飛機(jī)頂層需求捕獲經(jīng)驗(yàn)介紹

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飛機(jī)頂層需求捕獲經(jīng)驗(yàn)介紹

0概述

隨著新技術(shù)的發(fā)展，民用飛機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜度在不斷地提高，給研制工作帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。能否提供滿(mǎn)足客戶(hù)需要的飛機(jī)決定了項(xiàng)目的成功與否。因此，全面地、正確地捕獲客戶(hù)需要至關(guān)重要。系統(tǒng)工程是從整體出發(fā)，合理開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、實(shí)施和應(yīng)用的工程技術(shù)。系統(tǒng)工程專(zhuān)注于項(xiàng)目開(kāi)發(fā)早期，在正式立項(xiàng)前就與客戶(hù)一起捕獲和定義客戶(hù)需要，將需要轉(zhuǎn)化成飛機(jī)需求并文件化；然后綜合考慮運(yùn)行、成本、進(jìn)度、性能、培訓(xùn)、試驗(yàn)、制造和退出等問(wèn)題，進(jìn)行設(shè)計(jì)綜合和系統(tǒng)確認(rèn)。本文以飛機(jī)頂層需求捕獲工作為例，介紹系統(tǒng)工程在需求捕獲工作中的應(yīng)用。

為了更好的表述頂層需求捕獲過(guò)程，本文對(duì)需要和需求分別定義如下：

(1)需要(Needs): 需要通常是定性的，有時(shí)候甚至不能確定其是否具有可實(shí)現(xiàn)性，需要不是產(chǎn)品需求。系統(tǒng)工程師、型號(hào)研制者與客戶(hù)一起工作，通過(guò)權(quán)衡研究和分析等方法，將客戶(hù)需要轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品需求。

(2)需求(Requirements): 需求是對(duì)產(chǎn)品必須具備的性能或設(shè)計(jì)約束的描述。需求的一大特征是其必須具有可驗(yàn)證性。

1飛機(jī)頂層需求的理論研究

1.1《商用飛機(jī)系統(tǒng)工程》中飛機(jī)需求的理解[1]

Scott Jackson在《商用飛機(jī)系統(tǒng)工程》一書(shū)中寫(xiě)到：飛機(jī)需求主要包含外部需求和內(nèi)部需求兩大類(lèi)，再進(jìn)一步細(xì)化，外部需求來(lái)源于客戶(hù)和局方，內(nèi)部需求來(lái)源于技術(shù)驅(qū)動(dòng)、生產(chǎn)制造驅(qū)動(dòng)、可靠性驅(qū)動(dòng)、主機(jī)所驅(qū)動(dòng)等一些列因素。

客戶(hù)需要處于飛機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)典V字模型的最左上角，它代表的是客戶(hù)的強(qiáng)制要求、期望或建議，不是產(chǎn)品需求?？蛻?hù)需要首先被轉(zhuǎn)化成飛機(jī)頂層需求，然后才可以層層分解，向下分配，成為系統(tǒng)級(jí)、子系統(tǒng)級(jí)或軟、硬件需求。

對(duì)于如何確認(rèn)飛機(jī)頂層需求已經(jīng)捕獲完整的問(wèn)題，Scott Jackson是這樣解釋的：答案就是取決于客戶(hù)(包括局方)，當(dāng)客戶(hù)說(shuō)需求已經(jīng)捕獲完整時(shí)，就認(rèn)為需求是完整的。對(duì)于民用飛機(jī)而言，航空公司是最大的客戶(hù)。

在《商用飛機(jī)系統(tǒng)工程》一書(shū)中對(duì)需求的分類(lèi)還有另外一種介紹：適航需求和經(jīng)濟(jì)性需求。適航需求來(lái)源于局方，與飛機(jī)安全息息相關(guān)；經(jīng)濟(jì)性需求由航線(xiàn)客戶(hù)驅(qū)動(dòng)，主要與購(gòu)買(mǎi)飛機(jī)的成本、飛機(jī)運(yùn)營(yíng)、維修和服務(wù)相關(guān)。大部分的經(jīng)濟(jì)性需求來(lái)源于客戶(hù)需要，客戶(hù)需要的是可以盈利、賺錢(qián)的飛機(jī)。

