賈建榮，甘敦文

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所，北京100081)

專(zhuān)題研究

PLM助力安全認(rèn)證流程和需求追蹤體系

賈建榮，甘敦文

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所，北京100081)

簡(jiǎn)述安全認(rèn)證與需求管理關(guān)系，強(qiáng)調(diào)需求管理是產(chǎn)品信息化管理中的重要環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)企業(yè)產(chǎn)品安全認(rèn)證過(guò)程從需求捕獲到最終產(chǎn)品的確認(rèn)全過(guò)程。實(shí)現(xiàn)用戶(hù)需求、系統(tǒng)需求在PLM系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)、映射，以及需求分解、管理和跟蹤。

PLM;安全認(rèn)證;需求;管理

我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始參與軌道交通行業(yè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，從游戲參與者變成規(guī)則制定者，使我們現(xiàn)在完全有底氣和國(guó)際同行站在同一個(gè)平臺(tái)上競(jìng)爭(zhēng)。隨著國(guó)家對(duì)軌道交通行業(yè)的重視及走出去的國(guó)家戰(zhàn)略，各公司大力開(kāi)發(fā)海外業(yè)務(wù)，積極準(zhǔn)備通過(guò)國(guó)際認(rèn)證流程，開(kāi)發(fā)支持符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品。隨著高速鐵路不斷發(fā)展，動(dòng)車(chē)/機(jī)車(chē)車(chē)輛的復(fù)雜程度也越來(lái)越高，越來(lái)越多的控制單元具備與安全相關(guān)的功能;在機(jī)電一體化的使用過(guò)程中，軟件的使用也日益普遍，這就導(dǎo)致系統(tǒng)功能的不斷升級(jí)和提高也伴隨著更多的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了降低由于安全問(wèn)題而導(dǎo)致的事故，越來(lái)越多的公司開(kāi)始重視零部件功能安全;同時(shí)產(chǎn)品運(yùn)用部門(mén)對(duì)關(guān)鍵部件也提出了安全認(rèn)證需求。一些公司已開(kāi)始邀請(qǐng)國(guó)外認(rèn)證機(jī)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行安全認(rèn)證，但其認(rèn)證流程復(fù)雜、認(rèn)證過(guò)程很漫長(zhǎng)，影響了產(chǎn)品推廣。

PLM是一種應(yīng)用于企業(yè)內(nèi)部、以及在產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域具有協(xié)作關(guān)系之間的，支持產(chǎn)品全生命周期的信息的創(chuàng)建、管理、分發(fā)和應(yīng)用的一系列應(yīng)用解決方案，它能夠集成與產(chǎn)品相關(guān)的人力資源、流程、應(yīng)用系統(tǒng)和信息。從而全面提升企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品生命周期管理的成本，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

本文針對(duì)產(chǎn)品研制過(guò)程中的安全認(rèn)證流程和需求追蹤體系在PLM應(yīng)用進(jìn)行了初步研究。

1 安全認(rèn)證流程和需求追蹤體系對(duì)PLM需求

安全認(rèn)證是指產(chǎn)品對(duì)一套功能安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系符合度的認(rèn)證。就鐵路行業(yè)國(guó)內(nèi)外執(zhí)行EN 50126、EN 50129、EN 50128以及EN 50129標(biāo)準(zhǔn)等。為了保證產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)過(guò)程中符合上述標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)開(kāi)發(fā)流程嚴(yán)格控制，使之滿(mǎn)足安全認(rèn)證開(kāi)發(fā)流程(圖1)，和安全認(rèn)證V模型迭代開(kāi)發(fā)流程(圖2)。

從圖1、圖2兩流程可以看出:安全認(rèn)證開(kāi)發(fā)流程是對(duì)產(chǎn)品整個(gè)生命周期中階段性節(jié)點(diǎn)管控，安全認(rèn)證V模型迭代流程是某一階段的具體任務(wù)實(shí)施過(guò)程的細(xì)化和驗(yàn)證，由安全認(rèn)證V模型迭代驅(qū)動(dòng)安全認(rèn)證開(kāi)發(fā)流程。而V模型迭代流程核心是需求管理，如何對(duì)需求進(jìn)行捕獲、確認(rèn)、分解、跟蹤、驗(yàn)證、確認(rèn)是安全認(rèn)證開(kāi)發(fā)流程的關(guān)鍵，對(duì)需求的管控過(guò)程構(gòu)建對(duì)需求追蹤體系。

