一種基于需求工程思想的民用飛機(jī)需求確認(rèn)方法

王 躍 / WANG Yue

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

一種基于需求工程思想的民用飛機(jī)需求確認(rèn)方法

王 躍 / WANG Yue

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

依據(jù)民用飛機(jī)在產(chǎn)品開發(fā)過程中需求如何確認(rèn)的現(xiàn)實(shí)需求，定義了一種基于需求工程思想的民用飛機(jī)需求確認(rèn)的方法。該方法一方面引入了需求工程的思想，一方面在不破壞原有設(shè)計(jì)要素的前提下，同時(shí)利用設(shè)計(jì)方案作為兩者溝通、融合的載體，有效實(shí)現(xiàn)了“需求是牽引，設(shè)計(jì)是根本”的現(xiàn)代民機(jī)產(chǎn)品開發(fā)理念。該方法和流程在民機(jī)型號(hào)的概念設(shè)計(jì)工作中得到應(yīng)用，取得了較好的實(shí)踐效果。為了能夠?qū)ο嚓P(guān)的工程設(shè)計(jì)工作提供可參考和借鑒的經(jīng)驗(yàn)，以飛機(jī)起飛場長為例，對(duì)該需求的確認(rèn)過程進(jìn)行了詳細(xì)剖析，進(jìn)一步闡述這種設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵點(diǎn)和核心思想。

民機(jī)；需求；捕獲；分析；確認(rèn)；起飛場長

0 引言

需求工程是現(xiàn)代民機(jī)發(fā)展的產(chǎn)物，是伴隨著微電子、通信導(dǎo)航、信息傳輸、電傳控制等先進(jìn)系統(tǒng)的大規(guī)模集成和應(yīng)用發(fā)展起來的，其核心思想是“需求”和“需求管理”，這也是區(qū)別于傳統(tǒng)的基于結(jié)果設(shè)計(jì)思想的不同之處。

中國的民用飛機(jī)發(fā)展歷程坎坷且不連續(xù)，真正的型號(hào)發(fā)展起步更晚，飛機(jī)的設(shè)計(jì)思想多移植于軍用飛機(jī)，與世界上先進(jìn)民用飛機(jī)設(shè)計(jì)思想的發(fā)展脫節(jié)，與國際上的主流飛機(jī)制造商的能力相比存在較大的差距。

經(jīng)過近20年努力與發(fā)展，中國民機(jī)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)清楚地認(rèn)識(shí)到與國際先進(jìn)水平的差距，在歷經(jīng)支線、單通道客機(jī)工程型號(hào)的洗禮后，先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想也逐步被引進(jìn)、消化、吸收并推廣到設(shè)計(jì)之中。本文運(yùn)用需求工程的設(shè)計(jì)思想，定義了一種在民機(jī)概念設(shè)計(jì)階段基于需求工程思想的民用飛機(jī)需求確認(rèn)方法和流程，并成功地應(yīng)用到實(shí)際工程型號(hào)的設(shè)計(jì)工作之中，取得了很好的實(shí)際效果，具有一定的工程借鑒與推廣價(jià)值。

1 現(xiàn)代民機(jī)需求工程研發(fā)思想簡介

現(xiàn)代民機(jī)需求工程的核心思想是“需求”和“需求管理”。需求是功能規(guī)范的可識(shí)別要素，可以對(duì)該要素進(jìn)行確認(rèn)，且可以驗(yàn)證對(duì)應(yīng)的實(shí)施過程。在產(chǎn)品的全壽命周期中，需求管理以可追溯的、一致的、相關(guān)的和可驗(yàn)證的方式，對(duì)需求及其相關(guān)文件進(jìn)行引用、識(shí)別、開發(fā)、管理和控制。需求管理通過對(duì)更改的分配、驗(yàn)證、調(diào)整和控制，來確保解決方案滿足相關(guān)方的需求和期望。

需求是飛機(jī)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，所有設(shè)計(jì)圍繞需求來開展，牽引整個(gè)設(shè)計(jì)工作。如果需求不正確、不完整、不一致，就可能導(dǎo)致飛機(jī)功能缺失、無法達(dá)到既定的性能等，給產(chǎn)品造成重大的影響。因此，本文的內(nèi)容也是重點(diǎn)聚焦于需求確認(rèn)這一過程，見圖1的紅框區(qū)。希望通過一個(gè)具體指標(biāo)的實(shí)際操作來進(jìn)一步細(xì)化這一流程，固化成一種可操作的方法，同時(shí)也給其他的需求提供一種參考和借鑒。

