航電系統(tǒng)需求分析方法

魏博

摘 要：本文從系統(tǒng)工程的角度和民機設(shè)計的要求出發(fā)，主要討論了飛機航電系統(tǒng)開發(fā)過程中需求的定義工作?；诤诫娤到y(tǒng)需求定義的實際開發(fā)過程，著重描述了系統(tǒng)需求定義需要注意的問題以及不同的研發(fā)階段間的相互關(guān)系。最后介紹了航電系統(tǒng)需求管理的軟件平臺DOORS的基本應(yīng)用。需求定義是系統(tǒng)設(shè)計的一個起點，對于后續(xù)的工作將會產(chǎn)生巨大的影響。為了降低風(fēng)險和研發(fā)成本，在設(shè)計之初首先需要做好系統(tǒng)的需求定義工作，這樣才能保證設(shè)計各個階段的一致性和連貫性，最終實現(xiàn)項目的成功。希望通過這篇文章能夠為高度集成、復(fù)雜的飛機系統(tǒng)設(shè)計研制提供必要的支持。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)工程；需求定義；航電系統(tǒng)

飛機航電系統(tǒng)開發(fā)過程總體上可以分為需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)集成、驗證、取證等幾個階段。需求分析是系統(tǒng)開發(fā)過程中的一個重要階段，這一階段的工作結(jié)果將影響系統(tǒng)開發(fā)后續(xù)各階段的工作。需求分析的主要任務(wù)是根據(jù)用戶及總體的需求，系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)，以及系統(tǒng)運行的一些限制條件，深入的描述系統(tǒng)功能、性能等需求，以確定系統(tǒng)架構(gòu)來滿足用戶及總體的要求和設(shè)計的目標(biāo)。區(qū)別與其它的系統(tǒng)工程概念，飛機系統(tǒng)的需求定義還需要考慮適航方面的要求，以及系統(tǒng)設(shè)計中安全性的要求。在確定系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上進行系統(tǒng)架構(gòu)的定義和系統(tǒng)的設(shè)計工作。整個需求定義的過程是一個不斷循環(huán)的過程，對下一級的設(shè)計作為輸入，而下級的設(shè)計工作也會影響并更改上一級需求的定義。但是對于需求的定義和更改需要非常的慎重，因為他會對后續(xù)的設(shè)計工作產(chǎn)生重大的影響。

需求定義是系統(tǒng)工程的一項重要的工作內(nèi)容，需要按照系統(tǒng)開發(fā)的流程向前推進。它將一些需求變?yōu)橐幌盗挟a(chǎn)品組合和過程定義，并且為下一個層次的設(shè)計提供原始輸入，最終形成不同層次上的鏈接追溯關(guān)系。不同層次的設(shè)計過程需要按照順序來完成，它為項目規(guī)避風(fēng)險，以及獲得最終成功提供保障。

1 需求分類和要求

1.1 需求的類型

需求的分類并不是唯一的、可以通過不同的方式來分類。對于高度集成，復(fù)雜的飛機系統(tǒng)而言，系統(tǒng)級的需求數(shù)目會比較多。通過進行需求的分類整理，使定義的需求更加明確，避免需求的重復(fù)定義。在不同的研發(fā)階段需考慮下面所定義的需求類型。

1.1.1 安全性需求

系統(tǒng)功能的安全性需求通過系統(tǒng)的可用性（功能的連續(xù)性）和完整性（功能的正確性）這兩個方面來進行約束。這些安全性需求可以通過功能危害性分析來確定。對于系統(tǒng)級功能的安全性需求是通過對相關(guān)功能失效條件的分類和識別來確定的。即便是分類為沒有安全性影響的功能也會具有失效模式和相關(guān)的影響。與安全性相關(guān)的功能失效模式將會對飛機的安全有直接或者間接的影響。與安全性相關(guān)的需求應(yīng)該是可追溯的，從研發(fā)的各個階段到分配到軟硬件，以保證在軟硬件的設(shè)計層次上也可以獲得分解下來的安全性需求。

1.1.2 功能需求

功能需求即系統(tǒng)的必要任務(wù)，是指為了在特定的條件下實現(xiàn)期望的系統(tǒng)性能而定義的系統(tǒng)要求。簡單的講就是“系統(tǒng)需要做什么”。在需求分析中定義的功能需求將為功能分析過程提供頂層功能的輸入。它是用戶及總體需求、性能需求、物理和安裝需求等的綜合。

1.2 需求屬性要求

好的需求應(yīng)該具有如下的屬性：

（1）需求是可以實現(xiàn)的，要能夠使需求通過某種方式從技術(shù)上得以實現(xiàn)，對于商用飛機而言進一步要求是其在價格上是可以接受的；

（2）需求是可以驗證的，也就是說一個需求不能通過以下的詞語來定義：過高的、有效的、合理的等等。期望的性能和功能屬性一定要能夠通過某種方法進行驗證，當(dāng)然最好的方式是采用定量的方式；

（3）需求是明確的，一個需求需要具有而且只具有一個含義；

（4）需求是完整的，包含所相關(guān)的任務(wù)包絡(luò)、操作和維護概念、使用環(huán)境和限制。需要包括所有有利于理解需求的信息，可以將這部分內(nèi)容放在需求的屬性里面，對需求進行一定的解釋；

（5）需求是以要求的方式提出的，需求的定義不需要提出一種解決方案，他應(yīng)該表示成什么需要，而不是怎么樣實現(xiàn)這種需求；需要說明的是，某些情況下可以考慮將明確的解決方案作為需求提出。

