基于航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行場(chǎng)景的需求捕獲方法

王向輝，蔣 平

（中國(guó)航發(fā)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，上海 200241）

0 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制開(kāi)發(fā)是在多種約束下生產(chǎn)出滿(mǎn)足用戶(hù)需求的產(chǎn)品，初始階段就應(yīng)正確捕獲客戶(hù)需求，并將其作為項(xiàng)目的重要輸入[1]。我國(guó)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制起步較晚，在運(yùn)行支持需求管理方面尚屬空白。因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)項(xiàng)目研制過(guò)程中，需要一種適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行支持需求捕獲的方法。

傳統(tǒng)的需求捕獲方法，例如訪談法、調(diào)查法，適用于簡(jiǎn)單且風(fēng)險(xiǎn)低的系統(tǒng)，而對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)這樣的復(fù)雜系統(tǒng)，難以覆蓋所有客戶(hù)需求。傳統(tǒng)的需求捕獲方法在客戶(hù)需求的可追溯性較差，導(dǎo)致所捕獲的運(yùn)行支持需求缺乏有力的支撐依據(jù)。現(xiàn)代使用的方法，如原型法[2]，通過(guò)演示系統(tǒng)獲取其他方式難以獲取的用戶(hù)需求，但實(shí)物演示的成本昂貴，不適用于發(fā)動(dòng)機(jī)這樣的大型復(fù)雜系統(tǒng)。因此，上述方法所捕獲的需求在完整性、合理性、可追溯性以及經(jīng)濟(jì)性等方面存在不足，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行支持需求描述

民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造需滿(mǎn)足相應(yīng)的適航標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)其功能和使用環(huán)境，其運(yùn)行和維修也要滿(mǎn)足相應(yīng)運(yùn)行規(guī)章的要求，以保證持續(xù)運(yùn)行的安全性。民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行支持是指發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)與制造廠商面向飛行、機(jī)務(wù)以及維修保障等發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)營(yíng)的需要，立足于發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品全壽命周期運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行和維護(hù)的計(jì)劃、組織、實(shí)施和控制等環(huán)節(jié)提供技術(shù)、航材、人力、培訓(xùn)、設(shè)備等全方位及時(shí)、精準(zhǔn)的服務(wù)。

因此，運(yùn)行支持需求是在進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行支持活動(dòng)時(shí)各利益攸關(guān)方所提出的需求。這些需求主要面向民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行支持服務(wù)，目的是提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行支持過(guò)程的效率。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)分為發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品和運(yùn)行支持服務(wù)子系統(tǒng)（圖1），如果滿(mǎn)足兩大子系統(tǒng)的需求，則所研制的發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行支持方面可以獲得利益攸關(guān)者最大的滿(mǎn)意度。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成

從系統(tǒng)工程理念出發(fā)，發(fā)動(dòng)機(jī)主制造商主要關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)除了最終交付的實(shí)物產(chǎn)品（即民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)），還有相應(yīng)的運(yùn)行支持服務(wù)系統(tǒng)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)服役的階段特點(diǎn)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行支持服務(wù)系統(tǒng)方面的需求主要包含兩部分內(nèi)容：維修保障與飛行運(yùn)行使用保障。

2 基于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行場(chǎng)景的需求捕獲流程

2.1 利益相關(guān)者需求初步分類(lèi)與整理

關(guān)于運(yùn)行支持需求的捕獲，首先需要完整地識(shí)別利益相關(guān)方。通過(guò)初步的訪談法、調(diào)查法，可以獲取利益相關(guān)者對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品運(yùn)行支持服務(wù)系統(tǒng)的需要或期望，經(jīng)分析后形成初步的系統(tǒng)需求。根據(jù)這些期望或需求，整理出利益相關(guān)者利用發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)的功能設(shè)想及期望值，即利益相關(guān)者心中的期望與實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)的平衡點(diǎn)。

