飛機(jī)研制過程中需求分析的方法

張粉婷 趙新宇

（中國民航飛行學(xué)院，四川 廣漢 618307）

1 需求分析方法

1.1 需求分析概念

需求分析（如SE 過程集）是一個(gè)迭代活動(dòng)，其中隨著概念的發(fā)展和更多細(xì)節(jié)的了解，確定并不斷完善新的需求。對這些進(jìn)行分析，并找出缺陷和成本動(dòng)因，并與客戶一起檢查，以建立項(xiàng)目的需求基準(zhǔn)。 需求分析的第二個(gè)目的是提供對各種功能之間相互作用的理解，并根據(jù)用戶目標(biāo)獲得一組平衡的需求。 需求不是憑空開發(fā)的。 需求開發(fā)過程的重要組成部分是ConOps，它所伴隨的隱式設(shè)計(jì)概念以及相關(guān)技術(shù)的相關(guān)需求。需求來自多種來源，包括：客戶/用戶，法規(guī)/代碼和公司實(shí)體，如圖1 所示。

這個(gè)復(fù)雜的過程采用績效分析，貿(mào)易研究，約束評估和成本/收益分析。 如果不確定它們對較低級別元素的影響（可實(shí)現(xiàn)性），則無法建立系統(tǒng)需求。因此，需求定義和分析是一個(gè)迭代。

1.2 良好要求的特征

在定義需求時(shí)， 應(yīng)注意確保適當(dāng)?shù)刂贫诵枨蟆τ诿總€(gè)需求，應(yīng)考慮以下屬性：

必要——每個(gè)需求都會(huì)以處理，維護(hù)和驗(yàn)證的形式付出額外的努力。 僅應(yīng)寫下必要的要求。 不必要的需求有兩種：（1）不必要的設(shè)計(jì)規(guī)范，應(yīng)由設(shè)計(jì)者自行決定；（2）多余的要求包括在某些其他要求組合中。

圖1 需求來源

獨(dú)立于實(shí)施——客戶要求可以按他們希望的任何級別強(qiáng)加。 但是，當(dāng)客戶需求指定設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該提出質(zhì)疑。 適當(dāng)?shù)囊髴?yīng)通過描述“框”將執(zhí)行的轉(zhuǎn)換來處理被指定為“黑框”的實(shí)體。 需求應(yīng)指定在該級別上將要執(zhí)行的操作，而不是在該級別上將要執(zhí)行的操作方式。

簡潔明了——需求必須傳達(dá)將要進(jìn)行的工作到下一個(gè)開發(fā)階段。

完整——要求是對設(shè)計(jì)者（或?qū)嵤┱撸┑南乱粋€(gè)要求。

一致——在許多情況下，存在適用的政府，行業(yè)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范和接口，需要遵守這些標(biāo)準(zhǔn)。

可實(shí)現(xiàn)的——實(shí)施設(shè)計(jì)師必須參與需求定義。

可驗(yàn)證——必須通過4 種標(biāo)準(zhǔn)方法（檢查、分析、演示或測試）之一對每個(gè)需求進(jìn)行某種程度的驗(yàn)證。

2 功能和目標(biāo)

2.1 定義系統(tǒng)功能和性能目標(biāo)

生產(chǎn)、部署、操作和支持的概念是一個(gè)很好的基礎(chǔ)，系統(tǒng)工程師可以從中識別感興趣的系統(tǒng)所需的功能以及系統(tǒng)的相關(guān)性能目標(biāo)。作為此功能定義活動(dòng)的結(jié)果，將確定許多性能要求。

2.2 派生和完善功能/性能要求

在項(xiàng)目開始時(shí)，SE 主要關(guān)注用戶需求分析，導(dǎo)致將用戶需求轉(zhuǎn)換為基本功能和一組可量化的性能需求，這些需求可以轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)需求。

建立一套完整的系統(tǒng)要求是一項(xiàng)復(fù)雜，耗時(shí)的任務(wù)，幾乎涉及所有項(xiàng)目領(lǐng)域，都是一項(xiàng)交互式工作。它必須盡早完成，因?yàn)樗鼧?gòu)成了所有設(shè)計(jì)，制造，驗(yàn)證，操作、維護(hù)和處置工作的基礎(chǔ)，因此決定了項(xiàng)目的成本和進(jìn)度。 該活動(dòng)在每個(gè)階段都是迭代的，隨著設(shè)計(jì)詳細(xì)程度的提高， 持續(xù)不斷地反饋， 并且來自SRD，SOW，公司政策和程序，ConOps 文檔（或運(yùn)營概念文檔），設(shè)計(jì)概念，系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)項(xiàng)描述（標(biāo)識規(guī)范的預(yù)期內(nèi)容）。 總體需求分析過程如圖2 所示。

質(zhì)量功能部署（QFD）是一種有用的技術(shù)，尤其是在“客戶的聲音”不清楚的情況下。它提供了一種快速的方法來將客戶需求轉(zhuǎn)換為規(guī)格，并系統(tǒng)地將需求降低到較低的設(shè)計(jì)、零件、制造和生產(chǎn)水平。陰影的關(guān)系矩陣顯示了功能和需求之間的相關(guān)性。 兩個(gè)同心圓（雙圓）用于指示特征和需求之間的強(qiáng)相關(guān)性。單個(gè)圓圈表示適度的貢獻(xiàn)。空白列表示相對于列出的要求而言不必要的功能。同樣，空白行表示未解決的要求。其他有用的方法包括：使用系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，F(xiàn)FBD，時(shí)間表，控制/數(shù)據(jù)流程圖，貿(mào)易研究和需求分配表進(jìn)行功能分解。