（6）需求是一致的，需求定義的過程中會產(chǎn)生很多的系統(tǒng)需求，所有的需求之間可能會存在沖突的地方，這些有沖突的地方需要盡快的解決；

（7）需求應(yīng)該在合適的設(shè)計層次上出現(xiàn)。一個過于細節(jié)的需求不應(yīng)該在上一個層次上出現(xiàn)。例如一個詳細的部件級的需求不應(yīng)該在系統(tǒng)級的需求中出現(xiàn)。在實際的定義過程中，有些需求比較難把握放在哪個層級，特別是那些系統(tǒng)級和子系統(tǒng)級的需求定義。

2 需求定義流程

需求以及相關(guān)的安全性等級的分析對研發(fā)過程有非常重要的作用。由于不同的安全性等級，通過系統(tǒng)架構(gòu)對需求的分配對于減輕今后系統(tǒng)適航方面的壓力具有顯著的作用。在飛機頂層研發(fā)的過程中包含對于飛機功能的確認和相關(guān)需求的確認。飛機的功能包含飛機的接口和相應(yīng)的安全性要求一起構(gòu)建了系統(tǒng)的架構(gòu)。在架構(gòu)的選擇過程中可能會產(chǎn)生附加的需求，這些需求對于架構(gòu)的定義是非常必要的。在需求定義和分配的每一個階段（例如系統(tǒng)級，部件級，軟硬件級），需要對所有的附加需求，也就是所謂的衍生需求進行確認。架構(gòu)定義中面臨的決策問題是產(chǎn)生衍生需求的主要源頭，而且它將產(chǎn)生新的安全性要求。在設(shè)計過程中，所有的需求需要得到最終進行確認和驗證。

2.1 需求的捕獲

輸入主要是由用戶及總體的需求和目標(biāo)，以及項目的限制條件組成的。輸入包括但是不限于：任務(wù)、運行方式、運行環(huán)境、目前可用的技術(shù)條件，以及上一個層次的系統(tǒng)工程應(yīng)用需求輸出，包含飛機總體的決策和飛機級頂層需求等等。其中比較重要的是用戶及總體的需求和設(shè)計的目標(biāo)，以保證設(shè)計結(jié)果能夠滿足市場要求?？梢詮南到y(tǒng)的功能危害性分析和初步安全性分析來得出安全性的要求。此外可以通過局方的法規(guī)以及我們定義的適航審定計劃得出適航方面的要求。

2.2 需求分析和分配

系統(tǒng)設(shè)計的第一步是進行輸入條件的分析。需求分析用來開發(fā)系統(tǒng)的功能、性能等需求，也就是說，將設(shè)計的輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗械男枨髞矶x系統(tǒng)需要完成什么任務(wù)以及在什么程度上完成任務(wù)。這個過程主要的工作是確保定義的這些要求是可被理解的、明確的、全面的、可實現(xiàn)的和簡練的。需求分析一定要澄清和定義功能需求和設(shè)計限制條件。功能需求定義數(shù)量（多少）、性能（多好）、范圍（多大）、時間（什么時間和多長時間）。設(shè)計限制定義了限制設(shè)計復(fù)雜性的因素，例如，環(huán)境條件或者限制、對于內(nèi)部和外部風(fēng)險的防范措施、合同、用戶及總體的要求、適航法規(guī)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。

建立不同層次的需求之間的連接關(guān)系是非常重要的工作，實現(xiàn)需求的追溯，便于后續(xù)的確認和驗證工作。功能需求一般是從上一級的功能分下來的，然后分解到下一級的功能。這個結(jié)果是系統(tǒng)行為邏輯上和性能需求上的描述。這個描述通常叫做系統(tǒng)的功能架構(gòu)。功能分析和分配是為了理解系統(tǒng)要做什么，以及它是以什么方式來完成相應(yīng)的功能。它為優(yōu)化物理解決方案提供信息。

通過功能的分析和分配會產(chǎn)生更好的對于需求的理解，應(yīng)該及時的重新對于定義的需求進行考慮。每一個功能的識別應(yīng)該是能夠追溯到一個需求。重復(fù)的這個檢查需求分析的過程作為功能分析和分配的結(jié)果，作為一個需求定義循環(huán)。這個過程也可以叫做需求的確認。

最后進行的設(shè)計綜合是通過物理或者軟件的形式定義產(chǎn)品和部件。這一步驟的結(jié)果就是產(chǎn)生物理架構(gòu)。物理架構(gòu)需要滿足對應(yīng)的功能需求，至此設(shè)計工作基本上結(jié)束。

3結(jié)語

飛機的設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，需要采用系統(tǒng)工程的思想來進行設(shè)計以保證研制的成本和進度。系統(tǒng)工程是一個復(fù)雜、循環(huán)、遞歸解決問題的方式，需要自頂而下的設(shè)計。這些過程包括設(shè)計的輸入和輸出，需求分析，集成，循環(huán)設(shè)計，驗證等階段。整個過程是按照順序自上而下進行的，在每一個階段就要完成相應(yīng)的任務(wù)，并且補充一些附加的要求。上下層級之間需要進行追蹤檢查，以保證最終的設(shè)計結(jié)果是符合最初的設(shè)計目標(biāo)和要求。如果在設(shè)計的過程中不遵循相應(yīng)的設(shè)計流程將會導(dǎo)致后期工作的錯誤，嚴重的影響項目的進度，無法控制研制的成本和時間。所以需求定義工作作為系統(tǒng)設(shè)計的起點，需要得到相應(yīng)的重視。

參考文獻：

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