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2.1系统需求分析：2.2产品系统总体设计2.3产品系统接口设计2.4产品系统环境条件分析（二）面向系统总体的设计系统需求分析●电子设备机械结构的功能▲载体功能——功能性：机械结构是电子设备的载体，没有机械结构就没有电子设备的实体。它将构成产品的各功能要素（包括印制板组件、配电、电缆）通过机械结构集成为功能模块和整机。在“理想环境”下，可正常运行。▲防护功能——适应性：机械结构是电子产品的防护体，它可使设备的功能免受外界的影响和干扰，保证在规定环境下的正常运行。环境适应性设计是产品可靠性设计的主要组成部分。▲使用功能——可用性：体现设备的易用性可可服务性。提供了用户使用（察看、操作、维护）设备的人机界面。实现设备的物质功能。▲精神功能——美观性：机械结构体现产品的形象和外观艺术效果，使之具有艺术性（精神功能）。注：前两项主要是面向产品的自身品质；后两项主要是面向用户和市场。系统需求分析●系统需求与可行性分析▲目标分析：明确系统目标，弄清系统实质，对设计对象进行全面分析（系统的内部问题和相关的外部问题）。▲调查研究：——调查系统的历史、现状、动态，并预测系统发展趋势。——业界技术动态搜集和分析。——对现有类似系统进行比较分析，了解分析与相邻系统的关系统需求分析▲需求分析：搜集并综合用户的基本需求和各用户的多样化、个性化需求。并进行分析和分配。▲目标的可行性论证：分析制约条件，如关键技术的成熟程度、自身技术力量、物质条件、环境条件、资金、设计制造周期、市场前景等因素。可行性分析包括风险分析。●需求的确定和分配▲需求的特点——是对必需实现目标的规格说明。它描述了系统的特性或属性，是在开发过程中对系统的约束。需求强调做什么，而不是如何做。系统需求分析——对需求的要是：描述清晰、唯一性、完整性、一致性、可实现性、可验证（或可测试）性、可跟踪性。▲需求确定原则：一个好的需求应是：——必需的：如果不包括此需求，最坏的情况下会发生什么？——可验证的：对需求有确定的验证方法和验收标准。——可实现的：需求是技术上可行的，能适合预算、进度和其它因素（例如重量）的限制。——描述清晰的：每个需求应该只表达一个单纯的思想；需求不会被误解（无歧义性）；最好用简单语言描述。系统需求分析▲需求分配原则：把系统需求分配给子系统时，要求：——是可行的、可实现的，可测试的。——被清楚地、准确地描述。——是相互一致的。▲各子系统项目组成员对所分配的需求，应进行学习、理解和评审，标识出不适当、不完整和遗漏的需求。反馈给系统设计师，并进行协调。系统需求分析●需求的分类▲按需求的来源分类——用户（或运营商）需求：合同需求，包括对功能、性能和场景等的需求。——企业基线需求：包括环境、防护、EMC、可靠性；安全、环保；可制造性、可装配性、可服务性等。——法规、标准需求：包括各类国际、国家法规；国内外标准（尤其应注意安规、环保类标准）；企业技术平台。系统需求分析▲按需求的功能分类：可分为四类，前三类可统称为功能需求。——产品载体（结构）需求：面向产品功能，构成产品基本实体。——产品防护需求：面向环境适应性，包括环境防护、热管理、EMC等。——可用性需求：面向用户使用，包括可服务性（工程安装、维修性）；运行监控；安全、环保；标识和造型等——经济性需求：面向企业经营，包括产品成本；DFMA；标准化（国内外标准、企业规范）模块化等。系统需求分析系统需求分析▲按需求的属性可分为两类：——功能结构性需求：是对产品构成的基本要求，体现为产品架构和结构件的组成。这里的结构件，不是指有具体形状和尺寸的零部件，而是指功能构件，例如，铰链、机架、门、盖板等。这些需求在总体设计需予以满足。——约束性需求：是对产品结构的约束条件，主要包括标准化需求，结构工艺性需求，经济性需求，外观需求等。常体现于结构件的结构要素（如通风孔，进出线开口等）和构件的组装匹配要素（如门的开启角度，门的缝隙等）。