基于4754A的民用飛機EWIS需求管理初探

劉洋 李鵬昌

摘要：現(xiàn)代民用飛機的競爭很大一部分集中在飛機研發(fā)能力水平的較量。SAE ARP4754A規(guī)定的飛機研發(fā)流程是被FAA及EASA承認并推薦的標準流程，其中的需求管理更是整個研發(fā)流程的核心。2007年FAA在新頒布的適航條款中增加了EWIS部分，要求飛機設(shè)計人員加強對EWIS設(shè)計的重視。因此，建立EWIS需求管理流程也是所有新型民用飛機設(shè)計的迫切需要。本文通過某型號項目中EWIS需求管理具體實施為例，介紹了EWIS需求管理流程，主要包括需求的捕獲和生成、需求的確認、需求的驗證和需求的變更等內(nèi)容，實現(xiàn)了基于需求的EWIS研制過程。

關(guān)鍵詞：需求；EWIS；民用飛機；

中圖分類號： S252 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）6 （b）-0000-00

1 引言

現(xiàn)代民用飛機的競爭很大一部分集中在飛機研發(fā)能力水平的較量，想要提高民機的研發(fā)能力，必須加強研發(fā)管理能力和系統(tǒng)集成能力。SAE ARP4754A規(guī)定的飛機研發(fā)流程是被FAA及EASA承認并推薦的標準流程，其中的需求管理更是整個研發(fā)流程的核心。因此，借鑒國外的經(jīng)驗，結(jié)合自己的實踐，建立一套完整的飛機需求管理體系是每個意圖提高民機研發(fā)能力的飛機設(shè)計部門的迫切需要。

2007 年底FAA發(fā)出的FAR 第25-123 號修正案“用于飛機系統(tǒng)/燃油箱安全性的強化適航程序”，首次正式提出了電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)（EWIS）的概念，且增加了EWIS適航條款，從此新型飛機的研制必須把EWIS等同于其他功能系統(tǒng)，單獨作為一個系統(tǒng)來設(shè)計和適航審定。適航需求是主要設(shè)計輸入，必須在飛機整個研制階段嚴格貫徹，且應(yīng)提供適航需求傳遞，演變和變更的可追溯性，以及完整的設(shè)計過程證據(jù)文件。如果整個過程沒有很好地記錄下來，會嚴重影響設(shè)計取證工作。因此建立飛機EWIS需求管理體系是適航審定的要求。

2 EWIS需求管理流程

2.1概述

EWIS需求管理的目的是按照SAE ARP 4754A[1]要求，在飛機中實現(xiàn)基于需求的研制過程，將傳遞的需求作為飛機研制的依據(jù)，圍繞著需求的捕獲、分析、確認、驗證和變更等工作，開展相關(guān)的研制工作，圖1為SAE ARP 4754A建議的確認與驗證通用流程。

圖1 SAE ARP 4754A確認與驗證通用流程

2.2需求的捕獲和生成

EWIS 需求的來源主要包括以下幾種：

1） 來自上層的需求即飛機級需求，飛機級需求自上而下向系統(tǒng)分解為系統(tǒng)級需求，系統(tǒng)級需求向下分配為EWIS元器件、組件級需求，進而指導和開展EWIS元器、組件設(shè)計。典型的與EWIS相關(guān)的飛機級需求為：“飛機應(yīng)具有提供和管理能量（包括液壓和電能）的能力”，以及“飛機應(yīng)具有為設(shè)備之間提供通訊的能力”。EWIS需求工程師應(yīng)在飛機總體專業(yè)發(fā)布的文件中捕獲與EWIS相關(guān)的需求。

2） 來自公共專業(yè)領(lǐng)域的需求，包括適航需求、安全性需求、可靠性需求、維修性需求、電磁防護需求等。其中，適航要求是確保飛機安全飛行的最基本要求。與EWIS 相關(guān)的適航要求為FAR/CCAR-25R4 H分部 電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)的內(nèi)容[2]。