2.2 創(chuàng)建用例圖

用例圖是由參與者（Actor）、用例（Usecase）以及它們之間關(guān)系構(gòu)成的用于描述系統(tǒng)功能的動(dòng)態(tài)視圖，是用例分析的主要辦法。用例圖顯示了系統(tǒng)的用戶(hù)與用戶(hù)希望的功能，有利于用戶(hù)與產(chǎn)品研制人員之間的溝通[3]。根據(jù)初步整理結(jié)果，結(jié)合場(chǎng)景法構(gòu)建要素，創(chuàng)建系統(tǒng)用例。系統(tǒng)用例的定義應(yīng)在綜合考慮全部已形成的系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，將全部系統(tǒng)需求總結(jié)歸納，每一個(gè)關(guān)鍵活動(dòng)就是一個(gè)系統(tǒng)用例，完整的系統(tǒng)用例即為所有關(guān)鍵活動(dòng)的集合。

2.3 創(chuàng)建活動(dòng)圖和場(chǎng)景圖

活動(dòng)圖是一種強(qiáng)大的信息溝通媒介，描述用例整體活動(dòng)流程，顯示系統(tǒng)的復(fù)雜邏輯。通過(guò)活動(dòng)圖可以明確系統(tǒng)的功能和邏輯關(guān)系，動(dòng)態(tài)而有交互地展現(xiàn)系統(tǒng)的需求。場(chǎng)景圖又稱(chēng)序列圖，描述用例通過(guò)的一個(gè)特定序列路徑并定義操作和角色之間的互動(dòng)（信息或消息）。

2.4 捕獲和補(bǔ)充需求

根據(jù)創(chuàng)建的場(chǎng)景圖，針對(duì)每個(gè)操作或交互可以捕獲并補(bǔ)充需求。這些新捕獲的或補(bǔ)充的需求應(yīng)經(jīng)過(guò)利益相關(guān)者評(píng)審，然后導(dǎo)出至需求數(shù)據(jù)庫(kù)。

上述過(guò)程可以在系統(tǒng)的不同層級(jí)重復(fù)執(zhí)行，以得出不同層級(jí)的需求。

3 案例分析

為說(shuō)明場(chǎng)景法的有效性和優(yōu)勢(shì)，以發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行支持活動(dòng)——航線維修中隔聲板檢查活動(dòng)為例，建立航線檢查場(chǎng)景進(jìn)行需求捕獲示例說(shuō)明。

3.1 利益相關(guān)者需求初步分類(lèi)與整理

首先經(jīng)過(guò)前期調(diào)研結(jié)果，明確發(fā)動(dòng)機(jī)隔聲板維修類(lèi)需求的利益相關(guān)方，主要內(nèi)容包括他們的需要是何時(shí)何地何種情況下提出的，具體如何進(jìn)行維修任務(wù)（包含維修檢查方式、所需工具），初步整理結(jié)果如表1 所示。

3.2 創(chuàng)建系統(tǒng)用例圖

系統(tǒng)用例的定義應(yīng)當(dāng)在綜合考慮全部系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，將全部系統(tǒng)需求抽象成若干個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)功能，每一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)功能就是一個(gè)系統(tǒng)用例，所有的系統(tǒng)用例就構(gòu)成了完整的系統(tǒng)功能。系統(tǒng)用例定義是在系統(tǒng)建模工具IBM Rational Rhapsody 中通過(guò)繪制用例圖來(lái)完成。用例圖包含4 個(gè)關(guān)鍵要素：系統(tǒng)邊界、用例、外部角色、關(guān)系。基于系統(tǒng)用例圖識(shí)別利益相關(guān)方和關(guān)鍵要素。

表1 隔聲板維修檢查場(chǎng)景要素

3.3 創(chuàng)建用例活動(dòng)圖與場(chǎng)景圖

活動(dòng)圖主要說(shuō)明開(kāi)展用例時(shí)有哪些具體活動(dòng)，以及各活動(dòng)之間的交互關(guān)系。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)隔聲板維修支援活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，以及用戶(hù)確認(rèn)后的任務(wù)執(zhí)行流程。

在活動(dòng)圖的每個(gè)條件判定下有可能產(chǎn)生不同的活動(dòng)路徑，每個(gè)活動(dòng)路徑序列就是一個(gè)場(chǎng)景。場(chǎng)景分析的主要目的是通過(guò)分析系統(tǒng)在所有使用場(chǎng)景下與外部的交互，進(jìn)而還可識(shí)別系統(tǒng)與外部的接口。場(chǎng)景分析使用序列圖來(lái)完成。