2 基于需求工程思想的民用飛機(jī)需求確認(rèn)方法

基于需求工程的設(shè)計(jì)思想雖然在很多產(chǎn)業(yè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，并且取得了很好的效果，比如汽車行業(yè)。但是該設(shè)計(jì)思想真正引入民機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)間不長，應(yīng)用則更短，這一方面是由于民機(jī)產(chǎn)業(yè)有其發(fā)展的自身規(guī)律，另一方面也是受制于整個(gè)業(yè)界對(duì)民機(jī)的認(rèn)知水平。

在民機(jī)產(chǎn)品開發(fā)中引入需求工程思想的初衷是看到其自身的優(yōu)勢，即以需求牽引設(shè)計(jì)，明晰上下游輸入輸出，利于設(shè)計(jì)過程管控等。在引入的同時(shí)并不是要摒棄原先的設(shè)計(jì)體系、方法，另起爐灶，而是要將兩者有效地結(jié)合起來，取長補(bǔ)短，更好地發(fā)揮其各自領(lǐng)域內(nèi)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)“1+1≥2”的效果。

在原有的設(shè)計(jì)體系內(nèi)引入新的設(shè)計(jì)思想，就好比“中國的改革開放”，既不能動(dòng)搖原先的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，又必須打破某些僵化的、制約產(chǎn)品開發(fā)的環(huán)節(jié)，有很大的難度。通過對(duì)國外先進(jìn)民機(jī)制造商設(shè)計(jì)體系的研究，同時(shí)結(jié)合對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)體系的梳理，提出如下的基本原則：

1)不破壞原有的設(shè)計(jì)要素，設(shè)計(jì)是產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)、根本；

2)增加需求牽引設(shè)計(jì)的要素，使設(shè)計(jì)工作真正成為面向需求、面向市場的設(shè)計(jì)；

3)“需求”要融入設(shè)計(jì)，成為設(shè)計(jì)的一部分，能夠支撐、助力設(shè)計(jì)工作。

經(jīng)過在型號(hào)工作上的摸索和實(shí)踐，在滿足以上原則的基礎(chǔ)上，歸納提出了如下的需求確認(rèn)方法及流程，如圖2所示。整個(gè)需求的確認(rèn)過程中，分為三步，即需求捕獲、需求分析、需求確認(rèn)。

需求捕獲是產(chǎn)品開發(fā)的源頭，同時(shí)面向市場、用戶、設(shè)計(jì)、制造、客服等所有相關(guān)行業(yè)。其最大的特點(diǎn)是需求源于發(fā)起方，發(fā)起方更加關(guān)注的是產(chǎn)品的外在屬性或特性，而更多地忽略產(chǎn)品本身的構(gòu)造、原理等內(nèi)在屬性。正是由于上述的特點(diǎn)，在需求捕獲環(huán)節(jié)獲取的需求，一般只是一種帶有趨向性的需求，這種需求與產(chǎn)品開發(fā)過程中執(zhí)行的需求有較大差別，特別是在需求的完整性、正確性、可行性等方面，還不具備成為真正意義上產(chǎn)品開發(fā)過程中所定義的“需求”。為了合理地實(shí)現(xiàn)需求的傳遞、轉(zhuǎn)化，就需要開展產(chǎn)品開發(fā)中最為關(guān)鍵的一步工作——需求分析。

需求分析一頭牽著市場(需求利益攸關(guān)方的源頭)，一頭牽著設(shè)計(jì)，同時(shí)還要將兩者有機(jī)的融合起來，成為真正產(chǎn)品方案中可操作、可執(zhí)行的需求。為了實(shí)現(xiàn) “橋梁”作用，這其中對(duì)“需求發(fā)起方”的分析工作就成為關(guān)鍵，一則是整個(gè)需求工程思想的核心思想體現(xiàn)，二則是能否成為牽引設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。此外，在需求分析中，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)要素依然是基礎(chǔ)，其一方面開展對(duì)競爭機(jī)的分析與評(píng)估，另一方面結(jié)合自身的技術(shù)儲(chǔ)備，提出初始方案或方案設(shè)想。在實(shí)際的操作過程中，需求發(fā)起方的工作和需求影響方的工作是交互的，由于雙方是平行的，這種交互快速而高效。產(chǎn)品方案是整個(gè)需求的載體，是所有需求分析工作的平臺(tái)。

