需求管理在民用航空發(fā)動機研制中的應(yīng)用

■ 季雁 李志敏 / 中國航發(fā)商發(fā)

在競爭日趨激烈的市場環(huán)境下，市場、客戶、適航等相關(guān)利益方的需求對民用航空發(fā)動機研制牽引的重要性日益凸顯，也對研發(fā)者基于需求驅(qū)動的正向設(shè)計研發(fā)能力提出了更高的要求。在此背景下，引入基于系統(tǒng)工程思想、結(jié)合民用航空發(fā)動機研制特點的需求管理體系顯得尤為必要。

在《民用飛機及系統(tǒng)開發(fā)指南》（SAE ARP 4754A）中，提出了在民用飛機及其系統(tǒng)研制過程中應(yīng)制訂需求管理策劃，并提出了通用的需求捕獲、分配、確認及驗證的要求。民用航空發(fā)動機具有高可靠性、高安全性、低耗油率、低污染、低噪聲、長壽命等技術(shù)特點，使得研制的技術(shù)難度高、項目投入大、開發(fā)周期長、服役時間跨度大，發(fā)動機的研發(fā)應(yīng)借鑒民機研制對需求管理的經(jīng)驗，結(jié)合發(fā)動機研制的特點消化吸收，對客戶、市場及適航法規(guī)等外部利益攸關(guān)者的要求進行持續(xù)地捕獲、分析和管理，確保產(chǎn)品的研制過程始終遵循正確的需求，避免因需求問題引起研制進度拖延、經(jīng)費增長、設(shè)計反復或開發(fā)出不符合市場需求的產(chǎn)品等被動局面。

需求管理的通用活動和總體框架

需求管理工作貫穿于產(chǎn)品研發(fā)的全生命周期，其主要目的是實現(xiàn)從需求的引出到最終被驗證的全過程的動態(tài)管理。需求管理活動通常包含需求的捕獲、分析、定義、確認、分解/分配、驗證、變更以及狀態(tài)跟蹤等（如圖1所示），各項活動的主要目的如下。

圖1 需求管理活動示意圖

一是需求捕獲，保證需求完整性的重要活動，一般要求在項目初期應(yīng)識別與項目有關(guān)的所有利益相關(guān)方，并獲取利益相關(guān)方對產(chǎn)品的要求。二是需求分析，實現(xiàn)將利益攸關(guān)者期望視角的要求轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)視角的需求。三是需求定義，撰寫需求文檔，通過規(guī)范、適宜、清晰的需求描述，保證需求能被正確、唯一地理解。四是需求確認，確保需求的正確性、必要性、完整性，即保證所設(shè)計即所需。五是需求分解/分配，將產(chǎn)品/系統(tǒng)需求分解并分配到物理架構(gòu)，傳遞到各個子系統(tǒng)中。六是需求驗證，通過驗證活動表明需求的符合性，獲得向利益相關(guān)方表明需求符合性的驗證證據(jù)。七是需求跟蹤，動態(tài)跟蹤不同層級需求之間的追溯關(guān)系，確保需求自上而下逐層分解并被承接，同時跟蹤需求的驗證、確認及變更狀態(tài)，管理需求的狀態(tài)及滿足情況。八是需求變更管理，評估需求的變更內(nèi)容是否合理、變更影響是否被充分分析以及變更的可實現(xiàn)性，支持和管理變更的可追溯性。

圖2 需求管理總體框架

在上述活動開展之前，需求管理策劃是產(chǎn)品或系統(tǒng)開發(fā)過程中所有需求管理工作開展的頂層依據(jù)，就是在項目研制初期，通過制訂需求管理策劃，明確需求管理的組織和職責、使用的需求管理工具或平臺、明確項目的需求層級架構(gòu)，從而達到規(guī)范化地開展需求管理活動的目的。

