復雜工程系統接口設計管理APP（ICDSys）
一、企業簡介
北京索為系統技術股份有限公司是國內工業技術軟件化理念的領導者，知識自動化技術的踐行者，致力于工業互聯網平臺建設、運營、服務，為制造業行業領先者提供以知識自動化為驅動的工業互聯網、工業安卓平臺及工業互聯網APP開發運營服務，是國內領先的工業互聯網APP賦能的工業互聯網平臺提供商。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、成都等地設有分支機構。
自成立以來，索為系統始終堅持自主創新，其研發的中國自主的工業操作平臺SYSWARE，通過“知識自動化”手段，推動中國工業互聯網平臺的發展，持續幫助制造業企業，將基礎共性、行業通用及企業特有的工業技術、知識、經驗封裝成易操作、易推廣的工業互聯網APP，賦予知識工作者廣闊的創新與開拓的空間，提高企業研發與設計效能，助力企業智能化轉型。
在過去十余年，索為公司以知識自動化的理念，推進了工業技術軟件化在航空、航天、船舶、兵器、電子、核工業等國防軍工行業，和汽車、重型機械、動力裝備等高端裝備制造業的復雜產品研制設計、試驗制造及過程管理領域的落地，并在多個重大型號中進行了應用，取得顯著成效，為大規模推廣打下了良好基礎。
二、工業APP簡介
（一）、問題定位
隨著技術的進步，工程系統的復雜度呈指數級增加，系統一般都包含多個子系統，涉及多個學科專業。傳統的系統架構和接口的設計和管理方法普遍采用手工編制的文檔和頁面進行管理，這種方法存在諸多弊端：
1.數據無法實時共享，不利于數據存儲、復用和數據協同，同時無法實現多用戶協同設計。
2.ICD涉及數據眾多且格式繁雜，大量的設計文檔需要維護，手動設計效率低下、容易出錯，且工作量會成倍增長。
3.手動設計過程中的設計數據無法自動進行正確性和有效性的校驗。
4.Visio等圖形化設計工具無法描述標準系統物理架構圖，而當前系統物理架構往往采用標準的總線和端口等元素進行設計。
5.電子ICD與邏輯ICD設計相互獨立，無法保證關聯性。
6.無法建立ICD數據與邏輯設計之間的關聯，使得詳細設計過程中的數據無法保證一致性。
7.無法統一系統物理架構與接口設計過程。
8.無法生成可執行文件實現為后續的系統設計和開發工作提供便利。
9.數據無法實現版本和權限管理功能，不利于ICD設計文件的管理和保密。
ICDSys是我公司基于先進的MBSE理論并結合國內外成熟的接口設計經驗自主研發的面向復雜工程系統研發用戶的企業級的接口數據設計、分析和管理工具。ICDSys支持“樹+圖+表”+“模型庫”的設計方法管理系統架構及接口數據，從而提升了ICD設計效率。ICDSys具有開放的數據接口，可基于模型生成文檔和各類數據文件。采用R-N關聯模型技術，可實現ICD數據信號從產生到最終應用的全歷程追溯，顯著提高影響性分析和排故效率。基于模型庫的向導式設計，降低了設計師的專業門檻，并提高了ICD的設計質量。
（二）、創新點
ICDSys提供圖形化的數據創建、樹形區的數據視圖管理、表格的接口數據屬性設計，為用戶提供了良好的交互界面及接口數據管理模式。
ICDSys提供了模型庫的設計應用方式，可在總線，消息，信號等基礎模型的概念上，構建和使用特定的模型，例如1553B，ARINC429等不同類型的數字總線可理解為是基于數字總線基礎模型的特定模型。可用圖形化拖拽特定模型的方式完成設計工作，大大提升設計效率。同時可協助企業把之前積累的設計數據變為可利用的設計模型，積累核心設計資產。
ICDSys提供ICD接口數據快速自動生成文檔功能，使得文檔無須手動編輯。
ICDSys提供接口數據導出xml、Excel等多種類型的文件，實現接口數據在后期仿真測試階段的應用，減少重復性勞動。
ICDSys提供C/S架構，所有用戶針對統一數據源協同在線編輯，實現了數據的實時共享，便于多人協同設計。
（三）、功能介紹
1.系統物理架構設計