3） 其他系統(tǒng)對于EWIS的需求。包括系統(tǒng)布線隔離、電纜線型、屏蔽、端接和接地特殊要求。

4）EWIS自身專業(yè)的需求，包括EWIS行業(yè)標準、咨詢通告等。

EWIS需求工程師根據(jù)以上內(nèi)容捕獲EWIS需求，在概念設(shè)計階段（CDP）形成初步的EWIS需求矩陣，并逐步落實到EWIS頂層設(shè)計規(guī)范和頂層設(shè)計方案中，從而指導EWIS的具體設(shè)計。

2.3 EWIS需求的確認

EWIS需求的確認是指對EWIS需求是正確的和完整的所作出的決定，通過追溯性、分析、試驗、相似機型經(jīng)驗評估以及工程評審等方法對捕獲的EWIS需求進行檢查，以確保EWIS設(shè)計的需求是足夠正確和完整的，并且產(chǎn)品能夠滿足用戶、維護人員、審定局方以及飛機、系統(tǒng)和項目研制人員的需求。

在初步設(shè)計評審（PDR）時，應(yīng)評估EWIS需求確認的結(jié)果以及需求文件。在PDR 后，隨著各功能系統(tǒng)設(shè)計的深入和凍結(jié)，應(yīng)對初步設(shè)計階段的系統(tǒng)對EWIS 需求結(jié)果進行更新，并進行EWIS 元器件和組件的需求確認活動。在關(guān)鍵設(shè)計評審（CDR）時，應(yīng)基本完成飛機級與EWIS 相關(guān)需求的確認。在詳細設(shè)計階段的初期，應(yīng)完成EWIS 元器件、組件級的需求確認，從而進行EWIS 元器件、組件的設(shè)計活動。

2.4 EWIS需求的驗證

通過需求矩陣，編制產(chǎn)品驗證計劃，并執(zhí)行驗證，獲取驗證證據(jù)。驗證的目的是確定執(zhí)行均滿足其特定要求。驗證的過程確保了EWIS的系統(tǒng)設(shè)計滿足已確認的要求。驗證由根據(jù)驗證計劃進行的檢查、評審、分析、測試和運行經(jīng)驗組成。驗證的過程是為了確定預定的功能被正確地執(zhí)行；確定要求已被滿足；確保執(zhí)行后安全性分析仍然對系統(tǒng)有效。

EWIS驗證工作內(nèi)容主要包括功能設(shè)計驗證，物理安裝設(shè)計驗證。系統(tǒng)功能設(shè)計包括原理圖和線路圖的設(shè)計。物理安裝設(shè)計驗證指EWIS在飛機上實際安裝設(shè)計正確性和完整性的驗證。

對于設(shè)計偏離，應(yīng)編制設(shè)計偏離報告，對設(shè)計偏離原因、危害影響進行分析，并制定相應(yīng)的緩和策略。如果設(shè)計偏離被接受，應(yīng)在貫徹了緩和策略后，在報告中對設(shè)計偏離進行關(guān)閉。如果設(shè)計偏離不被接受，應(yīng)更改設(shè)計以符合要求。

2.5 EWIS需求的變更

研制過程中，不可避免會發(fā)生需求的變更，需求的變更應(yīng)按照構(gòu)型更改控制程序進行并完整的記錄。變更的來源一般來自兩個方面：需求的輸入方（飛機級需求及其他系統(tǒng)和公共專業(yè)給與EWIS的需求）和需求的實施方（EWIS設(shè)計人員）。變更的內(nèi)容包括：修改現(xiàn)有需求、新需求的增加及廢棄現(xiàn)有需求。

需求的變更過程應(yīng)嚴格按照構(gòu)型管理變更控制過程要求。需求變更影響應(yīng)從可行性、成本、計劃和設(shè)計的專業(yè)等方面進行分析，制定相關(guān)的分析規(guī)則，按照需求的優(yōu)先級，為需求變更決策提供依據(jù)，并與需求變更信息一起，記錄保存。

