PLM助力安全認證流程和需求追蹤體系

賈建榮，甘敦文

(中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所，北京100081)

專題研究

PLM助力安全認證流程和需求追蹤體系

賈建榮，甘敦文

(中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所，北京100081)

簡述安全認證與需求管理關系，強調需求管理是產(chǎn)品信息化管理中的重要環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了對企業(yè)產(chǎn)品安全認證過程從需求捕獲到最終產(chǎn)品的確認全過程。實現(xiàn)用戶需求、系統(tǒng)需求在PLM系統(tǒng)進行關聯(lián)、映射，以及需求分解、管理和跟蹤。

PLM;安全認證;需求;管理

我國已經(jīng)開始參與軌道交通行業(yè)國際標準的制定，從游戲參與者變成規(guī)則制定者，使我們現(xiàn)在完全有底氣和國際同行站在同一個平臺上競爭。隨著國家對軌道交通行業(yè)的重視及走出去的國家戰(zhàn)略，各公司大力開發(fā)海外業(yè)務，積極準備通過國際認證流程，開發(fā)支持符合國際標準要求的產(chǎn)品。隨著高速鐵路不斷發(fā)展，動車/機車車輛的復雜程度也越來越高，越來越多的控制單元具備與安全相關的功能;在機電一體化的使用過程中，軟件的使用也日益普遍，這就導致系統(tǒng)功能的不斷升級和提高也伴隨著更多的安全風險。為了降低由于安全問題而導致的事故，越來越多的公司開始重視零部件功能安全;同時產(chǎn)品運用部門對關鍵部件也提出了安全認證需求。一些公司已開始邀請國外認證機構對產(chǎn)品進行安全認證，但其認證流程復雜、認證過程很漫長，影響了產(chǎn)品推廣。

PLM是一種應用于企業(yè)內部、以及在產(chǎn)品研發(fā)領域具有協(xié)作關系之間的，支持產(chǎn)品全生命周期的信息的創(chuàng)建、管理、分發(fā)和應用的一系列應用解決方案，它能夠集成與產(chǎn)品相關的人力資源、流程、應用系統(tǒng)和信息。從而全面提升企業(yè)設計生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品生命周期管理的成本，增強企業(yè)的市場核心競爭力。

本文針對產(chǎn)品研制過程中的安全認證流程和需求追蹤體系在PLM應用進行了初步研究。

1 安全認證流程和需求追蹤體系對PLM需求

安全認證是指產(chǎn)品對一套功能安全技術標準體系符合度的認證。就鐵路行業(yè)國內外執(zhí)行EN 50126、EN 50129、EN 50128以及EN 50129標準等。為了保證產(chǎn)品在開發(fā)過程中符合上述標準，必須對開發(fā)流程嚴格控制，使之滿足安全認證開發(fā)流程(圖1)，和安全認證V模型迭代開發(fā)流程(圖2)。

從圖1、圖2兩流程可以看出:安全認證開發(fā)流程是對產(chǎn)品整個生命周期中階段性節(jié)點管控，安全認證V模型迭代流程是某一階段的具體任務實施過程的細化和驗證，由安全認證V模型迭代驅動安全認證開發(fā)流程。而V模型迭代流程核心是需求管理，如何對需求進行捕獲、確認、分解、跟蹤、驗證、確認是安全認證開發(fā)流程的關鍵，對需求的管控過程構建對需求追蹤體系。

需求是產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品組合項目管理信息源頭。需求管理(Requirement management)(圖3)是開發(fā)項目管理模式中的重要一環(huán)。它是將不同的需求組合起來，構成了一套完整的需求模型。在開發(fā)過程中，每部分需求都從項目開發(fā)流程中進行分配，并在產(chǎn)品開發(fā)中得到解決，最終滿足總體需求。對關鍵需求的疏忽很可能是災難性的。

傳統(tǒng)管理過程大多數(shù)市場需求以Word文檔的形式提供給產(chǎn)品設計部門，然后轉化成規(guī)格文檔的概念要求，再手工傳遞給研發(fā)團隊。這個過程存在以下問題:以文件方式的任務書下發(fā)后被存放起來、產(chǎn)品開發(fā)過程與需求脫節(jié)、整體需求跟蹤缺失，無法知曉需求滿足度是多少。如果采用這種傳統(tǒng)方式進行管理，無法滿足安全認證需求。

2 安全認證開發(fā)流程和需求追蹤體系在PLM應用分析

通過PLM系統(tǒng)平臺的流程管理和需求管理實現(xiàn)對企業(yè)產(chǎn)品安全認證過程從需求確認到最終產(chǎn)品的驗證，支持迭代系統(tǒng)工程產(chǎn)品開發(fā)業(yè)務流程，需求驅動系統(tǒng)開發(fā)各階段業(yè)務流程。

