航空發(fā)動機需求管理方法研究

史妍妍，王桂華，劉慶東，隋巖峰，汪大海，韓秋冰

（中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所，沈陽110015）

航空發(fā)動機需求管理方法研究

史妍妍，王桂華，劉慶東，隋巖峰，汪大海，韓秋冰

（中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所，沈陽110015）

為在全生命周期內(nèi)保證“用戶和其他利益攸關者”的需求被充分理解和執(zhí)行，提出以產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)PBS為基礎，構(gòu)建航空發(fā)動機需求管理的瀑布型模型。將復雜的航空發(fā)動機需求管理工作模塊化，制定以產(chǎn)品符合性為目標的需求管理流程，并以該流程為依托提出航空發(fā)動機的需求管理方法。該方法提升了全生命周期內(nèi)的需求管理能力，為航空發(fā)動機產(chǎn)品的成功研制提供了有力保障。

需求管理；全生命周期；產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)；產(chǎn)品符合性；技術狀態(tài)項

0 引言

標的需求管理流程，并以該流程為依托提出航空發(fā)動機的需求管理方法。

航空發(fā)動機的研制過程是1項跨地域、跨企業(yè)、跨學科高度協(xié)同的復雜系統(tǒng)工程，具有技術難、周期長、投入大的特點，如何保證研制的最終產(chǎn)品能夠滿足客戶需求是研制單位面臨的重要挑戰(zhàn)[1-4]。早在20世紀80年代中期，美國蘭德公司就根據(jù)美國參謀長聯(lián)席會議的要求研究了武器研制中的需求管理技術，以實現(xiàn)戰(zhàn)略需求和使用武器需求的融合。航空發(fā)動機需求管理的目的，是在全生命周期內(nèi)保證“用戶和其它利益攸關者”的需求被充分理解和執(zhí)行，保證研制過程中的產(chǎn)品符合性好，同時支持航空發(fā)動機及其技術狀態(tài)項的驗證和確認工作[5-6]。

本文以產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)（PBS）為基礎，提出航空發(fā)動機需求管理的瀑布型模型，制定以產(chǎn)品符合性為目

1 構(gòu)建需求管理模型

航空發(fā)動機的需求管理模型是以PBS（如圖1所示）為基礎，根據(jù)各層級技術狀態(tài)項（CI）之間的需求承接關系，形成自上而下的瀑布型需求管理模型，從而將復雜的航空發(fā)動機需求管理工作模塊化。1個技術狀態(tài)項CI，就是1個需求管理工作單元。

根據(jù)瀑布型需求管理模型（如圖2所示），航空發(fā)動機至少包括2個需求管理層級，即產(chǎn)品層和部件系統(tǒng)層,并隨著研制工作的推進逐漸發(fā)展到底層（零件級）的技術狀態(tài)項。

產(chǎn)品層承接用戶等全部利益攸關者的需求，并實現(xiàn)對部件系統(tǒng)層中技術狀態(tài)項的需求分配。如果部件系統(tǒng)層中的技術狀態(tài)項即為底層的技術狀態(tài)項，則不需要向下一層繼續(xù)分解需求，反之將逐級向下分解需求，直至底層的技術狀態(tài)項。

2 制定需求管理流程

在航空發(fā)動機產(chǎn)品研發(fā)中的每個技術狀態(tài)項CI都要實現(xiàn)“利益攸關者需求→系統(tǒng)需求→設計→產(chǎn)品”的轉(zhuǎn)化[7]。為保證轉(zhuǎn)化過程中的產(chǎn)品符合性，需進行的技術活動包括需求確認、設計驗證、產(chǎn)品檢驗、產(chǎn)品驗證及產(chǎn)品確認，如圖3所示。需求管理流程的構(gòu)建原則是涵蓋上述技術活動，并保證上述技術活動的有效性。

需求管理流程主要包括依次進行的5項技術活動（如圖4所示），即利益攸關者需求定義、需求分析、需求確認、需求分配、需求驗證，在產(chǎn)品全生命周期中以迭代、遞歸的方式動態(tài)進行。該流程描述了每層級中的每個技術狀態(tài)項CI必須執(zhí)行的技術活動，符合相關構(gòu)建原則，能支持有效且一致的航空發(fā)動機需求管理工作。