圖2 基于需求工程的指標(biāo)確認(rèn)方法流程圖

最后一步是需求確認(rèn)，這一步主要是通過產(chǎn)品方案這根紐帶，一方面將需求從源頭到產(chǎn)品開發(fā)之間建立起有效的聯(lián)系，一方面也是實(shí)現(xiàn)需求的真正“落地”。

3 在工程型號(hào)中的實(shí)際應(yīng)用

需求是產(chǎn)品開發(fā)的基石，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，需求也是逐層分解、傳遞的，需求數(shù)量極為龐大。為了能更清楚地對(duì)這種方法進(jìn)行說明，下面將以工程型號(hào)中 “飛機(jī)起飛場長”這條需求為例來進(jìn)一步闡述。

3.1 飛機(jī)起飛場長簡述

對(duì)于飛機(jī)的起飛場長，《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》中有明確的條款要求，經(jīng)過梳理，具體內(nèi)容如下。

1)起飛距離

對(duì)于給定的運(yùn)行條件(溫度、氣壓高度、重量等)：

(1)干跑道上的起飛距離大于以下值：

TODN-1干等于從松剎車開始到飛機(jī)高于起飛表面上空35ft所覆蓋的距離，假設(shè)關(guān)鍵發(fā)動(dòng)機(jī)的故障在VEF時(shí)發(fā)生，在V1時(shí)被判明。

1.15TODN干等于115% 的從松剎車開始到飛機(jī)高于起飛表面上空35ft所覆蓋的距離，假設(shè)所有發(fā)動(dòng)機(jī)都工作。

(2)濕跑道上的剎車距離大于以下值：

TOD干等于干跑道上的起飛距離；

TODN-1濕等于從松剎車開始到飛機(jī)高于起飛表面上空15ft所覆蓋的距離，確保飛機(jī)在起飛表面上空達(dá)到35ft之前就達(dá)到V2速度，假設(shè)關(guān)鍵發(fā)動(dòng)機(jī)的故障在VEF時(shí)發(fā)生，在V1時(shí)被判明。

2)加速停止距離

(1)干跑道上的加速停止距離大于以下值：

ASDN-1干等于以下所需具體之和：

①所有飛機(jī)都工作時(shí)將飛機(jī)加速到VEF；

②假定關(guān)鍵發(fā)動(dòng)機(jī)在VEF發(fā)生故障而且飛行員在V1時(shí)采取了第一個(gè)中斷起飛的動(dòng)作，從VEF加速到V1；

③飛機(jī)完全停下來；

④加上恒定的以V1速度運(yùn)動(dòng)2 s所覆蓋的距離；

ASDN干等于以下所需具體之和：

①所有飛機(jī)都工作時(shí)將飛機(jī)加速到V1；

②假定飛行員在V1時(shí)采取了第一個(gè)中斷起飛的動(dòng)作；

③在所有發(fā)動(dòng)機(jī)都工作時(shí)達(dá)到飛機(jī)完全停下來；

④加上恒定的以V1速度運(yùn)動(dòng)2 s所覆蓋的距離；

(2)濕跑道上的加速停止距離大于以下值：

ASD干。

ASDN-1濕等于除了跑道是濕的以外，定義與ASDN-1干相同。

ASDN濕等于除了跑道是濕的以外，定義與ASDN干相同。

圖3 平衡場長示意圖

3)平衡場長的定義

對(duì)于一定的起飛重量，決斷速度V1的增加，都會(huì)引起飛機(jī)TODN-1的減少，以及ASD的增加，如圖3所示。其主要原因是V1的增加意味著雙發(fā)加速的時(shí)間更長，這樣會(huì)使得一發(fā)故障后的起飛距離更短，但是中斷起飛的距離增加。在某一個(gè)決斷速度V1下，會(huì)出現(xiàn)TODN-1和ASD相等的情況，其對(duì)應(yīng)的距離就定義為平衡場長。由于平衡場長反應(yīng)了起飛階段的多種情況，具有很強(qiáng)的實(shí)際價(jià)值，因此，在工程設(shè)計(jì)中，一般選取平衡場長作為起飛場長的評(píng)估對(duì)象。

