中航商用航空發(fā)動機有限責任公司 羅婷婷

商用航空發(fā)動機研制是我國航空發(fā)動機行業(yè)面臨的重大戰(zhàn)略任務(wù)[1]，其研制過程是一項跨地域、跨企業(yè)、跨學科高度協(xié)同的復雜系統(tǒng)工程，具有高技術(shù)、長周期、投入大的特點，如何保證研制的最終產(chǎn)品能夠滿足客戶需求是研制單位面臨的重要挑戰(zhàn)。與此同時，為持續(xù)提升商用航空發(fā)動機體系化研制能力，需要有效管控其研制過程能夠滿足其研制需求，降低后續(xù)發(fā)動機部件或整機試驗、適航取證和服務(wù)保障風險，最終經(jīng)濟高效地制造出高質(zhì)量的商用航空發(fā)動機。

21世紀初，隨著產(chǎn)品復雜度的不斷提升，需求管理方法逐漸被應用于國防產(chǎn)品研制過程中。洛克希德·馬丁[2]、波音[3]、空客[4]等國外航空航天企業(yè)已經(jīng)構(gòu)建了以產(chǎn)品需求為核心的研制過程體系和平臺，并在JSF、波音787、A380等型號工程中推廣使用，及時監(jiān)控和修正研制過程中對需求的偏離，在成本、進度、產(chǎn)品符合性等方面取得了突出成效。在航空發(fā)動機行業(yè)中，Rolls-Royce[5]公司在JSF的F135發(fā)動機研制中采用需求管理工具，建立了客戶需求和試驗之間的動態(tài)關(guān)聯(lián)，并取得了巨大成功。目前，國內(nèi)在大型客機設(shè)計研制過程中采用了需求管理，代表了目前的最高水平[6-7]，而在航空發(fā)動機行業(yè)，需求管理則剛剛引入，尚未在型號產(chǎn)品研制中得到應用。

因此，為了滿足商用航空發(fā)動機復雜化、多元化和系列化的發(fā)展要求，本文以大型商用航空發(fā)動機研制為背景，采用系統(tǒng)工程思想，研究發(fā)動機需求管理方法，構(gòu)建商用航空發(fā)動機的需求管理系統(tǒng)，從而提升商用航空發(fā)動機需求管理能力，實現(xiàn)研制需求的全生命周期管理。

1 需求驅(qū)動的商用航空發(fā)動機研制

需求是驅(qū)動商用航空發(fā)動機研制的源頭。在商用航空發(fā)動機研制過程初期，首先要根據(jù)需求定義潛在的客戶和供應商等，確定為滿足需求所必需完成的研制工作。商用航空發(fā)動機研制的需求驅(qū)動源如表1。

表1 商用航空發(fā)動機研制的需求驅(qū)動源

在航空發(fā)動機研制過程中，從獲取需求開始，到需求分析、分解，再到研制發(fā)動機、最終提交符合質(zhì)量要求的發(fā)動機，以保障發(fā)動機的安全使用，研制業(yè)務(wù)都圍繞發(fā)動機需求而展開。難以滿足研制需求、跟蹤需求、管理需求變更，是很多發(fā)動機研制項目延期、超出預算甚至失敗的關(guān)鍵原因。

2 商用航空發(fā)動機需求管理

商用航空發(fā)動機需求管理是用于獲取、實現(xiàn)和記錄發(fā)動機需求，并使用戶和發(fā)動機研制團隊在發(fā)動機變更需求上達成并保持一致的系統(tǒng)化方法。