3.4 捕獲和補(bǔ)充需求

根據(jù)不同的場(chǎng)景可以捕獲對(duì)應(yīng)的需求。以本文建立的場(chǎng)景為例，首先，外站維修單位接收到隔聲板維修支援的請(qǐng)求，隨即啟動(dòng)以下活動(dòng)：

（1）外站維修單位為更好地接收請(qǐng)求和就近支援，需要建立網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)（需求Req_1）。

（2）主管經(jīng)理針對(duì)該項(xiàng)活動(dòng)類(lèi)型、難易程度指定責(zé)任工程師，主管負(fù)責(zé)該檢查的進(jìn)行，保證檢查的效率與質(zhì)量，因此對(duì)于用戶(hù)而言，需要一套快速的接口對(duì)接人員調(diào)配機(jī)制（需求Req_2），以便選擇合適的工程師負(fù)責(zé)該項(xiàng)工作。

（3）根據(jù)該項(xiàng)目維修類(lèi)型及維修難度確定是否需要手冊(cè)指導(dǎo)，如果需要手冊(cè)則手冊(cè)管理部門(mén)提供所需手冊(cè)，為高效滿(mǎn)足該項(xiàng)任務(wù)需要一套手冊(cè)方案（需求Req_3），反之不必該部門(mén)進(jìn)入。

（4）判斷該過(guò)程是否需要航材，如果需要，航材管理部門(mén)提供所需航材，在此航材管理部門(mén)需要一套航材管理方案（需求Req_4），以便快速調(diào)取所需航材，不需要?jiǎng)t直接進(jìn)行人員的運(yùn)輸。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)隔聲板維修支援需求

（5）航材和人員的運(yùn)輸。運(yùn)輸部門(mén)通過(guò)運(yùn)輸目的地確定運(yùn)輸方式（公路或空運(yùn)），在該步中需要清楚航材屬性（大小、材質(zhì)等）（需求Req_5）、存儲(chǔ)方式及注意事項(xiàng)等信息（需求Req_6），以便完好地將所需航材和人員運(yùn)輸至目的地。

（6）責(zé)任工程師實(shí)施各項(xiàng)驗(yàn)收檢查程序（需求Req_24）。

（7）財(cái)務(wù)部門(mén)結(jié)算、支付該項(xiàng)目所有費(fèi)用。為合理計(jì)算經(jīng)費(fèi)，需要一套綜合多種因素的算法（需求Req_25）。

3.5 需求與活動(dòng)關(guān)聯(lián)分析

需求與用例的關(guān)聯(lián)關(guān)系通過(guò)在需求條目與系統(tǒng)活動(dòng)之間創(chuàng)建＜trace＞關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)，直觀地展示每一個(gè)系統(tǒng)需求被分配到了哪幾個(gè)活動(dòng)上，每一個(gè)活動(dòng)都與哪幾個(gè)系統(tǒng)需求有關(guān)。

采用需求軟件，還可對(duì)系統(tǒng)需求進(jìn)行覆蓋性分析。表明需求已被全部分配到了活動(dòng)，總體質(zhì)量達(dá)到100%；需求與活動(dòng)的追溯關(guān)系可視化地展示了需求到活動(dòng)的追蹤關(guān)系，以便后續(xù)更新與操作。同時(shí)，在軟件中可以查看捕獲的需求的子集，生成需求圖。軟件還可以直接輸出分析報(bào)告，包括可追蹤性矩陣報(bào)告、分析結(jié)果、需求詳細(xì)視圖、規(guī)則檢查等報(bào)告。

4 結(jié)論

采用基于場(chǎng)景法的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行支持需求捕獲，以用例圖、活動(dòng)圖構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)隔聲板維修支援的場(chǎng)景。根據(jù)實(shí)施過(guò)程的活動(dòng)序列，建立活動(dòng)與其需求的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了需求到活動(dòng)的可追蹤性與可視化，能夠更完整、準(zhǔn)確地捕獲系統(tǒng)需求。

在MBSE（Model-Based Systems Engineering，基于模型的系統(tǒng)工程）的指導(dǎo)下，通過(guò)建立運(yùn)行場(chǎng)景模型，多角度分析系統(tǒng)，不僅可以降低風(fēng)險(xiǎn)與成本，還能促進(jìn)需求管理體系的構(gòu)建，提高利益攸關(guān)者和開(kāi)發(fā)人員的可讀性與可操作性。