3 定義需求管理方法

需求管理方法是需求管理流程順利進行的保證，規(guī)定利益攸關者的需求定義、需求分析、需求確認、需求分配、需求驗證5項技術活動的實施過程。

3.1 需求定義

利益攸關者需求定義根據(jù)用戶及其他利益攸關者的要求、期待的服務以及具體項目任務目標，定義特定條件下系統(tǒng)應具備的能力[8-10]。

航空發(fā)動機及其技術狀態(tài)項的典型利益攸關者包括用戶、上層系統(tǒng)、相關系統(tǒng)、相關規(guī)定、組織決策者、生產(chǎn)系統(tǒng)、運行系統(tǒng)、維護系統(tǒng)和保障系統(tǒng)等。盡可能全面、完整地識別出全部利益攸關者，是成功開展利益攸關者需求定義及系統(tǒng)研制工作的基礎。

在嚴格遵守相關規(guī)定（如國家軍用標準、適航認證標準）的同時，技術狀態(tài)項的研制主體應與利益攸關者積極溝通。一方面盡可能全面捕獲利益攸關者的需求和特定的技術要求；另一方面與利益攸關者協(xié)商解決不切實際、互相矛盾、有歧義的需求。此外，場景分析也是引出利益攸關者需求的有效手段。

3.2 需求分析

需求分析是為保證最終能夠提供滿足利益攸關者需求的高品質(zhì)產(chǎn)品，從專業(yè)技術角度（包括設計、生產(chǎn)、裝配、試驗、維護）出發(fā)，分析已定義的利益攸關者需求。即從研發(fā)者的視角闡述如何將利益攸關者需求轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)研發(fā)的技術要求，并嚴格保持系統(tǒng)需求（技術要求）與利益攸關者需求之間的追溯性[11-12]。

系統(tǒng)需求見表1，分為5類，每條系統(tǒng)需求都應滿足如下條件[8]：

（1）必要。即每條需求應以驗證的形式產(chǎn)生必要的驗證工作，包括制定驗證方法、驗證準則，捕獲驗證程序、驗證結(jié)果。

（2）可獨立實施。即針對每條需求制定的驗證方法、驗證程序的實施辦法，不需要依賴除研制中的本航空發(fā)動機及相關設備之外的其它系統(tǒng)。

（3）清晰、簡潔。即需求的語言表達應該易于理解，無歧義且不需要過多的解釋。

（4）完整。即需求的技術描述應該是完整的，具備明確的性能測量指標MOP（Measures of Performance）。

（5）一致。即需求的技術描述應與適用的標準、規(guī)范等文件相一致。

（6）可實現(xiàn)。即每條需求在后續(xù)設計及其它研制工作中都應該是可實現(xiàn)的。

（7）可追溯。即每條需求都能追溯到明確的需求來源，如利益攸關者需求。

（8）可驗證。即制定的驗證方法、驗證程序在該項目實施中應該是可實現(xiàn)的，對相關的驗證設備、人員及相關技術能力均進行了充分考慮。

表1 需求分類

根據(jù)需求類型及功能邏輯關系，將需求分組并制定系統(tǒng)的驗證工作計劃，包括驗證的責任主體、驗證策略以及具體驗證工作安排[9]。

3.3 需求確認

需求確認是確認已分析的系統(tǒng)需求集合可以滿足利益攸關者的需求，以識別缺失、矛盾及不正確的需求。需求確認應該在設計活動開始之前進行，以保證驅(qū)動設計活動的所有需求是正確、完整的。同時制定系統(tǒng)的確認計劃，為系統(tǒng)確認提供必要依據(jù)。

該需求集提供了系統(tǒng)的概念方案描述，為判斷該需求集是否滿足利益攸關者需求，應從2方面確認：

（1）確認該需求集提供的概念方案描述，能夠滿足由利益攸關者需求確定的特定條件下系統(tǒng)應具備的能力說明。

（2）確認該需求集提供的概念方案描述，在由利益攸關者需求確定的系統(tǒng)開發(fā)約束條件之內(nèi)。

3.4 需求分配

需求分配是定義或識別滿足已確認需求集的系統(tǒng)物理架構(gòu)（或參考物理架構(gòu)），同時逐級向各技術狀態(tài)項分配需求的過程。需求分配通常與結(jié)構(gòu)設計工作并行開展[13]。