商用航空發(fā)動機全生命周期需求管理的目的是要研制出真正滿足客戶需要的航空發(fā)動機。通過對航空發(fā)動機研制過程進行詳細分析，明確研制過程各階段產(chǎn)品需求所包含的內(nèi)容和特點，以及不同階段中所涉及到的信息分布、交互與使用情況，使研發(fā)人員始終明白具體任務(wù)和工作依據(jù)，嚴格遵守需求版本和需求變更管理規(guī)范，保證需求演變的可追蹤性，最終研制出同需求保持一致的、高質(zhì)量的航空發(fā)動機。商用航空發(fā)動機需求管理主要包括以下5項核心業(yè)務(wù)：（1）研制需求的集中管控。通過航空發(fā)動機研制需求集中管控，促使客戶、研制團隊和供應商達成統(tǒng)一的發(fā)動機研制目標，通過需求管理系統(tǒng)顯示統(tǒng)一的最新需求信息以及其他由需求分析演化而來的研制信息。（2）研制需求分析演化的全流程跟蹤。航空發(fā)動機研制需求管理的核心是研制需求的全流程跟蹤，記錄“整機需求→系統(tǒng)需求→子系統(tǒng)需求→軟硬件需求”的需求信息轉(zhuǎn)換過程及需求驅(qū)動的產(chǎn)出物，著重關(guān)注層次需求信息之間的關(guān)系的跟蹤性。（3）研制需求確認與試驗驗證。商用航空發(fā)動機由眾多團隊、廠商協(xié)同研制。發(fā)動機研制需求管理通過建立功能要求和驗收標準/試驗計劃之間的關(guān)聯(lián)，為發(fā)動機系統(tǒng)試驗驗證與整機集成試驗驗證提供高效支持。（4）研制需求變更管理。發(fā)動機研制周期長，如何評估某個變更對整個發(fā)動機及其若干系統(tǒng)的影響，變得非常關(guān)鍵。需求管理要通過需求跟蹤視圖來幫助相關(guān)責任人分析需求的關(guān)聯(lián)關(guān)系和影響程度，有效掌控并詳細記錄發(fā)動機每個需求的變更。

（5）發(fā)動機研制需求重用。發(fā)動機需求管理將把發(fā)動機研制的重要資料以及他們之間的相互關(guān)系記錄和保持下來，創(chuàng)建并維護可重用的需求資產(chǎn)以總結(jié)和沉淀經(jīng)驗與“智慧”，將極大方便和加速后續(xù)系列型號的研制。

3 基于系統(tǒng)工程的航空發(fā)動機研制需求管理

系統(tǒng)工程是一種在考慮生命周期、客戶需求及設(shè)計和工程項目的流程和技術(shù)管理的基礎(chǔ)上，能實現(xiàn)成功地、系統(tǒng)地、跨學科地管理的方法和手段[8]。采用系統(tǒng)工程方法，有效保證產(chǎn)品能在充分合規(guī)的條件下研制，從而減少可能影響客戶需求和發(fā)動機安全性的錯誤。系統(tǒng)工程的V字模型如圖1所示。

圖1 商用航空發(fā)動機研制需求的確認和驗證Fig.1 Validation and verification of commercial aeroengine development requirement

圖1描述了商用航空發(fā)動機研制需求的確認和驗證過程。需求產(chǎn)出物的關(guān)聯(lián)關(guān)系體現(xiàn)在整個研制活動中，反映了研制過程與驗證過程的關(guān)系。因此，采用系統(tǒng)工程方法能夠使產(chǎn)品更好地滿足研制需求。

商用航空發(fā)動機研制采用“主制造商—供應商”的模式，從總體方案論證、初步設(shè)計、詳細設(shè)計，到適航取證，各階段設(shè)計階段的需求文件，要從頂層設(shè)計需求逐步分解。各層次需求間具有相互依賴的關(guān)系，有下層對上層的支持，同時要逐步確定適航審定基礎(chǔ)，安全性、維修性等要求能逐步落實。因此，采取合理科學的需求管理方法和流程顯得尤為重要。商用航空發(fā)動機研制生命周期的需求管理流程如圖2所示。