约束性需求在详细设计阶段输入。▲对电子设备结构的需求有两类：——来自产品的需求：产品功能需求；产品防护需求；用户特殊需求；使用性需求。——结构本身的衍生需求：结构模式和布局的需求；产品风格和形象的需求；新技术和新结构的应用；标准化的需求等。系统需求分析产品系统总体设计●系统总体设计的构成总体设计＝架构设计＋接口设计＋概要设计●架构的基本概念▲词源：架构一词源于建筑业，后扩展应用而成为一种较为普遍使用的概念。价格在不同领域有不同的用词和具体含意。▲软件领域：是对系统组织、构件接口、行为模式、协作关系等体系问题的决策总和。架构确定后，软件基本定型。▲系统工程中：指“体系结构”，用以描述构成系统的各组成单元间的逻辑关系。例如，系统的层次结构、平面结构、网络结构等。▲模块化设计中：——指模块化系统的宏模型。一简单的形式把握系统的整体，粗线条勾画出系统轮廓，以整体观念协调系统内外诸要素。——指模块化系统的设计规则：模块设计所必需遵守的明确规则，以保证这些模块能够构成一个协调、完整的系统。▲方法论中：是运用“模式思维”提出系统的最佳“构成模式”。产品系统总体设计●架构设计概要▲架构思维的实质：理清系统的骨架和脉络，使系统条理分明。▲架构设计师：不是一般意义上的设计工程师，是特指从事系统总体规划、勾画系统轮廓和制定“设计规则”的“系统设计师”。▲架构设计基本步骤：需求分析→功能分析→系统分解→架构确立。产品系统总体设计●需求向产品结构的转化▲需求分析——全部需求归类：将来自用户、企业基线和标准、法规的需求，经归并统一，分别按功能归类。——功能性需求分析。——经济性需求分析。——全部需求整理列表：作为概要设计和详细设计评审的依据。▲需求转化为产品结构的步骤——功能分析（需求→功能）：将功能按层次逐级展开，建立功能树。产品系统总体设计——产品架构设计（功能→架构）：将功能转化为功能构件（包括部件），确立产品的架构。——产品概要设计（[需求＋架构]→产品方案）：完成产品的总体设计，拿出能满足全部需求的产品概要设计方案书。——产品详细设计（需求→生产图纸）：完成设计文件。以能否满足全部需求（构造性需求和约束性需求）作为评价标准。●功能分析（需求→功能）产品系统总体设计▲功能分析步骤：——将各项功能需求（包括载体需求、防护需求、使用性需求）按产品结构特点逐级分解成要素。并将细分的需求列为“需求分解表”。——功能需求要素分类：将细分后的功能要素，分列为“构造性需求”和“约束下需求”。并且列为“需求分配表”，用以指导设计（架构设计，详细设计）。▲功能树：将涉及构造的功能逐层展开，展示系统构成的概貌。产品系统总体设计●产品架构设计（功能→架构）：功能向实体结构的转化。▲系统分解——根据需求、经验和技术趋势，提出初步结构描述和布局。——结构分解与功能分析应按层次同步进行，并相互呼应。例如，户外电子设备的突出问题是环境适应性，可基本定格为密闭机柜。——以结构分解为主：就电子产品而言，功能分析不能解决结构形式和布局问题，只有把功能融入相应构件，才能构成产品实体。产品系统总体设计▲功能转化为功能构件（包括部件）——考虑能实现功能的结构件模型，并一一与之对应。一个功能构件有可能实现多个功能。——功能向实体结构转化宜逐层依次进行，以使功能逐步融入预期的结构模式。▲功能构件的组合——零部件之间依赖（接口）关系分析：将功能关系密切的构件适当组合成部件。——将体积小的构件纳入体积较大的构件中。产品系统总体设计——零部件之间比较复杂的依赖或干涉关系（例如涉及通风散热、防尘、电磁兼容等），互有因果关系，可绘制关联图或关联表，以便在详细设计时进行精细设计和测试，在构件集成和布局中应优先考虑。▲确立产品的基本架构——将全部功能构件经集成和布局，形成由几个子系统和模块构成的产品架构。产品系统总体设计——基本架构可有几个架构方案，供评审、选用。●产品概要设计（需求→产品方案）▲任务：完成产品的总体设计，通过概要设计方案书提出满足全部需求的产品设计原则和要求。