3.4.1 定義系統(tǒng)的功能架構(gòu)

根據(jù)已確認的系統(tǒng)功能，進行功能分析以識別實現(xiàn)該功能所需的所有功能單元，明確各功能單元之間以及功能單元與外部系統(tǒng)之間的關系和接口，每個層級上的功能分析工作進行到支持該功能單元集成所需的深度。該功能分析工作在各層級系統(tǒng)上迭代、遞歸進行，直至識別出最底層的功能單元，形成系統(tǒng)的功能架構(gòu)。

3.4.2 定義系統(tǒng)的物理架構(gòu)

按照功能架構(gòu)向每個功能單元分配需求，包括已確認的系統(tǒng)需求（含功能需求、性能需求、接口需求、約束需求和非功能需求）、功能架構(gòu)設計中的衍生需求。根據(jù)分配給每個功能單元的全部需求，識別并優(yōu)選可承擔相應任務的物理的組成單元，即技術狀態(tài)項。確定各技術狀態(tài)項之間的接口定義及集成準則，從而定義系統(tǒng)的物理架構(gòu)。

3.4.3 確認物理架構(gòu)

物理架構(gòu)的確認包括2方面：確認該物理架構(gòu)承接了全部系統(tǒng)需求，可作為設計活動的依據(jù)；確認分配到各技術狀態(tài)項的需求是合理、必要的，能夠為技術狀態(tài)項的實施、驗證和確認提供所需的技術定義。

3.5 需求驗證

需求驗證包括設計驗證和產(chǎn)品驗證2種方式，其主要目的是保持結(jié)構(gòu)設計、最終產(chǎn)品與系統(tǒng)需求的一致性[14-15]。

設計驗證的目的是早期識別設計錯誤及與需求不一致的設計問題，保證技術狀態(tài)項的設計與已分配的需求一致。設計驗證在系統(tǒng)工程V形生命周期模型的左支進行，常用的驗證方法包括理論分析、計算仿真分析、虛擬裝配及演示驗證等。

產(chǎn)品驗證的目的是檢查按設計要求構(gòu)建的產(chǎn)品滿足已分配的需求，常用的驗證方法包括檢查（或檢驗）驗證、檢測、裝配驗證、試驗驗證、產(chǎn)品試用等。只有在真實部件被加工、裝配后，才能進行產(chǎn)品驗證，因此產(chǎn)品驗證在系統(tǒng)工程V形生命周期模型的右支進行。

根據(jù)需求分析中制定的驗證工作計劃，同步捕獲驗證程序、驗證結(jié)果，并評估驗證程序、驗證結(jié)果與驗證方法、需求內(nèi)容的符合狀態(tài)，以及不符合項糾正活動的數(shù)據(jù)信息。

4 結(jié)束語

（1）基于產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)PBS，提出了航空發(fā)動機需求管理工作的瀑布型模型，實現(xiàn)了復雜的航空發(fā)動機需求管理工作的模塊化。

（2）制定了以產(chǎn)品符合性為目標的需求管理流程，并以該流程為依托提出了航空發(fā)動機需求管理的方法。該方法提升了全生命周期內(nèi)的需求管理能力，為航空發(fā)動機產(chǎn)品的成功研制提供了有力保障。

[1]羅婷婷.基于系統(tǒng)工程的商用航空發(fā)動機研制需求管理方法研究[J].現(xiàn)代管理，2015(3)：107-112.LUO Tingting.System engineering-based requirement management method for commercial aeroengine[J].Modern Manage，2015(3)：107-112.（in Chinese）

[2]朱一凡.NASA系統(tǒng)工程手冊 [M].北京:電子工業(yè)出版社,2012:87-212.ZHU Yifan.NASA systems engineering handbook[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry，2012：87-212.（in Chinese）

[3]郭博智，李浩敏.大型客機設計中的需求管理[J]，民用飛機設計與研究，2013，111(4)：1-5.GUO Bozhi,LI Haomin.The application of requirements management in civil aircraft development[J].Civil Aircraft Design&Research，2013，111(4)：1-5.（in Chinese）

[4]Andrew S,Jennifer G.Applied software project management[M].USA：O'Reilly Media，2005:45-96.