需求是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品組合項(xiàng)目管理信息源頭。需求管理(Requirement management)(圖3)是開(kāi)發(fā)項(xiàng)目管理模式中的重要一環(huán)。它是將不同的需求組合起來(lái)，構(gòu)成了一套完整的需求模型。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，每部分需求都從項(xiàng)目開(kāi)發(fā)流程中進(jìn)行分配，并在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中得到解決，最終滿(mǎn)足總體需求。對(duì)關(guān)鍵需求的疏忽很可能是災(zāi)難性的。

傳統(tǒng)管理過(guò)程大多數(shù)市場(chǎng)需求以Word文檔的形式提供給產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門(mén)，然后轉(zhuǎn)化成規(guī)格文檔的概念要求，再手工傳遞給研發(fā)團(tuán)隊(duì)。這個(gè)過(guò)程存在以下問(wèn)題:以文件方式的任務(wù)書(shū)下發(fā)后被存放起來(lái)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程與需求脫節(jié)、整體需求跟蹤缺失，無(wú)法知曉需求滿(mǎn)足度是多少。如果采用這種傳統(tǒng)方式進(jìn)行管理，無(wú)法滿(mǎn)足安全認(rèn)證需求。

2 安全認(rèn)證開(kāi)發(fā)流程和需求追蹤體系在PLM應(yīng)用分析

通過(guò)PLM系統(tǒng)平臺(tái)的流程管理和需求管理實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)產(chǎn)品安全認(rèn)證過(guò)程從需求確認(rèn)到最終產(chǎn)品的驗(yàn)證，支持迭代系統(tǒng)工程產(chǎn)品開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)流程，需求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)各階段業(yè)務(wù)流程。

圖2 安全認(rèn)證V模型迭代流程

圖3 需求是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品組合管理的信息源頭

在PLM系統(tǒng)中，需求是以樹(shù)狀的條目化結(jié)構(gòu)化形式進(jìn)行管理，以便于清晰查看和進(jìn)行邏輯分析(圖4)實(shí)現(xiàn):

(1)支持用戶(hù)需求、系統(tǒng)需求在PLM系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)、映射，以進(jìn)行分解、管理和跟蹤;

(2)通過(guò)對(duì)需求統(tǒng)計(jì)和分析，檢查未分配的需求，進(jìn)行需求覆蓋度和變更影響分析，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)狀態(tài)的監(jiān)控，便于對(duì)項(xiàng)目狀況進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化;

(3)對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)有開(kāi)發(fā)過(guò)程中的需求進(jìn)行歸類(lèi)，提取出產(chǎn)品平臺(tái)的共性需求，推動(dòng)產(chǎn)品平臺(tái)和模塊庫(kù)的需求積累。

下面重點(diǎn)分析需求追蹤體系在開(kāi)發(fā)過(guò)程中的運(yùn)用。圖5為需求管理過(guò)程。

圖4 需求管理在PLM中結(jié)構(gòu)

圖5 需求管理過(guò)程

2.1 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段需求捕獲

產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠從客戶(hù)的技術(shù)需求文檔中提取需求并存入產(chǎn)品數(shù)據(jù)中 ;產(chǎn)品經(jīng)理能夠從原始的技術(shù)要求文檔中提取需求，并將需求條目化保存在PLM系統(tǒng)中，用于需求的維護(hù)和跟蹤，要避免數(shù)據(jù)的重復(fù)錄入。通過(guò)PLM系統(tǒng)需求捕獲實(shí)現(xiàn):

(1)數(shù)據(jù)錄入過(guò)程中，分解的需求結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于不同需求項(xiàng)的技術(shù)要求描述文檔;

(2)需求錄入數(shù)據(jù)可以是按照Microsoft Excel的便準(zhǔn)要求格式;

(3)從Microsoft Word文檔中提取需求的章節(jié)、備注和相關(guān)需求信息;

(4)獲取文本、表格、圖象、圖形、外形、列表、3DXML等文件中象;