圖2 安全認證V模型迭代流程

圖3 需求是產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品組合管理的信息源頭

在PLM系統(tǒng)中，需求是以樹狀的條目化結構化形式進行管理，以便于清晰查看和進行邏輯分析(圖4)實現(xiàn):

(1)支持用戶需求、系統(tǒng)需求在PLM系統(tǒng)進行關聯(lián)、映射，以進行分解、管理和跟蹤;

(2)通過對需求統(tǒng)計和分析，檢查未分配的需求，進行需求覆蓋度和變更影響分析，以實現(xiàn)技術狀態(tài)的監(jiān)控，便于對項目狀況進行評估和優(yōu)化;

(3)對項目現(xiàn)有開發(fā)過程中的需求進行歸類，提取出產(chǎn)品平臺的共性需求，推動產(chǎn)品平臺和模塊庫的需求積累。

下面重點分析需求追蹤體系在開發(fā)過程中的運用。圖5為需求管理過程。

圖4 需求管理在PLM中結構

圖5 需求管理過程

2.1 設計開發(fā)階段需求捕獲

產(chǎn)品開發(fā)團隊能夠從客戶的技術需求文檔中提取需求并存入產(chǎn)品數(shù)據(jù)中 ;產(chǎn)品經(jīng)理能夠從原始的技術要求文檔中提取需求，并將需求條目化保存在PLM系統(tǒng)中，用于需求的維護和跟蹤，要避免數(shù)據(jù)的重復錄入。通過PLM系統(tǒng)需求捕獲實現(xiàn):

(1)數(shù)據(jù)錄入過程中，分解的需求結構對應于不同需求項的技術要求描述文檔;

(2)需求錄入數(shù)據(jù)可以是按照Microsoft Excel的便準要求格式;

(3)從Microsoft Word文檔中提取需求的章節(jié)、備注和相關需求信息;

(4)獲取文本、表格、圖象、圖形、外形、列表、3DXML等文件中象;

(5)自動提取需求描述中句子和段落中的關鍵詞;

(6)根據(jù)章節(jié)的標題自動形成需求的組成結構;

(7)定義需求的屬性;

(8)在提取過程中定義需求的類型、生命周期和屬性;

(9)分配需求的唯一標志ID。

例:在Word文檔中按照標準格式編制需求規(guī)格文檔，將需求為定義客戶需求、系統(tǒng)需求、功能需求等，并加以分配唯一標志(見圖6)如:D－SYS－SF－0020

圖6 需求規(guī)格文檔

在PLM系統(tǒng)里定義正則表達式提取以字符串"Requirement_ID"開頭的行，和以"Requirement_ID"后的字符串為"D－"開頭的連續(xù)字符串，以解析需求規(guī)格文檔(圖7):

需求解析

圖7 正則表達式編輯器及需求解析

PLM系統(tǒng)里通過上述解析，將需求規(guī)格文檔中的章節(jié)、需求、屬性、內容等信息全部提取出來(圖8)，與平臺、產(chǎn)品、結構、項目等結合。

2.2 定義系統(tǒng)和子系統(tǒng)需求規(guī)格

為系統(tǒng)和子系統(tǒng)定義準確的需求技術規(guī)格，讓產(chǎn)品開發(fā)環(huán)節(jié)上的參與者統(tǒng)一認識，做到:

(1)定義客戶需求并分解到系統(tǒng)和子系統(tǒng)，在詳細技術規(guī)格中描述;

(2)定義需求類型和生命周期策略;

(3)定義需求規(guī)格的結構:章節(jié)、備注和描述

①基于需求規(guī)格模板的應用;

②進行需求編輯;

③審核需求的結構層次關系;

(5)需求分類并定義需求之間的約束關系;

(6)需求的發(fā)布、凍結和版本修訂;

(7)需求的訂閱機制。

2.3 需求與開發(fā)項目管理相結合

產(chǎn)品開發(fā)團隊能夠在產(chǎn)品開發(fā)過程中管理需求和進行協(xié)同

(1)基于項目管理模板的決策支持;

對于已確定HIV感染的孕婦，主動提供預防艾滋病母嬰傳播咨詢與評估，由孕產(chǎn)婦及其家人在知情同意的基礎上做出終止妊娠或繼續(xù)妊娠的決定。

(2)根據(jù)需求的復雜程度進行結構分解，并定義成大小不同的開發(fā)子項目;

(3)項目數(shù)據(jù)的安全訪問控制;