▲规定架构的构成和有关参数：例如，架构的结构划分、布局及其主要尺寸。产品系统总体设计▲规定产品的主要构件（模块）间的接口结构和参数；电气互联和配线结构和要求；产品与外部有关要素间的接口结构和参数。▲提出对产品的性能要求、有关参数和设计原则：包括机械结构的强度、刚度；电磁兼容性；环境适应性（热、三防、IP）；配电和线缆管理；性能测试和验证要求等。▲提出实现对产品的约束性需求的基本原则和设计要求：例如，外观要求；结构工艺性要求；人机工程要求；维护性要求；安全、环保要求；经济性要求等。产品系统总体设计●系统模型化：模型是系统方案的重要组成部分。▲模型化对象：——可以是产品总体，也可以是其中比较复杂的或新颖的部分。——对模块化产品系统，应提供模块系列、接口系列、产品族系列的模型。▲模型的表达方式：数字化图形模型，数学模型，模拟模型（可以是产品的局部），计算机仿真等。产品系统总体设计●模块化电子设备设计规则的确定▲模块“划分规则”——硬件模块：在产品族功能分解的基础上，据产品需要和模块化原则，把功能电路单元集成在标准的印制板上，形成具有特定功能的组件级通用模块，并进而确定模块系列和所组成的产品系列。作出模块和产品的系统层次图（树状图）。——结构模块：已由IEC60297等标准规定，即由插件、插箱、机柜模块组成的嵌套式层次结构，并给出了尺寸系列。结构模块化架构设计的第一项任务就是，对模块的尺寸规格进行优选和统一化，最大限度地减少规格。产品系统总体设计▲模块间“接口规则”：是企业模块化水平及效益的关键环节。——确定整机接口要素：明确规定整机与外部的接口要；整机内部各模块间的接口要素。——确定各模块接口要素的具体参数：包括接口模式，接口的功能参数和结构参数。——固化接口特征：对各模块间的接口作出详细的规定，以便使各模块相对独立（一个模块的改型不影响其它模块），为系统和模块的发展和创新提供充分的自由度。产品系统总体设计▲模块设计规则：规范模块的模式和接口及其参数，用以约束模块的品种和品质。各模块应明确规定构成系列的基型模块设计规则，及其变型规则。各模块系列的设计规则，应遵循“接口规则”。▲模块“评定规则”：用以保证系统集成的实现（符合“接口规则”）和验证系统的性能及质量。产品系统总体设计系统接口设计●接口（Interface）与接口系统▲接口：——系统各组成部分之间可传递功能的共享界面。——物质、能量、信息通过接口进行传递；模块通过接口组成系统。▲接口系统：系统中能有效地实现模块间功能传递所必须的一套独立于模块功能的接口要素。●接口的方式和接口功能▲接口的方式：见下图。——直接式接口：各模块本身带有的接口，能直接连接并传递功能。——间接式接口：两个模块间通过接口模块进行连接。这种接口模块可对信息或参数进行处理，使相连的模块能够匹配，它往往是一个功能部件、甚至是一种设备。具有承前启后的作用。系统接口设计▲接口方式图：上图为直接式接口下图为间接式接口系统接口设计模块A接口A模块A接口A模块B接口B模块B接口B接口模块接口接口▲接口的功能：物质、能量、信息的输入/输出功能；转换、调整功能。接口的转换、调整功能可分为四种。——零接口：不进行转换、调整，照原样把湿热连接到输出。如连轴器、电缆、插头插座等。——被动接口：只用接受部分进行转换、调整。如减速器、变压器、可变电阻器等。输入端往往是公用或标准接口。——能动接口：含有能动部分的接口。例如，电磁离合器，继电器，放大器，光耦合器，A/D/D/A变换器等。系统接口设计——智能接口：能适应变化情况改变接口条件。如可变程序控制器。▲机电产品接口接口类型——机械接口：机械各零部件间的连接界面，通过接口实现静态结合或动态结合（传递力、运动）。接口结构包括接口形式和接口尺寸及精度，除满足功能外，主要应具有互换和兼容性。机械接口还包括流体动力与机械本体的接口，如泵、控制阀。系统接口设计——电气接口：传递各种电气信息的界面，其功能除传递信息外，还要求被连的两个电路阻抗匹配。对于模块间无兼容性的接口，