1.2《系統(tǒng)工程基本原理》中客戶(hù)需要的理解[2]

在《系統(tǒng)工程基本原理》一書(shū)中對(duì)客戶(hù)需要的定義是：描述了整個(gè)生命周期內(nèi)客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品在期望的環(huán)境中工作效果的要求和目標(biāo)。狹義來(lái)看，在民用飛機(jī)領(lǐng)域就是客戶(hù)(航空公司等)對(duì)飛機(jī)在運(yùn)營(yíng)環(huán)境中可以安全、有效工作，為航空公司盈利的要求和目標(biāo)。主機(jī)所需要與客戶(hù)保持持續(xù)地聯(lián)系，通過(guò)對(duì)話(huà)不斷明確任務(wù)，更好地理解需求、實(shí)施設(shè)計(jì)、綜合集成和試驗(yàn)驗(yàn)證，一次達(dá)成目標(biāo)。

系統(tǒng)工程的主要目的是將客戶(hù)需要轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品需求和技術(shù)需求，并且將這一需求傳遞給下一層級(jí)的系統(tǒng)。客戶(hù)需要主要包含任務(wù)目標(biāo)、環(huán)境和約束條件幾方面，強(qiáng)調(diào)運(yùn)營(yíng)者為關(guān)鍵客戶(hù)。約束條件是由外在的客觀因素導(dǎo)致的限制，例如：環(huán)境要求、技術(shù)可行性、公司知識(shí)積累等。

1.3INCOSE 系統(tǒng)工程手冊(cè)參考[3]

INCOSE 系統(tǒng)工程手冊(cè)中對(duì)利益攸關(guān)方需求定義過(guò)程進(jìn)行了單獨(dú)介紹。包括：識(shí)別產(chǎn)品整個(gè)生命周期的利益攸關(guān)方或利益攸關(guān)方類(lèi)別，及其需要、期望和愿望，分析并將原始/初始的期望轉(zhuǎn)化為利益攸關(guān)方需求，并定義運(yùn)營(yíng)環(huán)境。典型的利益攸關(guān)方包括：客戶(hù)、運(yùn)營(yíng)者、決策機(jī)構(gòu)、局方和研發(fā)機(jī)構(gòu)等。

捕獲用戶(hù)需要是一個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)始，定義用戶(hù)需要通常開(kāi)始于Exploratory Research (型號(hào)立項(xiàng)前的研究階段)階段，一直持續(xù)到概念和工程研制階段。

典型的輸入包括：

(1)新的或者更新的客戶(hù)需要、需求、目標(biāo)。形式為：任務(wù)描述、運(yùn)營(yíng)概念文件, MOEs, 技術(shù)性能、使用環(huán)境和約束條件。

(2)專(zhuān)業(yè)技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)、性能、成本、風(fēng)險(xiǎn)、構(gòu)型、合同要求、技術(shù)目標(biāo)、客戶(hù)會(huì)議記錄。

1.4NASA 系統(tǒng)工程手冊(cè)參考[4]

根據(jù)NASA系統(tǒng)工程手冊(cè)，明確利益攸關(guān)方的期望是系統(tǒng)工程的初始流程，利益相關(guān)者可以分為客戶(hù)和其他關(guān)注團(tuán)體。利益攸關(guān)方期望包括：任務(wù)目標(biāo)、約束條件、設(shè)計(jì)方向、運(yùn)行使用目標(biāo)和任務(wù)成功準(zhǔn)則。

客戶(hù)是那些直接接受產(chǎn)品或服務(wù)的人。

2推薦的民用飛機(jī)頂層需求捕獲過(guò)程

參考上述理論研究以及實(shí)際型號(hào)工作經(jīng)驗(yàn)，推薦的民用飛機(jī)頂層需求捕獲過(guò)程及內(nèi)容總結(jié)如下。