結(jié)合需求管理策劃和通用活動，大致可以確定民用發(fā)動機產(chǎn)品研發(fā)各階段的需求管理工作的框架（如圖2所示）：在需求分析與定義階段，主要開展發(fā)動機整機的需求分析與定義；在概念設(shè)計階段，主要開展部件及系統(tǒng)級的需求分析與定義；在初步設(shè)計及詳細設(shè)計階段，主要開展部件及系統(tǒng)級需求驗證及確認；在制造與驗證階段，主要開展產(chǎn)品整機級需求的驗證及確認。在產(chǎn)品的整個研制過程中，需求與產(chǎn)品的設(shè)計緊密耦合，需求的變更也將貫穿于整個研制過程。

需求管理的要素

需求管理組織機構(gòu)

需求管理組織機構(gòu)是實施需求管理的責任主體，在型號設(shè)計開始時就對組織機構(gòu)的職責權(quán)限以及組織中的角色與職責予以明確，對于需求管理的順利實施十分重要。需求管理的組織機構(gòu)一般可以有兩種不同的設(shè)置方式：一種是定義一個統(tǒng)一的組織對各層級需求實施管理；另一種是可以分層級定義不同需求，分別對各層級需求實施管理，并定義各層級需求管理組織的職責、權(quán)限和接口。

需求管理組織中的角色通常包含需求管理員、需求編制人、需求審核人、需求批準人及需求驗證人員等，主要職責如下：需求管理員負責需求管理工具軟件的使用，如編輯、查閱等權(quán)限設(shè)置；需求編制人負責需求的撰寫、需求的追溯性建立，以及提出需求變更申請；需求審核人負責需求管理整體工作策劃，審核需求及所有屬性內(nèi)容以及需求鏈接的正確性、完整性；需求批準人負責需求文檔的批準與發(fā)布；需求驗證人員負責需求驗證工作的策劃，以及需求的可驗證性檢查。

需求定義

需求作為發(fā)動機研制的設(shè)計輸入，具有明確、清晰、唯一、一致、獨立和可驗證屬性。需求的質(zhì)量直接影響設(shè)計研發(fā)活動的有效性和研發(fā)產(chǎn)品的質(zhì)量，在需求定義過程按照需求撰寫要求（見表1）逐條檢查，以獲得條目化、結(jié)構(gòu)化、規(guī)范化的發(fā)動機需求。

表1 需求撰寫基本要求

圖3 需求層級架構(gòu)

需求追溯管理

對于民用航空發(fā)動機這類高度集成的復雜系統(tǒng)，無法直接基于頂層需求完成設(shè)計。因此，在獲取頂層需求后，須在發(fā)動機整機層面通過需求分析、分解和向下分配形成對下一層部件/系統(tǒng)的需求；同樣，在部件/系統(tǒng)層也應(yīng)開展需求捕獲、分析等設(shè)計活動，進而構(gòu)成向下一層系統(tǒng)傳遞的底層需求，依次逐層分解直至最底層產(chǎn)品，形成需求的層級架構(gòu)。在此過程中，可利用層級框架（如圖3所示）定義利益攸關(guān)者需求、產(chǎn)品級需求、發(fā)動機部件/系統(tǒng)級需求以及子系統(tǒng)需求，必要時可繼續(xù)向下分解，分解的層級應(yīng)以便于管理追溯為目標。

對于不同層級的需求，通過建立需求追溯鏈接，顯性化地定義每項需求與上層級需求之間的關(guān)系，確保需求均有依據(jù)，從而達到消除不必要的需求、降低設(shè)計成本的目的。一般情況下，一條上級需求可以對應(yīng)由多個下級需求來滿足。反之，當多條上級需求由某一條下級需求滿足時需特別關(guān)注，應(yīng)檢查這些上級需求是否冗余、獨立，該條下級需求是否為一條簡單需求（即檢查該條需求的描述是否隱含多條需求）。建立需求追溯的準則為：從一個需求（記為A）分解出需求（記為B），應(yīng)建立從需求B向需求A的鏈接。

