shù)據(jù)庫中進行提取，按照預先定制好的格式生成設計報告。 第九步:基于DSM的關聯(lián)索引分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的迭代和耦合，從顏色上區(qū)分上下游數(shù)據(jù)的狀態(tài)變化。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于DSM和工作流的衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)傳遞方法，其特征在于，在所述第四步中，采用基于DSM的信息進行驅(qū)動在界面進行動態(tài)提示數(shù)據(jù)信息。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于DSM和工作流的衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)傳遞方法，其特征在于，在所述第五步中，為了便于設計活動的信息加工處理，將其關聯(lián)設計活動明確地分為上游設計活動(Upper Stream)和下游設計活動(Downstream),并將該活動的關聯(lián)項分為輸入信息集(Input)和輸出信息集(Output)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于DSM和工作流的衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)傳遞方法，其特征在于，在所述第六步中，為了確保衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可信賴程度，需要經(jīng)過工作流技術進行審批。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于DSM和工作流的衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)傳遞方法，其特征在于，在所述第七步中，為了區(qū)分數(shù)據(jù)的版本有效性，根據(jù)其審批工作流過程打上相應的數(shù)據(jù)狀態(tài)標簽，只有當數(shù)據(jù)標簽顯示為審批通過，才能作為下游的設計活動的輸入信息。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于DSM和工作流的衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)傳遞方法，其特征在于，在所述第八步中，為了提高采集航天器有效設計數(shù)據(jù)的效率，采用數(shù)據(jù)庫視圖定義技術，將設計數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫底層直接摘選出來，并根據(jù)預先定義好的WORD樣式生成設計報生口 ο
7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于DSM和工作流的衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)傳遞方法，其特征在于，在所述第九步中，為了真實反映衛(wèi)星的設計迭代過程和流程耦合特性，根據(jù)DSM關聯(lián)信息，對于上游發(fā)生變化的設計活動在圖形界面上用高亮的顏色加以提醒和警告。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種基于DSM和工作流的衛(wèi)星設計數(shù)據(jù)傳遞方法，其特征在于，在所述第六步中，所述檢入(check-1n)表示將數(shù)據(jù)經(jīng)過檢驗和封存后，送入數(shù)據(jù)庫中，此時數(shù)據(jù)狀態(tài)變?yōu)橹蛔x(Read-only);所述檢出(check-out):表示將數(shù)據(jù)打開封存標識，從數(shù)據(jù)庫中取出，此時數(shù) 據(jù)狀態(tài)變?yōu)榭尚薷臓顟B(tài)(Read-Write)。
【文檔編號】G06F17/50GK103942350SQ201310018075
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年1月17日 優(yōu)先權日:2013年1月17日
【發(fā)明者】趙晟, 王偉, 溫躍杰, 徐清, 李強, 曹潔, 馬麗, 袁俊剛 申請人:中國空間技術研究院神舟學院