[发明专利]一种用于工程复杂系统的架构模型复杂性量化分析方法

说明书

本申请属于基于模型系统工程应用与实践领域，为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，而后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。

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_x表示，m代表架构模型M_x中连接关系的数量；

选取一个需要评估的架构模型M_x转化为图形式，图用G表示，计算图G中的顶点数量n，n代表架构模型M_x中子模块的数量；

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_i，然后将n个顶点的复杂度C_i求和得到模块的复杂度C_sum，即

计算矩阵A中每个连接关系的复杂度L_j，然后将m个连接的复杂度L_j求和得到模块间连接的复杂度L_connect，即

计算矩阵A的矩阵能量T_E，而后确定拓扑的复杂度T_topology＝＝T_E/n；