3.2 需求捕獲

初始需求：起飛場長(MTOW， SL，ISA+15 °C)：≤Am。

調(diào)研客戶：意向航空公司，意向航空租賃公司。

客戶意見：較短的起飛場長有利于覆蓋更多的機(jī)場，市場更廣。

3.3 需求分析

本節(jié)將分別對(duì)引入需求工程之前的設(shè)計(jì)方法和引入需求工程之后的設(shè)計(jì)方法在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中表現(xiàn)的情況進(jìn)行說明，通過對(duì)比，可以更加清楚地看出兩種方法的區(qū)別，及后者帶來的好處。

1)引入需求工程思想之前的設(shè)計(jì)方法的開展情況

捕獲的需求直接進(jìn)入設(shè)計(jì)專業(yè)，方案團(tuán)隊(duì)開展設(shè)計(jì)工作，通過一輪的設(shè)計(jì)評(píng)估后發(fā)現(xiàn)如下主要技術(shù)問題(在滿足此條需求的基礎(chǔ)上)：

(1)正常起飛推力偏大，飛機(jī)的推重比高于競爭機(jī)水平；

(2)正常起飛機(jī)推力接近備選發(fā)動(dòng)機(jī)的最大能力，方案(含系列化)的設(shè)計(jì)魯棒性變差；

(3)正常起飛推力偏大，發(fā)動(dòng)機(jī)壽命變短，維修經(jīng)濟(jì)性變差；

(4)若降低正常起飛推力，就需要加大增生裝置面積或采用復(fù)雜的雙縫襟翼。

以上的每一條技術(shù)問題，對(duì)方案都是有重大的影響，如果解決不好，最終的產(chǎn)品必定缺乏市場競爭力。

上述情況，是在原先的設(shè)計(jì)方法和體系中出現(xiàn)的一種非常典型的案例。遇到此種情況，往往需要各設(shè)計(jì)要素做大量的工作，來對(duì)需求的符合性開展設(shè)計(jì)。正是由于在整個(gè)需求確認(rèn)過程中缺乏一個(gè)對(duì)需求發(fā)起方提出的需求進(jìn)行深入分析的環(huán)節(jié)，導(dǎo)致用于設(shè)計(jì)的需求不準(zhǔn)確，浪費(fèi)了有限的設(shè)計(jì)資源，拖延了工程進(jìn)度。

2)引入需求工程思想之后的設(shè)計(jì)方法

首先對(duì)需求進(jìn)行利益攸關(guān)方的確認(rèn)，見表1。

表1 利益攸關(guān)方

在確認(rèn)完利益攸關(guān)方之后，按照需求發(fā)起方和需求影響方兩條主線并行開展工作。由于與需求發(fā)起方相關(guān)的“需求分析”工作是需求工程思想的核心部分，本文將重點(diǎn)介紹如何對(duì)需求發(fā)起方進(jìn)行有效的分析，對(duì)客戶的需求進(jìn)行翻譯，使之能夠反映出需求的本質(zhì)，對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生正面影響，主動(dòng)的牽引設(shè)計(jì)，推進(jìn)設(shè)計(jì)。

(1)對(duì)需求發(fā)起方的分析

具體分析思路：

①梳理出全球市場跑道長度在Am ～A+600 m的機(jī)場(有競爭機(jī)運(yùn)營)；

②對(duì)梳理出的機(jī)場按地理位置劃分，確認(rèn)是否有市場客戶或潛在客戶在此運(yùn)營；

③針對(duì)有市場客戶或潛在客戶運(yùn)營的機(jī)場，梳理出有此機(jī)場運(yùn)營的實(shí)際航線；

④綜合上述內(nèi)容，用實(shí)際的數(shù)據(jù)來反映客戶的本質(zhì)需求。

經(jīng)過上述分析后，得出如下結(jié)果：

①市場客戶運(yùn)營的航線暫無包含跑道長度在A+400 m以下的機(jī)場；

②潛在客戶運(yùn)營的航線中，有涉及到A+400 m以下的機(jī)場，但這些機(jī)場運(yùn)營的航線較短，飛機(jī)的起飛重量較小，因此也不構(gòu)成對(duì)飛機(jī)的限制；