圖2 需求派生，分配和流動(dòng)

如上所述，較大的系統(tǒng)可能需要從系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)演變而來的高級系統(tǒng)仿真。該仿真將用于快速檢查各種尺寸和參數(shù)，而不僅僅是“點(diǎn)設(shè)計(jì)”，以確保獲得“最佳”解決方案——系統(tǒng)始終是合適的尺寸，沒有阻塞點(diǎn)。 檢查推導(dǎo)和合并要求所帶來的任何不利后果。 在無法確認(rèn)現(xiàn)有用戶需求的地方，請進(jìn)行貿(mào)易研究以確定更合適的需求，并以最小的成本獲得最佳平衡的性能。 在必須分配關(guān)鍵資源（例如重量、功率、內(nèi)存和吞吐量）的地方，可能需要進(jìn)行貿(mào)易研究以確定適當(dāng)?shù)姆峙?。將需求分析過程中產(chǎn)生的修訂和衍生的需求和參數(shù)納入需求數(shù)據(jù)庫， 并保持對源需求的可追溯性。準(zhǔn)備規(guī)范文件并提交給所有組織，以供審核。批準(zhǔn)后，將文檔輸入正式發(fā)布系統(tǒng)，并在配置管理控制下進(jìn)行維護(hù)。 任何進(jìn)一步的更改都將需要配置控制委員會(huì)（CCB）的批準(zhǔn)[1]。 需求分析過程的結(jié)果應(yīng)該是一組完整，準(zhǔn)確，無歧義的系統(tǒng)需求的基線，記錄在需求數(shù)據(jù)庫中，所有各方均可訪問，并記錄在已批準(zhǔn)的已發(fā)布系統(tǒng)規(guī)范中。通常使用以下措施來評估此需求分析活動(dòng)的進(jìn)度和完成情況。

2.3 定義其他非功能性要求

概念文檔還將提出與感興趣的系統(tǒng)提供的主要功能不直接相關(guān)的需求，例如可用性、可支持性、安全性和培訓(xùn)。 例如，0resund 橋案例說明了通過對施工實(shí)踐建立約束來避免負(fù)面的環(huán)境影響。盡早解決非功能性需求是確保它們不會(huì)被遺忘和滿足的一種好方法。

圖3 質(zhì)量功能部署（QFD）：質(zhì)量屋

2.4 開發(fā)規(guī)格樹和規(guī)格

在實(shí)踐中， 需求工程不僅是系統(tǒng)開發(fā)過程的前端，而且是一個(gè)復(fù)雜的通信和協(xié)商過程，涉及將使用系統(tǒng)的各方（即客戶），將提供部分或全部系統(tǒng)的各方（即開發(fā)人員和供應(yīng)商）以及將驗(yàn)證系統(tǒng)的各方（即驗(yàn)證組）。

對于復(fù)雜的系統(tǒng)， 定義/設(shè)計(jì)過程是通過多次分層迭代依次應(yīng)用到硬件和軟件CI 定義級別的。 目的是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特定級別（例如，硬件、軟件和操作）為每個(gè)配置項(xiàng)創(chuàng)建規(guī)范基線，并將這些規(guī)范放置在向下的層次結(jié)構(gòu)中。這將使每個(gè)配置項(xiàng)的進(jìn)一步定義可以與其他所有配置項(xiàng)并行地獨(dú)立進(jìn)行，同時(shí)保持需求的可追溯性和設(shè)計(jì)工程為衍生的需求提供技術(shù)定義數(shù)據(jù)，并記錄設(shè)計(jì)決策。 支持學(xué)科監(jiān)視每個(gè)專業(yè)領(lǐng)域中需求的執(zhí)行情況，識別需求并查看需求定義過程的結(jié)果。 這項(xiàng)工作的結(jié)果是一組要求聲明，這些要求聲明放置在系統(tǒng)和CI 規(guī)范中。 規(guī)范草案由需求數(shù)據(jù)庫生成，并分發(fā)給審閱者。 然后將副本連同適當(dāng)?shù)脑u論一起退還給作者。解決所有注釋后，文檔正式發(fā)布。需求數(shù)據(jù)庫工具應(yīng)直接從數(shù)據(jù)庫生成規(guī)范，而無須人工干預(yù)，從而保持?jǐn)?shù)據(jù)庫的完整性[2]。 注意：一個(gè)級別的規(guī)格表示對它以下級別的要求。

2.5 生成系統(tǒng)規(guī)范

系統(tǒng)規(guī)范是一組完整、準(zhǔn)確、無歧義的系統(tǒng)需求的基準(zhǔn)，記錄在需求數(shù)據(jù)庫中，所有各方均可訪問。在需求分析過程中，通常有必要生成明確的系統(tǒng)需求的“快照”報(bào)告。 為了幫助該過程，可能需要在需求數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建一組明確的需求對象，并提供從其對應(yīng)的原始需求中提供可追溯性的信息。明確的要求可以分為功能性、性能、約束性和非功能性。

3 結(jié)論

需求管理指明了系統(tǒng)開發(fā)所要做和必須做的每一件事， 指明了所有設(shè)計(jì)應(yīng)該提供的功能和必然受到的制約[3]。 需求管理的過程，從需求獲取開始貫于整個(gè)項(xiàng)目生命周期， 力圖實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品同需求的最佳結(jié)合[4]。因此， 需要以貫徹基于系統(tǒng)工程的系統(tǒng)研制流程、加強(qiáng)過程管控為契機(jī)，開展本標(biāo)準(zhǔn)研究，推動(dòng)系統(tǒng)工程在國產(chǎn)民機(jī)研制過程中的深入應(yīng)用。