[5]European Aviation Safety Agency.AMC 25.1309 System design and analysis [S].Europe:European Aviation Safety Agency，2012:2-F-38-2-F-63.

[6]董亮，劉俊堂，張永輝.飛機研制需求管理技術研究[J]，航空科學技術，2014，25(4)：51-54.DONG Liang，LIU Juntang，ZHANG Yonghui.Study on requirement management for aircraft development[J].Aeronautical Science&Technology，2014，25(4)：50-54.（in Chinese）

[7]S-18 Aircraft and Sys Dev and Safety Assessment Committee ARP4754A.Guidelines for development of civil aircraft and systems[S].USA，SAE International 2009：32-145.

[8]INCOSE國際系統(tǒng)工程協(xié)會.系統(tǒng)工程手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013:105-147.INCOSE International Council on Systems Engineering.Systems engineering handbook [M].Beijing:Mechanism Industry Press，2013:105-147.(in Chinese)

[9]Jean-Claude Roussel.AIRBUS presentation benefits of requirement engineering with DOORS[C]//USA Presentation at Telelogic Capital Market Event，2005:12-18.

[10]Hans-Henrich Altfeld.商用飛機項目——復雜高端產(chǎn)品的研發(fā)管理[M].北京：航空工業(yè)出版社,2013:65-98 Hans-Henrich Altfeld.Commercial aircraft projects—managing the development of highly complex products[M].Beijing:Aviation Industry Press，2013:65-98.(in Chinese)

[11]Aviation Rulemaking Advisory Committee of Federal Aviation Administration.AC 25.1309-1B Draft system design and analysis[S].USA:Transport Airplane and Engine Issue Area Systems Design and Analysis Harmonization Working Group，2002：4-26.

[12]Mike G.Before opening DOORS-best practices planning at Boeing[R].USA：USA Boeing Management Company，2010.

[13]Siemens Company.Requirement management and systems engineering[R].Germany：German Siemens Company，2012.

[14]Christoph U，Volker S.Rolls-Royce Deulschland interface management as part of requirements management[R].Britain：England Rolls-Royce plc，2013.

[15]Klaus Pohl.需求工程——基礎、原理和技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2012:41-68.Klaus Pohl.Requirements engineering-fundamentals,principles,and techniques[M].Beijing:China Machine Press，2012：41-68.(in Chinese)

Research on Aircraft Requirements Management Method

SHI Yan-yan,WANG Gui-hua,LIU Qing-dong,SUI Yan-feng,WANG Da-hai,HAN Qiu-bing
（AECC Shenyang Engine Research Institute,Shenyang 10015,China）

In order to clearly make the requirements from users and other stakeholders be understood and implemented in the full life-cycle,based on product breakdown structure,it was proposed to set the waterfall model of aircraft requirements management,modularize the complicated aircraft requirements management work and formulate the requirements management process with aim of product conformity,rely on the process formed aircraft requirements management method.The method improves the ability of requirements management in the full life-cycle,which guarantees the success of the development of aeroengine.

requirements management;full life-cycle;product breakdown structure;product conformity;technical condition

V 37

A

10.13477/j.cnki.aeroengine.2017.01.016

2016-07-18 基金項目：國家重大基礎研究項目資助

史妍妍（1980），女，博士，高級工程師，從事航空發(fā)動機研發(fā)體系建設和技術評審工作；E-mail：83878050@qq.com。

史妍妍，王桂華，劉慶東，等.航空發(fā)動機需求管理方法研究[J].航空發(fā)動機，2017,43（1）：91-94.SHIYanyan，WANGGuihua，LIUQingdong，etal.Researchonaircraftrequirementsmanagementmethod[J].Aeroengine，2017,43（1）：91-94.

（編輯：栗樞）