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系统工程V模型(Ⅱ)

 虎牙变大猫 2018-01-12

在上一节内容中,我们讲到了系统工程过程模型的发展与演变,给大家展示了系统工程从椭圆模型-瀑布模型-V模型-V模型-螺旋模型-MBSE的演变过程。本节内容,我们将重点展开双V模型的详细过程。

1978Kevin Forsberg and Harold Mooz提出V模型后,经过不断地进行改进,考虑系统架构和系统元素实体的并行开发,在1991年,Kevin Forsberg and Harold MoozNCOSE第一届年会上发表的“The Relationship of System Engineering to the Project Cycle”论文中提出系统工程双V模型,双V模型增加了一个维度,以一种立体的视角看待系统开发过程。双V模型强调并发机会与风险管理;重视用户在开发过程中的持续验证;强调集成、验证与确认规划,通过验证解决问题。


V模型包括架构V和实体V,架构V模型关注系统架构的开发成熟,实体V模型关注组成架构的实体元素的开发实现。由于系统的复杂性,架构V模型的厚度向下逐渐增加,即每一分解级别(系统层次)上的实体数量不断增加。架构V模型的每个实体都有一个相应的实体V模型负责该实体的开发和实现。

在系统开发过程,架构及实体并行开发时多方面决策以确保架构基线和实体基线的正确性和逐步演进的建模要求;提供了架构与实体并行开发条件下的机会和风险管理、集成、验证和确认计划、及异常处理。因此,双V模型所描述的系统工程过程如上图黑色箭头所示,其中,黑色实线箭头代表实体V模型的开发过程,黑色虚线箭头表明了实体V模型与架构V模型的交互。

下面我们将对这一开发与交互过程进行描述。

1)系统层级的设计

系统层级的设计从架构V模型的左上角开始系统层面的方案开发活动,在双V模型就是系统级实体V模型左侧黑色实线箭头的内容,包括以下四个步骤的定义和基线化:

  • 涉众需求和系统需求

  • 系统功能

  • 系统架构

  • 系统层面的设计指导规范

系统层级实体V的开发活动到此不能继续向前,需要同架构模型进行交互,必须等下一分解级别的实体设计完成。因此我们看到,在双V模型中,开始黑色虚线箭头的交互过程。进入到子系统层级的实体开发活动中。

2)子系统层级设计

在系统级实体V模型过程对需求、功能、架构和设计指导规范进行定义,通过实体V与架构V模型的交互,使得需求从系统级别流向子系统级别,开始子系统级别的需求、功能、架构和设计指导规范的开发。

从系统到子系统被分解成多个子系统,子系统之间必须协同开发,保证接口和设计指导规范的兼容性和一致性,同时便于后面的集成和验证。在子系统层级设计过程中,由上至下的决策关口用于管理不断演变的架构基线。

同样道理,子系统层级实体V的开发活动到此不能继续向前,需要同架构模型进行交互,等下一分解级别的实体设计完成。开始黑色虚线箭头的交互过程。一直往下递归直到进入到最低构型项层级的实体开发活动。

3)LCI层级的设计

子系统级别的设计指导规范完成后,转移到下一分解级别——最低配置项级别的开发。

设计指导决策关口的顺序从系统级别直至LCI,以保证需求可以正确地由上至下传递。

4)LCI层级的开发

对所有最低配置项的建造或编码指导文档同时编制,商业外购成品或半成品除外,但需要综合的技术管理以保证所有LCI外部和内部接口兼容性。

完成包括验证步骤草稿的建造和编码指导文档后,进入建造指导决策关口的评审,以证明LCI建造、编码、集成、验证的可行性,然后对其基线管理。

LCI层级的开发完成后,LCI层级的实体V模型同架构V模型进行交互,开始双V模型中有LCI向子系统以及子系统向系统的黑色虚线箭头的交互过程,往上开始进入子系统/系统层级的开发。

5)子系统/系统层级开发

LCI建造指导文档基线完成后,进行子系统和系统级别的建造文档基线。

对系统级别的建造文档基线进行决策评估时,要有证据保证:若每一实体都按设计文档建造,则整个系统将一定实现对其最初的期望。

子系统/系统开发完成后,又有一个交互过程,在双V模型中,由系统层级到LCI层级的黑色虚线箭头的交互,进入LCIs的实现、集成与验证。

6)LCI层级实现、集成与验证

LCI级别的实现、集成、验证、确认。对于商业外购成品或半成品不用制造,但须在模型的适当级别进行验证确认。

7)子系统层级集成验证

最低级别配置项通过验证后,即可物理集成到相邻的上一级别。

有时,用来集成的硬件和软件也须建造或开发,如用来完成两个商业软件的接口集成软件、用来连接两个硬件配置项的电缆线。

8)系统级集成验证

集成和确认的决策关口顺序和系统建造过程一致,都是由下往上

最后,当子系统被验证实现了规范的要求后,进行整个系统的集成,然后是整个系统的验证和确认。

不论椭圆模型、瀑布模型、螺旋模型、V模型或者双V模型,都主要是对系统工程的技术过程的描述,在ISO/IEC 15288:2008系统生命周期过程模型中,我们知道有四个流程组,除了技术流程外,还有包括管理流程在内的其他三个流程组,因此,在2004年有人融合系统工程实体V模型和相关技术管理过程形成全面系统工程过程模型(CSEP),CSEP模型在2009年被美国国防部采纳为装备采办的标准系统工程过程模型。我们在之前所介绍的NASA系统工程引擎也是CSEP模型一种表现形式。

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