在系統架構設計初期，需定義其物理架構圖。ICDSys工具提供了工具接口，繼承外部工具（例Rhapsody、Modelook等）的架構數據，自動生成系統的物理架構。ICDSys工具提供了物理架構圖的搭建，包含系統、子系統、設備、外部系統等相關信息，同時通過規范總線網絡或非總線通信連接，建立各個子系統/設備/參與者等模塊之間的關聯關系，完成對系統物理架構的描述。
在創建或者導入物理架構后，可以基于該架構分別進行信號接口設計、邏輯交互設計、接線接口設計。ICDSys工具提供了系統視圖、應用場景視圖和接線接口視圖分別管理信號接口數據、邏輯接口數據和設備接線接口數據。
物理架構圖
2.信號接口設計
信號接口設計是基于物理架構對設備接口模型進行設計。系統提供設備接口圖創建設備接口模型，主要描述某設備和其它設備消息/報文/信息單元/數據塊（以下統稱為消息）的收發關系。ICDSys支持用戶基于標準化消息表單設計消息數據，同時針對不同類型的消息提供相應的屬性設置，保證各類型消息設計的專業性和規范性。
設備接口設計界面
信號接口設計還提供軟件功能接口設計。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、軟件功能與物理設備的配置。軟件功能接口圖即創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關系。軟件功能間消息幀圖定義消息數據類型、消息傳遞數據信息。
計算設備的軟件功能接口設計界面
3.邏輯交互設計
邏輯交互設計是通過圖形化方式定義系統應用場景及應用場景內部實現過程。應用場景可直觀的呈現系統的功能需求，應用場景內部的實現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系以及信息間的時序和邏輯關系。
邏輯交互設計界面
4.接線接口設計
接線接口設計是通過設備接線圖定義設備接插件和設備間的連接線纜，同時通過接插件表單定義接插件的針號、針號關聯的信號名稱以及信號說明等信息，通過線纜表單定義線數、線號名稱、線號對應關聯的接插件針號、導線等信息。
設備接線設計界面
5.數據校驗
在接口數據設計過程中，系統會自動對保存數據進行冗余性、完整性和非法性檢驗，以保證設計數據的正確性。
6.數據檢索
ICDSys支持用戶對數據庫所有數據進行分類檢索，并支持用戶保存檢索結果實現數據匯總整理功能，檢索功能包括以下特色功能：
? 關鍵字檢索：支持用戶輸入關鍵字進行功能檢索
? 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行檢索
? 檢索結果保存：用戶基于需求保存搜索結果，提升搜索效率
? 搜索結果視圖：支持團隊視圖和個人視圖兩種分類展示，實現搜索結果共享機制
? 樹形區檢索：提供樹形區快速檢索功能，在樹形區上方輸入框輸入關鍵字，按回車鍵，會自動定位到包含該關鍵字的節點。
樹形區檢索
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和以太網總線。4G、WiFi 、數據鏈通信網絡。及DDS虛擬總線，同時支持在物理架構設計過程引用總線庫的總線數據進行總線設計。
ICDSys在端口庫中提供了對應總線庫的不同協議的總線端口、離散量/模擬量的非標端口、人機交互端口及其它端口等，同時支持在物理架構設計過程引用端口庫的端口數據進行端口設計。
ICDSys在消息庫中提供了不同協議消息的創建、編輯、查看和刪除功能。同時支持在設備接口圖中使用消息庫中消息進行快速設計。
ICDSys在信號庫中提供信號及信號參數的創建、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行快速設計。
8.文檔生成
接口數據設計完成后，ICDSys軟件支持將接口數據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務標簽，并建立業務標簽與模型數據的關聯關系，實現模板的設計和完善功能，進而實現對模板管理的相關操作。
ICDSys接口數據文檔生成
9.數據導出及導入
