初步设计新模式
Whitepaper
Glenn V. Reis
Director Aerospace and Defense
PACE America Inc
Version 1.0，February 2010
目录
摘要 (3)
第一章介绍 (4)
2.1问题1：渐进式保守的设计模式 (5)
2.2问题2：工程软件和文化分散、多元化 (6)
2.3问题汇总和结论 (7)
第三章PACE针对系统架构设计的解决方案 (8)
第四章新系统架构设计工序 (11)
4.1设计工序概述 (11)
4.2.1飞机定义和定型 (12)
4.2.2辅助几何空间定义 (14)
4.2.3初始架构的生成 (15)
4.2.4系统定型 (17)
4.2.5确定评估准则 (18)
第五章总结 (20)
第六章展望 (21)
摘要
随着工程复杂性的增加，传统的飞机设计方法已经不能对飞机上系统开发进行有效的管理，系统内部和系统间的依赖性以及新产品的引入等，使上述问题日益复杂。 在本文中，我们提出了一个基于知识工程（KBE）的软件解决方案，来解决复杂产品开发环境面临的主要挑战；这种系统架构设计和分析的新模式，将大幅缩短设计时间并降低成本，以快速适应民用和军用航空市场。同时，本文中讨论的设计理念和策略同样适用于其它行业如汽车、交通运输、石油化工和能源。
PACE 方法的核心是面向对象的数据模型，该模型包含了复杂的多学科关系，并具有在飞机层面上进行分系统研究的能力。
第一章介绍
一直以来，在商用和军用飞机设计过程中，普遍存在一个问题：在初步设计阶段，没有有效地考虑功能子系统对整个飞机设计的影响。同样的情况也发生在传统的汽车制造业。
当今的商业飞机需要满足越来越多的乘客需求（如机上娱乐和舒适度），这就需要更加先进的电子设备、热传导率更低的材料或复合材料、更有效的电力供应和热耗散（见图1）。
军用飞行器，如无人机、直升机、战斗机、巡逻机和新型侦察机，往往需要具备执行多任务的能力，所以也面临相似的挑战。在军用飞行器中，载荷系统将会变的更加复杂，进而产生了对能源/热管理和推力系统管理的新要求和挑战。面对迅速增长的电力需求和更严格的体积限制，在初步设计阶段就把这些需求考虑进去是解决该问题的关键。如果能在早期设计阶段对新系统进行一个快速评估，将大大降低一个公司重大战略决策的风险。
Figure 1：Aircraft power level increase with time
(Source：Lester Faleiro，Interavia Business & Technology，April 2002)
第二章问题聚焦
全球制造商和供应商所提供的传统系统架构设计方法和工具，在航空航天和汽车行业应用数十年，普遍存在两个问题：
1.渐进累加、相对保守的设计模式，往往在初步设计阶段缺乏大局观。
2.各个分包商和设计科室各自为战，使用的软件工具分散、多元化。
2.1问题1：渐进式保守的设计模式
今天的发展过程中通常遵循的20世纪60年代建立的V-模型（符合MIL - STD499A），。它的特点是自上而下的对系统进行设计（分解），自下而上的对系统进行集成。
Figure 2：Systems engineering process as employed today
(Adapted from P. Eremenko，DARPA/TTO)
V-模型可以成功的定义流程中较为固化和有形的阶段，但无法考量系统架构设计过程中涉及到的复杂性问题。
最经常遇到的问题包括：
系统分解为子系统的过程太过随意，往往依据工程领域来进行划分，随后的详细设计阶段也采取同样的
划分模式。
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