3 EWIS需求管理實例

本章節(jié)以某機型項目一條EWIS需求為例，簡單介紹EWIS需求管理的具體流程。

1、需求捕獲和生成階段：捕獲適航條款第25.1707條（b）為一條需求，具體為每個EWIS的設(shè)計和安裝必須使任何在飛機上可能發(fā)生的電氣干擾，不會對飛機或其系統(tǒng)造成危險影響。此條需求收錄在專門管理的軟件中，并指導生成了EWIS隔離規(guī)范的一部分內(nèi)容，即為消除線路之間的電磁干擾，不兼容的線路之間應(yīng)保證隔離。因此在電氣系統(tǒng)原理圖和線路圖中對每個線路需定義隔離代碼，代碼中包括電磁兼容（EMC）代碼，分為交流、直流、離散、數(shù)字、模擬、射頻。規(guī)范要求相同EMC代碼的線路可在同一線束中或敷設(shè)在一起，不同EMC代碼線路不能成束，且須保持一定的隔離距離。

2、需求的確認階段：聯(lián)合EMC、總體及所有用電功能系統(tǒng)專業(yè)，對于此條需求的正確性和完整性進行確認。正確性即項目中的所有線路中的信號的EMC分類以及不同EMC種類間的隔離距離是否合理；完整性即所有線路的EMC類型是否都已經(jīng)包含在這五類中。通過相似機型經(jīng)驗評估以及工程評審（PDR）的方法對于EWIS隔離規(guī)范此部分內(nèi)容進行確認，并以此作為是否轉(zhuǎn)入下一階段的標準之一。

3、需求的驗證階段：驗證包括內(nèi)容包括機上安裝時不同EMC代碼的線路是否都已經(jīng)隔離，以及不同EMC代碼之間的隔離距離是否滿足要求。前部分主要通過設(shè)計評審驗證EWIS物理安裝設(shè)計是否滿足EWIS隔離規(guī)范中的EMC要求，后部分可通過仿真分析以及機上全機EMC試驗，驗證當采用規(guī)范中的距離時，系統(tǒng)是否正常工作。

如果飛機上由于局部空間限制如機翼，不能滿足隔離規(guī)范中的距離要求，就會產(chǎn)生了設(shè)計偏離。如機翼上的模擬線與數(shù)字線之間不能滿足距離要求，則需要制定解決方案，如增加屏蔽保護等。但特別注意的是需要驗證表明增加屏蔽保護的方法與最小隔離距離要求是等效的，不會危害到飛機的安全運行。

4、需求的變更：確認階段，通過EMC以及防火系統(tǒng)反饋，滅火器的電引爆線路比較敏感，須與上述各EMC分類線路隔離敷設(shè)，而且不能包含在上述各分類中。此時就產(chǎn)生了需求的變更，根據(jù)項目的構(gòu)型管理程序，記錄此條需求確認產(chǎn)生的問題，并因此更改EWIS隔離規(guī)范即需要新增一個EMC分類以及相關(guān)的距離要求，進而進一步影響了EWIS產(chǎn)品的具體敷設(shè)安裝設(shè)計，以滿足EMC以及防火系統(tǒng)的需求。

4 結(jié)束語

進行EWIS需求管理最主要目的就是保證EWIS設(shè)計的質(zhì)量。通過在EWIS研制過程中的每一個階段對需求進行全生命周期的有效管理，才能確保EWIS設(shè)計工作從始至終全面準確針對有效的需求進行，任何需求的變更能夠及時準確反饋并實現(xiàn)在EWIS設(shè)計中，從而縮短飛機項目研制的周期，同時提高和保證設(shè)計質(zhì)量。進而確保最終產(chǎn)品真正滿足要求。

參考文獻（References）

[1] SAE Aerospace. SAE ARP4754A Guideline for the Development of Civil Aircraft and Systems [S].SAE.2010.

[2] FAA.CFR Part25. Airworthiness Standards： Transport Category Airplanes[S]. FAA.2008