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從需求到代碼:醫療器械軟件概要、架構、詳細設計有何區別?
引言
在醫療器械軟件開發中,概要設計、軟件架構設計和詳細設計是三個不同階段的關鍵工作,把軟件開發比作造房子,這三個關鍵工作就像從 “畫戶型圖” 到 “搭框架” 再到 “砌墻鋪磚” 的全過程,既能體現邏輯遞進,也能直觀展現各自的重點。
它們在目標、內容和側重點上存在明顯區別,同時需結合醫療器械行業的合規性、安全性等特殊要求。以下是具體區分:
PART.1概要設計
一、醫療器械軟件概要設計(總體設計):畫戶型圖(確定房子的功能布局)
類比場景
就像業主和設計師溝通后,先畫一張 “戶型圖”:
-確定房子有幾個房間(客廳、臥室、廚房、衛生間),每個房間的功能是什么(比如廚房用來做飯,臥室用來睡覺)。
-標注房間之間的門和窗戶位置(相當于模塊間的接口),比如廚房和餐廳之間要有門,臥室需要窗戶通風。
-不關心墻用什么材料砌、地板用什么瓷磚,只關心 “房間怎么分”“功能怎么分配”。
概要設計是 “功能藍圖”,解決 “房子有什么”
1. 定義與目標
· 定位:基于需求分析結果,確定軟件系統的整體結構和模塊劃分,明確各模塊的功能及交互關系。
· 核心目標:將用戶需求轉化為可實現的系統框架,為后續設計提供宏觀指導。
2. 重點內容
· 模塊劃分:按功能或業務邏輯將系統分解為獨立模塊(如數據采集模塊、圖像處理模塊、用戶界面模塊等),明確每個模塊的職責。
· 接口定義:定義模塊間的交互接口(如函數接口、數據傳輸格式),確保模塊間的松耦合性。
· 數據結構初步設計:確定系統核心數據的組織方式(如數據庫表結構、關鍵數據對象),但不涉及具體實現細節。
· 醫療器械特殊考慮:
· 結合法規(如 FDA、ISO 13485)劃分合規相關模塊(如風險管理模塊、審計追蹤模塊)。
· 對安全關鍵模塊(如生命支持類軟件的控制模塊)進行初步標識和隔離設計。
3. 輸出成果
· 《軟件概要設計說明書》:包含模塊結構圖、接口規范、數據結構說明、模塊功能分配表等。
· 可追溯性:確保模塊劃分與需求文檔中的功能點一一對應,便于后續驗證。
PART.2架構設計
二、醫療器械軟件架構設計:搭框架(確定房子的結構和基礎設施)
類比場景
戶型圖確定后,開始考慮 “房子怎么搭起來”:
· 選擇結構類型:是磚混結構、鋼結構還是框架結構?(類似軟件選擇分層架構、微服務架構)。
· 設計承重結構:哪些墻是承重墻(類似軟件中的安全關鍵模塊,如生命支持功能),必須用鋼筋混凝土加固;哪些是隔斷墻(非關鍵模塊),可以用輕體磚。
· 規劃基礎設施:水電管線怎么走(類似軟件的數據流向和通信協議),比如廚房的水管要連到衛生間,電線要從配電箱分到各個房間。
考慮安全性:比如裝防火材料、抗震設計(類似軟件的安全架構,如數據加密、冗余備份)。
架構設計是 “結構藍圖”,解決 “房子怎么撐起來”
1. 定義與目標
· 定位:從技術層面構建系統的高層次框架,關注組件間的交互模式、技術選型和非功能需求(如安全性、可靠性、實時性)的實現。
· 核心目標:確保系統架構滿足醫療器械的特殊要求(如安全性、可驗證性),并為大規模開發提供技術基準。
2. 重點內容
· 技術架構選型:
· 確定系統架構模式(如分層架構、微服務架構、事件驅動架構)。
· 選擇技術棧(如操作系統、編程語言、數據庫、中間件),需考慮醫療器械軟件的兼容性和驗證可行性(如使用經過認證的開發工具鏈)。
· 組件交互與通信:
· 定義組件間的通信協議(如 HTTP、消息隊列)、數據流向和同步 / 異步機制。
· 對安全關鍵組件(如涉及患者數據處理的模塊)設計隔離機制(如硬件隔離、進程隔離)。
· 非功能需求實現:
· 安全性:設計數據加密、用戶權限控制、防篡改機制(符合醫療器械數據安全法規,如 GDPR、《醫療器械網絡安全注冊技術審查指導原則》)。
· 可靠性:針對醫療設備的連續性要求,設計冗余架構、故障檢測與恢復機制。
· 實時性:對實時響應要求高的場景(如監護儀),選擇實時操作系統(RTOS)并設計任務調度策略。
· 醫療器械特殊考慮:
· 融入風險管理(ISO 14971):在架構層面識別風險點(如單點故障),并設計對應的緩解措施(如冗余架構)。
· 合規性架構設計:例如,為滿足 FDA 的上市前審批(PMA)或 510 (k) 要求,架構需支持可追溯性和可驗證性(如日志系統、版本控制機制)。
3. 輸出成果
· 《軟件架構設計文檔》:包含架構視圖(如邏輯視圖、物理視圖、部署視圖)、組件關系圖、技術選型說明、非功能需求實現方案。
· 架構原型或模型:可能通過 UML 架構圖、框架代碼示例等方式呈現。
PART.3詳細設計
三、醫療器械軟件詳細設計:砌墻鋪磚(細化每個房間的施工細節)
類比場景
框架搭好后,開始細化每個房間的施工:
· 廚房:確定瓷磚尺寸、櫥柜材質、水槽位置、插座數量(甚至每個插座的電壓和位置,如冰箱插座離地 1.5 米)。
· 衛生間:設計地漏坡度、水管接口規格(如 PVC 管還是銅管)、防水涂層的厚度(類似軟件的邊界檢查和錯誤處理)。
· 施工圖紙:每面墻的磚塊排列方式、螺絲的型號、電線的截面積,都要詳細標注(類似軟件的代碼邏輯和數據結構)。
詳細設計是 “施工藍圖”,解決 “每一塊磚怎么砌”。
1. 定義與目標
· 定位:在概要設計和架構設計的基礎上,細化每個模塊的實現細節,明確代碼層面的設計方案。
· 核心目標:為開發人員提供具體的 “施工圖紙”,確保設計可直接轉化為代碼,同時滿足醫療器械的驗證和確認(V&V)要求。
2. 重點內容
· 模塊內部設計:
· 算法設計:對關鍵功能(如醫學圖像重建算法、生理參數計算模型)明確具體算法步驟和數學模型,需驗證算法的準確性和穩定性。
· 數據結構細化:定義類、結構體、變量的具體類型和存儲方式(如醫療器械中常見的定點數運算優化,確保精度符合臨床要求)。
· 控制流程:通過流程圖、狀態機圖描述模塊內部的邏輯流程(如設備初始化流程、異常處理流程)。
· 接口詳細定義:
· 明確函數參數、返回值、錯誤碼定義,甚至包括接口的時序要求(如醫療設備通信協議的實時性約束)。
· 醫療器械特殊考慮:
· 可驗證性設計:每個功能模塊的設計需便于后續測試(如單元測試、集成測試),例如拆分獨立的測試接口。
· 安全性細節:對安全關鍵模塊(如劑量計算模塊),詳細設計邊界檢查、溢出保護、冗余校驗機制(如 CRC 校驗、雙精度計算驗證)。
· 文檔可追溯性:確保詳細設計中的每個功能點可追溯到概要設計的模塊定義,以及需求文檔中的具體條款。
3. 輸出成果
· 《軟件詳細設計說明書》:包含類圖、流程圖、狀態圖、算法說明、數據結構定義、接口詳細規格。
詳細設計原型:可能包括關鍵模塊的偽代碼、示例代碼片段,或硬件接口的電氣特性說明(如醫療器械硬件交互的 GPIO 配置)
PART.4核心區別對比
四、三者的核心區別對比
維度 概要設計 架構設計 詳細設計
關注層面 系統功能模塊劃分 技術框架與組件交互 模塊內部實現細節
核心目標 功能分解與接口定義 技術選型與非功能需求實現 代碼層面的可實現性
醫療器械特性 合規模塊劃分、安全模塊標識 風險架構緩解、實時性/安全性架構 安全算法細節、可驗證性設計
輸出成果 模塊結構圖、接口規范 架構視圖、技術方案 類圖、流程圖、算法文檔
與需求的關系 直接對應功能需求 支撐非功能需求(如安全、可靠) 細化功能與非功能需求的實現
本文由廣州佳譽醫療器械有限公司/佛山浩揚醫療器械有限公司聯合編輯