商用航空發(fā)動機研制的需求管理流程分為整機需求、系統(tǒng)需求、子系統(tǒng)需求和軟硬件需求4個層次。每個層級的需求通過分析或說明的方式在下個層級中確認，進而將需求逐層細化至最基本的軟件和硬件需求，以指導軟硬件設(shè)計。同時，通過對軟硬件的測試實現(xiàn)對軟硬件需求的驗證，進而逐層驗證上一層級的需求，這種具有追溯性的方法有利于需求更改管理和發(fā)現(xiàn)需求更改對其他需求或研制活動的影響。由此，實現(xiàn)商用航空發(fā)動機設(shè)計需求的確認和驗證過程。

4 商用航空發(fā)動機需求管理系統(tǒng)及其實現(xiàn)

采用基于系統(tǒng)工程的商用航空發(fā)動機需求管理方法和需求管理系統(tǒng)建模方法，構(gòu)建了商用航空發(fā)動機研制需求管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了某型號商用航空發(fā)動機控制系統(tǒng)研制需求的結(jié)構(gòu)化管理，將燃油控制、健康管理、起動、點火、機械、外部與短艙等系統(tǒng)技術(shù)活動全部納入有效管控。如圖3所示為商用航空發(fā)動機需求管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，如圖4所示為商用航空發(fā)動機需求導入需求管理系統(tǒng)示意圖。

圖3 商用航空發(fā)動機需求管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)Fig.3 Commercial aviation engine requirements management system database diagram

圖4 商用航空發(fā)動機需求導入需求管理系統(tǒng)示意圖Fig.4 Importing demand management system into commercial aeroengine

采用商用航空發(fā)動機需求管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了約150份各層級需求、技術(shù)要求文檔的條目化、審計和鏈接；通過CQ派遣2700個任務(wù)，提交250多份問題報告、120份變更申請，建立70個基線，實現(xiàn)了發(fā)動機研制進展和技術(shù)變更的嚴格管控；實現(xiàn)了控制系統(tǒng)需求的分析和再次確認，并自動生成需求規(guī)格、產(chǎn)品規(guī)范和接口控制文檔，實現(xiàn)需求向機械、外部與短艙等子系統(tǒng)需求的分配以及產(chǎn)品規(guī)格、接口控制文檔間的傳遞。

5 結(jié)論

商用航空發(fā)動機研制需求管理能夠有效保證發(fā)動機從用戶需求、系統(tǒng)需求到產(chǎn)品研制各階段需求的一致性，引入系統(tǒng)工程思想，研究發(fā)動機需求管理方法和需求管理系統(tǒng)建模方法，并以某型號發(fā)動機為對象，在構(gòu)建的商用航空發(fā)動機需求管理系統(tǒng)上驗證了方法的合理性，保證了發(fā)動機研制過程中設(shè)計結(jié)果和研制需求的一致性，從而為商用航空發(fā)動機研制過程中實施需求管理提供借鑒。

[1]劉大響，金捷，彭友梅，等. 大型飛機發(fā)動機的發(fā)展現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)分析. 航空動力學報, 2008,23(6)：976-980.

[2]Robert G S. Systems engineering and the joint strike fighter：the flagship program for acquisition reform. Acquisition Review Quarterly,2000,7(3)：221-231.

[3]Mike G. Before opening DOORS-Best practices planning at boeing. Boeing Management Company, 2010(10)：1-25.

[4]Jean-Claude R. Benefits of requirement engineering with DOORS. AIRBUS Central Entity, 2005(6)：1-20.

[5]Christoph U, Volker S. Rolls-Royce deutschland interface management as part of requirements management. Rolls-Royce plc, 2013(12)：1-23.

[6]鄭占君, 陸清, 尤琦. 商用飛機研制需求管理技術(shù)研究. 航空科學技術(shù) , 2013(2)：50-51.

[7]郭博智, 李浩敏. 大型客機設(shè)計中的需求管理. 民用飛機設(shè)計與研究 , 2013(4)：1-5.

[8]National aeronautics and space administration. NASA systems engineering handbook. Washington：National Aeronautics and Space Administration, 2007：1-332.