(5)自動(dòng)提取需求描述中句子和段落中的關(guān)鍵詞;

(6)根據(jù)章節(jié)的標(biāo)題自動(dòng)形成需求的組成結(jié)構(gòu);

(7)定義需求的屬性;

(8)在提取過(guò)程中定義需求的類(lèi)型、生命周期和屬性;

(9)分配需求的唯一標(biāo)志ID。

例:在Word文檔中按照標(biāo)準(zhǔn)格式編制需求規(guī)格文檔，將需求為定義客戶(hù)需求、系統(tǒng)需求、功能需求等，并加以分配唯一標(biāo)志(見(jiàn)圖6)如:D－SYS－SF－0020

圖6 需求規(guī)格文檔

在PLM系統(tǒng)里定義正則表達(dá)式提取以字符串"Requirement_ID"開(kāi)頭的行，和以"Requirement_ID"后的字符串為"D－"開(kāi)頭的連續(xù)字符串，以解析需求規(guī)格文檔(圖7):

需求解析

圖7 正則表達(dá)式編輯器及需求解析

PLM系統(tǒng)里通過(guò)上述解析，將需求規(guī)格文檔中的章節(jié)、需求、屬性、內(nèi)容等信息全部提取出來(lái)(圖8)，與平臺(tái)、產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)、項(xiàng)目等結(jié)合。

2.2 定義系統(tǒng)和子系統(tǒng)需求規(guī)格

為系統(tǒng)和子系統(tǒng)定義準(zhǔn)確的需求技術(shù)規(guī)格，讓產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)上的參與者統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，做到:

(1)定義客戶(hù)需求并分解到系統(tǒng)和子系統(tǒng)，在詳細(xì)技術(shù)規(guī)格中描述;

(2)定義需求類(lèi)型和生命周期策略;

(3)定義需求規(guī)格的結(jié)構(gòu):章節(jié)、備注和描述

①基于需求規(guī)格模板的應(yīng)用;

②進(jìn)行需求編輯;

③審核需求的結(jié)構(gòu)層次關(guān)系;

(5)需求分類(lèi)并定義需求之間的約束關(guān)系;

(6)需求的發(fā)布、凍結(jié)和版本修訂;

(7)需求的訂閱機(jī)制。

2.3 需求與開(kāi)發(fā)項(xiàng)目管理相結(jié)合

產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中管理需求和進(jìn)行協(xié)同

(1)基于項(xiàng)目管理模板的決策支持;

對(duì)于已確定HIV感染的孕婦，主動(dòng)提供預(yù)防艾滋病母嬰傳播咨詢(xún)與評(píng)估，由孕產(chǎn)婦及其家人在知情同意的基礎(chǔ)上做出終止妊娠或繼續(xù)妊娠的決定。

(2)根據(jù)需求的復(fù)雜程度進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解，并定義成大小不同的開(kāi)發(fā)子項(xiàng)目;

(3)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的安全訪(fǎng)問(wèn)控制;

(4)實(shí)時(shí)項(xiàng)目管理的執(zhí)行、協(xié)同和協(xié)調(diào);

(5)管理跨部門(mén)和企業(yè)的協(xié)同團(tuán)隊(duì)，緊密結(jié)合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需求。

2.4 定義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和分配需求

產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)按照產(chǎn)品線(xiàn)、平臺(tái)以及技術(shù)模塊進(jìn)行需求的滿(mǎn)足性跟蹤(圖9)

(1)定義產(chǎn)品組合、產(chǎn)品線(xiàn)、平臺(tái)和產(chǎn)品版本;在PLM里定義產(chǎn)品功能模塊與需求的關(guān)系;

(2)分配需求到產(chǎn)品模型A①分配可選需求;

②需求滿(mǎn)足性承諾;

圖9 需求的滿(mǎn)足性跟蹤

(3)分配需求到產(chǎn)品版本;

(4)分配需求到產(chǎn)品功能模塊;

2.5 需求管理指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)

產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)能夠準(zhǔn)確地將客戶(hù)和技術(shù)需求轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品質(zhì)量保障和功能需求，并指導(dǎo)設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖10)。