接口數據設計完成后，ICDSys可導出XML格式標準文件和ICD工程文件。同時支持導出的XML文件導入，實現型號復用。ICDSys支持導出特定格式的XML文件，實現接口數據在后期仿真測試階段的應用，減少重復性勞動。
ICDSys數據的導出與導入
10.版本管理
ICDSys支持版本管理，通過提供版本設置、版本歷史查看、版本比較和版本恢復等功能實現版本的管理。
11.協同設計
ICDSys支持多人在線同時進行編輯，且提供以下協同機制：
1）當多人打開同一型號的同一節點時，最先打開的獲取編輯權，關閉釋放編輯權。
2）在鎖定編輯權期間，其他客戶端只能以只讀權打開。
3）權限類別只在打開時判定，且持續到關閉重新打開前不做更改。
4）編輯權即對數據可進行增刪改查等操作，只讀權只可查看和瀏覽數據。
（四）、功能和技術指標優勢
指標1：支持接口數據的設計和管理，相關描述：
基于“樹+圖+表”+“模型庫”的設計方式管理系統架構及接口數據，其中接口數據包括了信號接口數據、邏輯交互數據及接線接口數據。
指標2：支持數據的導入導出，相關描述：
支持接口數據導出xml、Excel等多種類型的文件、支持接口數據導出文檔功能、支持導出的接口數據導入，形成新的工程數據。
指標3：支持第三方工具的數據接口，相關描述：
集成常用的DOORS、Rhapsody、Modelook、Matlab、IDE、WORD等工具。
三、技術方案說明
（一）、工業APP架構
ICDSys功能架構如下圖所示。包括工具接口、系統接口數據設計、數據查看和校驗、數據關系及分析、用戶和數據管理、數據導出等六大部分。其中ICDSys的核心功能是系統接口數據設計和管理，包括物理架構設計、信號接口設計、邏輯交互設計、接線接口設計、數據校驗、文檔生成、適配仿真測試環境等。
ICDSys工具支持多種通信協議類型，包括 1553B、AFDX、ARINC429、ARINC717、CAN、FC、Flexray、I2C、RS422、RS485、TTE和以太網總線。4G、WiFi 和數據鏈通信網絡。同時支持以數據為中心的DDS網絡設計方式。同時支持非總線協議類型，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。
（二）、工業APP關鍵技術
1.“樹+圖+表”設計技術
支持圖形化設計，為用戶提供簡潔快速的設計操作方式，提高設計效率。支持樹形區管理數據，為用戶提供直觀的數據展示。支持表格設計和管理數據，為用戶提供不同類型數據的不同表格展示。
2.模型庫設計技術
通過模型庫進行接口數據的設計，實現接口數據的快速設計，同時協助企業將積累的設計數據模型化，從而積累核心設計資產。
3.文檔生成技術
通過提供文檔模板編輯功能，根據定義的文檔模板和選擇的模型數據結合生成Word文檔。
四、應用情況描述
（一）、應用場景描述
對于復雜產品電子系統來說，ICDSys用來定義系統的物理架構，并通過表單詳細定義物理架構中設備間的接口數據。其使用場景例系統部門定義系統的物理架構，軟件部定義總線通信接口數據、電氣設計人員完成電氣接口設計、機械設計人員完成機械接口設計、接線部完成接線接口設計。不同部門設計完成后，均可通過文檔生成功能生成文檔。同時導出下游工具適用的接口文件。
其應用領域也很廣泛，ICDSys可被應用于航空、車輛、衛星、船舶等多個領域的復雜工程電子系統中。目前ICDSys的用戶主要涵蓋航空、車輛、船舶等各領域電子系統的總體部、軟件部等電子接口數據設計部門。
（二）商業化情況
在某航空研究所的接口數據設計管理項目，ICDSys主要承擔接口設計和管理功能。本項目通過解析上游架構數據及接口數據，導入ICDSys工具，實現上游架構數據和接口數據的繼承。繼承數據后，通過定義設備內部模塊及軟件應用架構數據，同時使用模型庫消息數據定義軟件應用接口數據，實現ICD接口數據的設計和管理。而當消息數據發生變更時，修改模型庫消息，可變更使用模型庫創建的所有消息數據，保證了數據的統一性和正確性。
某中航工業所ICDSys工具的應用
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