2.1明確飛機(jī)需求層級(jí)定義

需求捕獲工作開(kāi)始之前，需要明確項(xiàng)目中需求文件的體系架構(gòu)和層級(jí)關(guān)系，定位好客戶(hù)需要和飛機(jī)頂層需求的關(guān)系。本文推薦的需求層級(jí)關(guān)系如圖1所示，本文僅關(guān)注客戶(hù)需要和飛機(jī)頂層需求這一個(gè)層級(jí)。

圖1　飛機(jī)需求層級(jí)關(guān)系圖

2.2定義飛機(jī)頂層需求捕獲、分析過(guò)程

1) 捕獲定義客戶(hù)需要

(1)識(shí)別型號(hào)整個(gè)生命周期內(nèi)的利益攸關(guān)方或者利益攸關(guān)方的大的類(lèi)別；

(2)捕獲利益攸關(guān)方的需要、期望和期待等。

2) 捕獲定義飛機(jī)頂層需求

(1)對(duì)利益攸關(guān)方的需要進(jìn)行分析，將其轉(zhuǎn)化為利益攸關(guān)方需求，即飛機(jī)頂層需求；

(2)飛機(jī)頂層需求和客戶(hù)需要的鏈接。

2.3推薦的利益攸關(guān)方

典型的利益攸關(guān)方包括使用者、操作者、做決定的組織、局方、主機(jī)所、其他支持組織等。當(dāng)不能一一與利益攸關(guān)方進(jìn)行談話(huà)、溝通和交流時(shí)，可以通過(guò)市場(chǎng)或政府機(jī)構(gòu)等組織進(jìn)行需求捕獲。

對(duì)于利益攸關(guān)方的識(shí)別可以用頭腦風(fēng)暴、功能流分析的方法來(lái)確定。

考慮到民用飛機(jī)的特殊性，推薦的利益相關(guān)者類(lèi)別定義如圖2所示，具體分類(lèi)描述如下：

(1)Customer(客戶(hù))分類(lèi)：包括航空公司、駕駛員、乘客等。

(2)Operational(運(yùn)營(yíng))分類(lèi)：包括空中交通管制、機(jī)場(chǎng)等。

(3)Market(市場(chǎng))分類(lèi)：包括市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性驅(qū)動(dòng)的需要等。

(4)Training / Services(培訓(xùn)/服務(wù))分類(lèi)：包括飛行機(jī)組、客艙服務(wù)人員、地面服務(wù)人員、乘客等。

(5)Maintenance(維修)分類(lèi)：包括維修人員、第三方維修公司等。

(6)OEM / Suppliers(主機(jī)所/供應(yīng)商)分類(lèi)：包括主機(jī)所的戰(zhàn)略、公司政策、供應(yīng)商合作等。

(7)Regulatory(適航條款)分類(lèi)：包括CAAC/FAA/EASA等試航條款、咨詢(xún)通告要求和其他適用的標(biāo)準(zhǔn)等。

圖2　利益相關(guān)者類(lèi)別定義

2.4推薦的捕獲方法

可以采用采訪(fǎng)、交流、調(diào)查問(wèn)卷等方法捕獲利益攸關(guān)方需要、期望和期待。參考波音777飛機(jī)并結(jié)合實(shí)際型號(hào)研制經(jīng)驗(yàn)，推薦的捕獲方法為：建立需求捕獲團(tuán)隊(duì)，各個(gè)利益攸關(guān)方代表加入到團(tuán)隊(duì)中，尤其是首家客戶(hù)和主要客戶(hù)應(yīng)有專(zhuān)職人員參與到團(tuán)隊(duì)，與需求捕獲團(tuán)隊(duì)面對(duì)面工作，更好地完成需求捕獲和確認(rèn)。另外，對(duì)于主機(jī)所而言，需要設(shè)置客戶(hù)代表，根據(jù)實(shí)際工作需要，定期或不定期拜訪(fǎng)客戶(hù)，深入了解客戶(hù)需要。

3飛機(jī)頂層需求文件架構(gòu)總結(jié)

在客戶(hù)/利益攸關(guān)方需要的基礎(chǔ)上，結(jié)合飛機(jī)整個(gè)生命周期的特點(diǎn)，通過(guò)質(zhì)量功能展開(kāi)(QFD)等方法將粗略的客戶(hù)/利益攸關(guān)方需要轉(zhuǎn)化為飛機(jī)頂層需求，推薦的飛機(jī)頂層需求文件架構(gòu)包括如下幾個(gè)方面：