需求確認與驗證矩陣

建立需求確認矩陣的主要目的是合理策劃需求的確認方法、分析需求的來源（可追溯性），以確保需求是正確的、完整的，便于后續(xù)追蹤、管理需求的確認狀態(tài)，表明需求的成熟度。在民用航空發(fā)動機研制過程中，應(yīng)動態(tài)跟蹤需求在各階段的確認狀態(tài)（一般的需求確認矩陣見表2），直至項目研制結(jié)束時需求最終被全部確認及滿足。

需求驗證矩陣的主要目的是拉通需求與驗證之間的關(guān)系、對標需求策劃的驗證方法、建立每條需求與各項驗證活動之間的追溯關(guān)系，使得驗證與需求之間一一對應(yīng)，為后續(xù)在產(chǎn)品研制各階段跟蹤、檢查需求的驗證狀態(tài)提供驗證證據(jù)。對于民機產(chǎn)品而言，借助需求驗證矩陣（建議的民用航空發(fā)動機需求驗證矩陣見表3）獲取適航符合性驗證證據(jù)鏈具有重要意義。

表2 需求確認矩陣

表3 需求驗證矩陣

圖4 需求管理各角色工作過程

需求變更管理

當需求完成確認并獲得批準后，發(fā)布相應(yīng)的需求文檔。發(fā)布后的需求文檔納入構(gòu)型管理的范疇，如需變更，應(yīng)開展需求的變更管理。變更管理包含評估需求變更的內(nèi)容是否合理、識別變更產(chǎn)生的影響，以及評估變更的可實現(xiàn)性。需求變更管理的要求通常包含以下幾方面：對需求以及需求變化進行記錄；確定需求的基線，做好版本控制；建立需求變更的控制流程，評估需求變更的影響；跟蹤變更對產(chǎn)品/系統(tǒng)的影響。

需求管理實施應(yīng)用

本文以一型民用航空發(fā)動機型號項目的需求管理為例，對需求管理的實際操作加以說明。該項目的需求管理使用IBM公司成熟的商用軟件（DOORS）作為需求管理的數(shù)據(jù)庫。在項目中需求管理的實施應(yīng)用主要包含以下兩個核心工作：一是利用DOORS平臺實現(xiàn)研制需求的集中管控，結(jié)構(gòu)化存儲利益攸關(guān)者需求、發(fā)動機級需求、部件/系統(tǒng)需求、驗證計劃等信息；二是實施需求、設(shè)計、驗證文檔之間的全流程追溯跟蹤，建立“需求→設(shè)計→實現(xiàn)”以及“需求→驗證”之間的雙向追溯關(guān)系，對項目需求進行精細化管理。

該型號項目的需求管理組織設(shè)置統(tǒng)一的需求管理員，各層級分別配備需求工程師，包含需求編制人、審核人、驗證人員、批準人。由項目整機層級的需求審核人編寫頂層需求管理策劃，描述在項目各階段需求管理的工作內(nèi)容和要求。需求管理員負責設(shè)置DOORS軟件中需求管理相關(guān)角色的讀取、修改、創(chuàng)建和刪除權(quán)限。需求編制人負責規(guī)范化的撰寫需求條目，開展需求確認并發(fā)布需求文檔。需求驗證人員負責基于需求開展驗證策劃，跟蹤需求驗證狀態(tài)。使用DOORS軟件作為需求數(shù)據(jù)庫，需求文檔的批準發(fā)布后存儲于產(chǎn)品數(shù)據(jù)文檔管理系統(tǒng)供設(shè)計人員查看使用。該型號需求管理的工作過程如圖4所示。

結(jié)束語

在民用航空發(fā)動機產(chǎn)品研制領(lǐng)域，通過引入需求管理，在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)開展需求的捕獲、分析、分解、確認與驗證等，對需求條目實施精細化管理，建立需求與設(shè)計、驗證測試等數(shù)據(jù)之間的追溯關(guān)系，驅(qū)動基于需求的正向設(shè)計，確保產(chǎn)品開發(fā)過程中“做正確的事”，對保證產(chǎn)品開發(fā)的質(zhì)量、進度及要求的符合性均具有重大意義。