③在開展實(shí)際的飛機(jī)設(shè)計(jì)中，飛機(jī)的起飛場長不大于A+400 m。

通過這一輪實(shí)際的分析，可以清晰的看出，市場客戶的需求往往是模糊的，不是精確的，只能反映出客戶的趨向性意見。在收集、整理好客戶的需求后，需要在客戶需求的趨勢下，做進(jìn)一步客觀分析和研判，量化出 “需求”。

需要重點(diǎn)指出的是，本小節(jié)關(guān)于對(duì)需求發(fā)起方分析的內(nèi)容，看似簡單，但卻是原有設(shè)計(jì)方法和體系中缺失的一環(huán)。要讓這一環(huán)節(jié)真正發(fā)揮作用，需要在組織架構(gòu)和人員安排上進(jìn)行保證。首先在組織架構(gòu)中要明確此項(xiàng)工作的承擔(dān)主體，其次在團(tuán)隊(duì)人員的配置上需要既熟悉市場目標(biāo)又對(duì)產(chǎn)品開發(fā)的現(xiàn)狀有充分了解的復(fù)合型人才。

(2)對(duì)需求影響方的分析

需求影響方的需求分析內(nèi)容與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容一致，見圖2，其核心內(nèi)容是產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)，主要包括競爭機(jī)分析和技術(shù)儲(chǔ)備的評(píng)估。通過對(duì)需求發(fā)起方的分析，發(fā)現(xiàn)分析的初步結(jié)果和需求影響方分析的結(jié)論重合，且都落在一個(gè)合理可行的區(qū)間，這就為后續(xù)的需求確認(rèn)提供了基礎(chǔ)。

3.4 需求確認(rèn)

經(jīng)過詳細(xì)的需求分析之后，需求的載體——方案，合理可行。同時(shí)在原有設(shè)計(jì)流程中存在的技術(shù)問題也不復(fù)存在。最后確認(rèn)需求如下：起飛場長(MTOW，SL，ISA+15 °C)≤A+400 m。

通過這一輪完整的需求確認(rèn)過程，可以清楚的看到，需求分析是整個(gè)需求過程中的重要一環(huán)，需求要“落地”，要能牽引設(shè)計(jì)，這一環(huán)的工作必不可少。

4 結(jié)論

為了滿足民用飛機(jī)在產(chǎn)品開發(fā)過程中需求是如何確認(rèn)的這一實(shí)際需要，總結(jié)和建立了一種基于需求工程思想的民用飛機(jī)需求確認(rèn)的方法，并得到了如下結(jié)論：

1) 新的設(shè)計(jì)方法使得市場和設(shè)計(jì)的連接更加順暢和緊密。

2) 在新的設(shè)計(jì)方法中，需求和傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)要素更加有效的組合在一起。有效的實(shí)現(xiàn)了“需求是牽引，設(shè)計(jì)是根本”的現(xiàn)代民機(jī)產(chǎn)品開發(fā)理念。

3) 新的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)成功應(yīng)用在我國的民機(jī)設(shè)計(jì)過程中，有很高的借鑒價(jià)值。

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[5] DENIS Howe. Aircraft Conceptual Design Synthesis[M]. Great Britain: Antony Rowe Limited, Chippenham, Wiltshire, UK, 2000.

A Method of Civil Aircraft Requirements Validation Based on Requirements Project Principle

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

A method of requirements validation is developed and defined to meet the needs of civil aircraft requirements validation in product development. Based on requirements project principle, this method will not affect the conventional design elements, and can effectively connect the requirements with design. It realizes the modern civil aircraft development concept, which is “requirement is the origin, design is the basis”. So far, the method has been successfully applied in civil aircraft aircraft development in China. Taking takeoff field length as an example, the validation process and the validation method of the requirements are detailed introduced in the study, with the hope of providing the experiences to other civil aircraft product design.

civil aircraft; requirements; capture; analysis; validation; takeoff field length

V221

A

10.19416/j.cnki.1674-9804.2017.04.015

王躍男，碩士，高級(jí)工程師。主要研究方向：飛機(jī)起落架布局設(shè)計(jì)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)布局設(shè)計(jì)和飛機(jī)頂層設(shè)計(jì)要求體系；Tel：021-20865605；E-mail：wangyue@comac.cc