(1)市場(chǎng)需求，包括產(chǎn)品定位、目標(biāo)市場(chǎng)、投入市場(chǎng)的時(shí)間和系列化發(fā)展需求等；

(2)經(jīng)濟(jì)性需求，包括與飛機(jī)研制相關(guān)的運(yùn)營(yíng)成本、燃油消耗、單機(jī)成本和研發(fā)成本等；

(3)環(huán)境需求，包括飛機(jī)內(nèi)外噪聲、排放和振動(dòng)等；

(4)商載航程需求、性能需求、重量需求；

(5)艙室需求、系統(tǒng)選用需求，包括發(fā)動(dòng)機(jī)和其他系統(tǒng)；

(6)合格審定需求、安全性需求和制造需求；

(7)主制造商/供應(yīng)商需求，包括公司策略、設(shè)計(jì)指導(dǎo)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、方法和流程等；

(8)運(yùn)營(yíng)要求，包括運(yùn)營(yíng)性能、可靠性需求、維修性需求、地面服務(wù)需求、培訓(xùn)需求和機(jī)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施需求等；

(9)客戶(hù)服務(wù)和擔(dān)保。

4總結(jié)

飛機(jī)頂層需求作為產(chǎn)品需求的最高層級(jí)，向上追溯到利益攸關(guān)方需要，直接反映客戶(hù)等利益攸關(guān)方的要求和期望；向下層層分解，最終融入到產(chǎn)品的軟硬件設(shè)計(jì)。因此能否全面、正確、清晰地捕獲到可以被確認(rèn)和驗(yàn)證的頂層需求，對(duì)于項(xiàng)目成功與否至關(guān)重要。飛機(jī)頂層需求文件本身固然重要，然而，需求捕獲過(guò)程中的人員、組織、角色、職責(zé)和具體指標(biāo)的權(quán)衡分析工作，以及由此形成的過(guò)程和方法更為重要。本文從理論和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，概述了飛機(jī)頂層需求捕獲工作的思路和范圍，而對(duì)其中更為深入的指標(biāo)權(quán)衡分析，例如：成本分析、風(fēng)險(xiǎn)分析、重量分析等沒(méi)有具體闡述，這也是作者后期的重點(diǎn)研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] Scott Jackson. Systems Engineering for Commercial Aircraft [M]. Second Edition. England: Ashgate Publishing Limited, 2015.

[2] Defense Acquisition University. System Engineering Fundamentals [Z]. Jan. 2001.

[3] SE Handbook Working Group International Council on System Engineering (INCOSE). INCOSE-TP-2003-002-03.2.2 System Engineering Handbook [S]. Oct. 2011.

[4] National Aeronautics and Space Administration NASA Headquarters. NASA System Engineering Handbook [EB/OL]. Dec. 2007.

The Top Level Aircraft Requirements Capture Experiences Summary

李慧穎Susan Ying /

Li HuiyingSusan Ying

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海201210)

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)

摘要：

飛機(jī)頂層需求是飛機(jī)研制過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)飛機(jī)研制中的需求捕獲和分析工作一直用自然語(yǔ)言定性或定量地描述，主觀因素較多。采用系統(tǒng)工程過(guò)程思維，對(duì)需求捕獲經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了描述，通過(guò)過(guò)程控制來(lái)保證最終獲得的飛機(jī)頂層需求文件的完整性、全面性、正確性和可實(shí)施性。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)工程；需求捕獲；客戶(hù)需要；需求；研制過(guò)程；飛機(jī)

[Abstract]The top level aircraft requirements (TLAR) development is the most critical part for the aircraft development processes. Normally, qualitative or quantitative natural language is used for requirements description. This paper adopts system engineering process, describing the experiences concluded during the requirements capture process. It aims to guarantee the TLAR document is comprehensive, integrated, correct and can be implemented via process control.

[Key words]systems engineering; requirements capture; customer needs; requirements; development processes; aircraft

中圖分類(lèi)號(hào)：F273.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A