(4)實時項目管理的執(zhí)行、協(xié)同和協(xié)調;

(5)管理跨部門和企業(yè)的協(xié)同團隊，緊密結合產(chǎn)品開發(fā)需求。

2.4 定義產(chǎn)品結構和分配需求

產(chǎn)品團隊按照產(chǎn)品線、平臺以及技術模塊進行需求的滿足性跟蹤(圖9)

(1)定義產(chǎn)品組合、產(chǎn)品線、平臺和產(chǎn)品版本;在PLM里定義產(chǎn)品功能模塊與需求的關系;

(2)分配需求到產(chǎn)品模型A①分配可選需求;

②需求滿足性承諾;

圖9 需求的滿足性跟蹤

(3)分配需求到產(chǎn)品版本;

(4)分配需求到產(chǎn)品功能模塊;

2.5 需求管理指導產(chǎn)品設計

產(chǎn)品團隊能夠準確地將客戶和技術需求轉化成產(chǎn)品質量保障和功能需求，并指導設計(見圖10)。

2.6 需求滿足追溯矩陣

產(chǎn)品團隊通過PLM系統(tǒng)容易從底層的需求和測試用例進行滿足性追溯

(1)從需求到需求，可以:

(2)需求到測試用例，包括:

圖10 需求分析與分配

①需求的符合性報告展示測試用例是否滿足需求(見圖11)

②不同的顏色Red/Green/Yellow展示測試用例驗證狀態(tài)。

2.7 需求與產(chǎn)品設計功能模塊之間的匹配性追溯

系統(tǒng)工程師確認不同層面的系統(tǒng)需求匹配到不同的產(chǎn)品功能模塊，可以做到:

(1)從選擇的產(chǎn)品配置生成需求滿足性報告;

(2)瀏覽功能模塊關聯(lián)的需求(見圖12);

圖11 需求的測試案例

圖12 需求與配置匹配

(3)需求與產(chǎn)品平臺結構關聯(lián)

(4)瀏覽需求與功能模塊的匹配性狀態(tài)red/green/ yellow(見圖13)。

2.8 根據(jù)開發(fā)項目進展情況，可時時生成跟蹤文檔

產(chǎn)品團隊直接從PLM系統(tǒng)產(chǎn)生需求規(guī)格描述技術文檔，系統(tǒng)工程師能夠輸出需求的整體規(guī)格描述和跟蹤狀態(tài)，提供給其他用戶審查(圖14)。

3 安全認證流程及需求管理的效益

通過對產(chǎn)品實施安全認證及需求管理，可最大程度降低產(chǎn)品危險因素，保障產(chǎn)品設計質量、提高產(chǎn)品安全性。同時收集客戶需求并進行篩選和理解，結合當前行業(yè)發(fā)展動態(tài)、競爭對手信息、客戶群信息、國家宏觀政策、渠道信息、市場信息和內部需求進行整理，通過分解和分析、過濾，提煉出符合企業(yè)發(fā)展規(guī)劃和用戶需要的需求，從而保證需求的準確性。通過PLM系統(tǒng)需求管理，公司從源頭提高設計效率，增加設計創(chuàng)新，量化的需求管理可以滿足全生命周期的追溯。

圖13 需求的滿足度展示

圖14 自動生成文檔

4 結束語

借助PLM系統(tǒng)進行安全認證流程和需求追蹤體系的管理，可把大量無規(guī)律、雜亂無章的各種需求文檔充分條目化，并使所有需求條目與系統(tǒng)功能關聯(lián)映射。實現(xiàn)需求全追溯;實現(xiàn)需求驅動產(chǎn)品開發(fā)各流程;實現(xiàn)需求覆蓋率等參數(shù)全部可量化，從而滿足安全認證的要求。

［1］ 朱戰(zhàn)備.產(chǎn)品生命周期管理－－PLM的理論與實務［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

［2］ 高柏.高鐵與中國21世紀大戰(zhàn)略［M］.北京:社會科學文獻出版社，2012.

［3］ 烏爾里?！ど吕?工業(yè)4.0［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2014.

PLM Contributing to Safety Certification Process and Requirements Traceability System

JIA Jianrong，GAN Dunwen
(Locomotive＆Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

This paper briefly describes the relationship between safety certification and requirements management，emphasizes that requirements management is the important part of product information management，and realizes the overall process of product safety certification from requirements confirmation to final product validation.This paper also realizes the association and mapping of the user requirements and system requirements in PLM system，as well as the requirement decomposition，management and tracking.

PLM;safety certification;requirements;management

TH166

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.02.06

1008－7842(2015)02－0023－06

2—)女，高級工程師(

2015－02－09)