随流集成：系统集成的复杂性与挑战

按照系统工程定义，系统集成是将一组系统元素合成为一个满足系统要求、架构和设计的实现系统（产品或服务），重点是将低层次系统元素集成到高层次的系统元素中。系统集成开始于系统概念开发阶段，是系统成功和有效集成的基础，如有不当，会对系统集成和验证的成本与进度造成严重影响。

系统集成主要包括系统功能集成、系统物理集成与专业工程活动集成等高层次的工作。

1.系统功能集成

系统功能集成是开发阶段的第一项工作之一，主要工作是对系统功能架构、相关的功能需求和辅助分析工具进行功能分析。通过以下方式确保功能集成：

1）系统功能分析和性能建模

系统功能分析和性能建模包含以下内容：

（1）包括功能层次结构、功能和功能接口标识间关系的功能体系架构。

（2）相关的功能性能和接口需求。

（3）开发系统模型、仿真和分析工具，以支持开发和分配实际的功能需求。

2）性能和接口需求的分配

性能和接口需求的分配是将功能架构分配给物理架构中系统元素。

功能集成工作在此之后以更低的强度继续进行，主要包含对上述功能集成制品的维护。功能接口定义在功能分析流程中也很重要。

2.系统物理集成

系统物理集成伴随着系统的概念开发开始，在系统架构开发的系统设计和综合匹配中，实现了基于虚拟样机的物理集成，并将初始物理架构分解、分配到相关功能元素，并随着系统元素的详细设计不断完善，随着系统元素的采购与制造，物理样机逐步变成真实产品。(www.zuozong.com)

在设计和综合匹配的物理集成中，物理接口定义与分配的接口是物理集成中至关重要的部分。

物理集成主要包括机械集成、电气集成和信息集成等内容，集成方法有全局集成、随流集成、渐进式集成、子集集成、自顶向下集成、自底向上集成、准则驱动集成、耦合矩阵重组等策略和方法。

全局集成也被称为“大爆炸式集成”，所有交付的现成系统元素仅在一个步骤中装配。这种技术简单且不需要模拟当时不可用的系统元素，但是难以检测和定位故障，接口故障很晚才能检测到。应该在具有较少的交互活动和较少的系统元素且没有技术风险的简单系统中采用该方式。

随流集成是指随着系统元素的交付过程来组装集成，这种技术允许快速地开始集成，实现起来非常复杂，因为需要模拟尚不可用的系统元素，不可能控制端到端“功能链”，所以全局测试计划推迟到很晚。应该在没有技术风险且非常清楚的受控系统集成时采用该方式。

渐进式集成是指按照预先定义的顺序，将一个或极少数的系统元素添加到已经集成可增加的系统中。这种方式允许故障的快速定位，即新的故障通常在最近集成的系统元件中定位，或者取决于错误的接口。它要求对不存在的系统元素使用仿真器和许多测试用例，即每个系统元素需要添加新的配置测试和回归测试。这种方式适用于任何类型的架构。

子集集成是指系统元素由子集（子集是一个集成）组装，然后将子集组装在一起，可以称为“功能链集成”。这种方式由于子集的并行集成而节省时间，部分产品的交付是可能的。与渐进式集成相比，它需要更少的手段（使能项）和更少的测试用例。子集需要在架构定义时定义，对应于架构中定义的子系统/系统。

自顶向下集成是指系统元素或部件按其激活或效用发生的顺序来集成。目的是在项目前期检测系统骨架模型的可用性、架构可能存在的错误。集成工作包括定义接近真实的测试用例或可重用的测试数据库。集成难度在于定义分支元素（最低级别）的测试用例。这种方式主要用于集成化软件系统，从较高层次的系统元素开始，增加较低级别的系统元素，直到纳入所有分支元素为止。

自底向上集成是指系统元素或部件按其激活或效用发生的相反顺序进行集成。测试用例的定义简单，故障可早期探测定位（通常定位在枝叶级系统元素中），模拟器使用数量减少，部件可以是子系统。但每一步都需要重新定义测试用例，驱动器难以定义和实现，较低层级的系统元素被“过度检测”，这种方式不允许快速检测架构错误，它适用于密集型软件系统和任何类型的硬件系统。

准则驱动集成是指依据选择准则（如可靠性、复杂性、技术创新）集成，最关键的系统元素首先被集成，准则通常与风险有关。这种方式可以早期测试和集成化关键系统元素，尽早验证架构和设计选择的可行性。但是测试用例和测试数据集难以定义。

耦合矩阵重组是指通过耦合矩阵重组方式定义和优化集成策略，以便将系统元素分组集成并最小化各集成之间验证接口的数量。当各集成间进行交互活动验证时，矩阵有助于故障检测。如果通过添加系统元素集成检测到问题，故障则可能与系统元素、集成体或接口有关。如果故障与总成相关，则它可与任何系统元素或总成内部系统元素之间的任何接口相关。

3.专业工程活动集成

专业工程活动集成是指可靠性、可维护性、可测试性、安全性、保障性、人机环工程、电磁兼容性（EMC）等专业化的集成活动，系统工程将其列入系统集成范畴统筹。