2.6 需求滿(mǎn)足追溯矩陣

產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)通過(guò)PLM系統(tǒng)容易從底層的需求和測(cè)試用例進(jìn)行滿(mǎn)足性追溯

(1)從需求到需求，可以:

(2)需求到測(cè)試用例，包括:

圖10 需求分析與分配

①需求的符合性報(bào)告展示測(cè)試用例是否滿(mǎn)足需求(見(jiàn)圖11)

②不同的顏色Red/Green/Yellow展示測(cè)試用例驗(yàn)證狀態(tài)。

2.7 需求與產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能模塊之間的匹配性追溯

系統(tǒng)工程師確認(rèn)不同層面的系統(tǒng)需求匹配到不同的產(chǎn)品功能模塊，可以做到:

(1)從選擇的產(chǎn)品配置生成需求滿(mǎn)足性報(bào)告;

(2)瀏覽功能模塊關(guān)聯(lián)的需求(見(jiàn)圖12);

圖11 需求的測(cè)試案例

圖12 需求與配置匹配

(3)需求與產(chǎn)品平臺(tái)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)

(4)瀏覽需求與功能模塊的匹配性狀態(tài)red/green/ yellow(見(jiàn)圖13)。

2.8 根據(jù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目進(jìn)展情況，可時(shí)時(shí)生成跟蹤文檔

產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)直接從PLM系統(tǒng)產(chǎn)生需求規(guī)格描述技術(shù)文檔，系統(tǒng)工程師能夠輸出需求的整體規(guī)格描述和跟蹤狀態(tài)，提供給其他用戶(hù)審查(圖14)。

3 安全認(rèn)證流程及需求管理的效益

通過(guò)對(duì)產(chǎn)品實(shí)施安全認(rèn)證及需求管理，可最大程度降低產(chǎn)品危險(xiǎn)因素，保障產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、提高產(chǎn)品安全性。同時(shí)收集客戶(hù)需求并進(jìn)行篩選和理解，結(jié)合當(dāng)前行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手信息、客戶(hù)群信息、國(guó)家宏觀政策、渠道信息、市場(chǎng)信息和內(nèi)部需求進(jìn)行整理，通過(guò)分解和分析、過(guò)濾，提煉出符合企業(yè)發(fā)展規(guī)劃和用戶(hù)需要的需求，從而保證需求的準(zhǔn)確性。通過(guò)PLM系統(tǒng)需求管理，公司從源頭提高設(shè)計(jì)效率，增加設(shè)計(jì)創(chuàng)新，量化的需求管理可以滿(mǎn)足全生命周期的追溯。

圖13 需求的滿(mǎn)足度展示

圖14 自動(dòng)生成文檔

4 結(jié)束語(yǔ)

借助PLM系統(tǒng)進(jìn)行安全認(rèn)證流程和需求追蹤體系的管理，可把大量無(wú)規(guī)律、雜亂無(wú)章的各種需求文檔充分條目化，并使所有需求條目與系統(tǒng)功能關(guān)聯(lián)映射。實(shí)現(xiàn)需求全追溯;實(shí)現(xiàn)需求驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)各流程;實(shí)現(xiàn)需求覆蓋率等參數(shù)全部可量化，從而滿(mǎn)足安全認(rèn)證的要求。

［1］ 朱戰(zhàn)備.產(chǎn)品生命周期管理－－PLM的理論與實(shí)務(wù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

［2］ 高柏.高鐵與中國(guó)21世紀(jì)大戰(zhàn)略［M］.北京:社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社，2012.

［3］ 烏爾里希·森德勒.工業(yè)4.0［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

PLM Contributing to Safety Certification Process and Requirements Traceability System

JIA Jianrong，GAN Dunwen
(Locomotive＆Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

This paper briefly describes the relationship between safety certification and requirements management，emphasizes that requirements management is the important part of product information management，and realizes the overall process of product safety certification from requirements confirmation to final product validation.This paper also realizes the association and mapping of the user requirements and system requirements in PLM system，as well as the requirement decomposition，management and tracking.

PLM;safety certification;requirements;management

TH166

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.02.06

1008－7842(2015)02－0023－06

2—)女，高級(jí)工程師(

2015－02－09)