史妍妍,王桂華,劉慶東,隋巖峰,汪大海,韓秋冰
(中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所,沈陽(yáng)110015)
航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求管理方法研究
史妍妍,王桂華,劉慶東,隋巖峰,汪大海,韓秋冰
(中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所,沈陽(yáng)110015)
為在全生命周期內(nèi)保證“用戶和其他利益攸關(guān)者”的需求被充分理解和執(zhí)行,提出以產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)PBS為基礎(chǔ),構(gòu)建航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求管理的瀑布型模型。將復(fù)雜的航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求管理工作模塊化,制定以產(chǎn)品符合性為目標(biāo)的需求管理流程,并以該流程為依托提出航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求管理方法。該方法提升了全生命周期內(nèi)的需求管理能力,為航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的成功研制提供了有力保障。
需求管理;全生命周期;產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu);產(chǎn)品符合性;技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)
標(biāo)的需求管理流程,并以該流程為依托提出航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求管理方法。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制過(guò)程是1項(xiàng)跨地域、跨企業(yè)、跨學(xué)科高度協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)工程,具有技術(shù)難、周期長(zhǎng)、投入大的特點(diǎn),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)[1-4]。早在20世紀(jì)80年代中期,美國(guó)蘭德公司就根據(jù)美國(guó)參謀長(zhǎng)聯(lián)席會(huì)議的要求研究了武器研制中的需求管理技術(shù),以實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略需求和使用武器需求的融合。航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求管理的目的,是在全生命周期內(nèi)保證“用戶和其它利益攸關(guān)者”的需求被充分理解和執(zhí)行,保證研制過(guò)程中的產(chǎn)品符合性好,同時(shí)支持航空發(fā)動(dòng)機(jī)及其技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)的驗(yàn)證和確認(rèn)工作[5-6]。
本文以產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)(PBS)為基礎(chǔ),提出航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求管理的瀑布型模型,制定以產(chǎn)品符合性為目
航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求管理模型是以PBS(如圖1所示)為基礎(chǔ),根據(jù)各層級(jí)技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)(CI)之間的需求承接關(guān)系,形成自上而下的瀑布型需求管理模型,從而將復(fù)雜的航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求管理工作模塊化。1個(gè)技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)CI,就是1個(gè)需求管理工作單元。
根據(jù)瀑布型需求管理模型(如圖2所示),航空發(fā)動(dòng)機(jī)至少包括2個(gè)需求管理層級(jí),即產(chǎn)品層和部件系統(tǒng)層,并隨著研制工作的推進(jìn)逐漸發(fā)展到底層(零件級(jí))的技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)。
產(chǎn)品層承接用戶等全部利益攸關(guān)者的需求,并實(shí)現(xiàn)對(duì)部件系統(tǒng)層中技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)的需求分配。如果部件系統(tǒng)層中的技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)即為底層的技術(shù)狀態(tài)項(xiàng),則不需要向下一層繼續(xù)分解需求,反之將逐級(jí)向下分解需求,直至底層的技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)。
在航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品研發(fā)中的每個(gè)技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)CI都要實(shí)現(xiàn)“利益攸關(guān)者需求→系統(tǒng)需求→設(shè)計(jì)→產(chǎn)品”的轉(zhuǎn)化[7]。為保證轉(zhuǎn)化過(guò)程中的產(chǎn)品符合性,需進(jìn)行的技術(shù)活動(dòng)包括需求確認(rèn)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、產(chǎn)品檢驗(yàn)、產(chǎn)品驗(yàn)證及產(chǎn)品確認(rèn),如圖3所示。需求管理流程的構(gòu)建原則是涵蓋上述技術(shù)活動(dòng),并保證上述技術(shù)活動(dòng)的有效性。
需求管理流程主要包括依次進(jìn)行的5項(xiàng)技術(shù)活動(dòng)(如圖4所示),即利益攸關(guān)者需求定義、需求分析、需求確認(rèn)、需求分配、需求驗(yàn)證,在產(chǎn)品全生命周期中以迭代、遞歸的方式動(dòng)態(tài)進(jìn)行。該流程描述了每層級(jí)中的每個(gè)技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)CI必須執(zhí)行的技術(shù)活動(dòng),符合相關(guān)構(gòu)建原則,能支持有效且一致的航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求管理工作。
需求管理方法是需求管理流程順利進(jìn)行的保證,規(guī)定利益攸關(guān)者的需求定義、需求分析、需求確認(rèn)、需求分配、需求驗(yàn)證5項(xiàng)技術(shù)活動(dòng)的實(shí)施過(guò)程。
3.1 需求定義
利益攸關(guān)者需求定義根據(jù)用戶及其他利益攸關(guān)者的要求、期待的服務(wù)以及具體項(xiàng)目任務(wù)目標(biāo),定義特定條件下系統(tǒng)應(yīng)具備的能力[8-10]。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)及其技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)的典型利益攸關(guān)者包括用戶、上層系統(tǒng)、相關(guān)系統(tǒng)、相關(guān)規(guī)定、組織決策者、生產(chǎn)系統(tǒng)、運(yùn)行系統(tǒng)、維護(hù)系統(tǒng)和保障系統(tǒng)等。盡可能全面、完整地識(shí)別出全部利益攸關(guān)者,是成功開(kāi)展利益攸關(guān)者需求定義及系統(tǒng)研制工作的基礎(chǔ)。
在嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定(如國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)、適航認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn))的同時(shí),技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)的研制主體應(yīng)與利益攸關(guān)者積極溝通。一方面盡可能全面捕獲利益攸關(guān)者的需求和特定的技術(shù)要求;另一方面與利益攸關(guān)者協(xié)商解決不切實(shí)際、互相矛盾、有歧義的需求。此外,場(chǎng)景分析也是引出利益攸關(guān)者需求的有效手段。
3.2 需求分析
需求分析是為保證最終能夠提供滿足利益攸關(guān)者需求的高品質(zhì)產(chǎn)品,從專業(yè)技術(shù)角度(包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配、試驗(yàn)、維護(hù))出發(fā),分析已定義的利益攸關(guān)者需求。即從研發(fā)者的視角闡述如何將利益攸關(guān)者需求轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)研發(fā)的技術(shù)要求,并嚴(yán)格保持系統(tǒng)需求(技術(shù)要求)與利益攸關(guān)者需求之間的追溯性[11-12]。
系統(tǒng)需求見(jiàn)表1,分為5類,每條系統(tǒng)需求都應(yīng)滿足如下條件[8]:
(1)必要。即每條需求應(yīng)以驗(yàn)證的形式產(chǎn)生必要的驗(yàn)證工作,包括制定驗(yàn)證方法、驗(yàn)證準(zhǔn)則,捕獲驗(yàn)證程序、驗(yàn)證結(jié)果。
(2)可獨(dú)立實(shí)施。即針對(duì)每條需求制定的驗(yàn)證方法、驗(yàn)證程序的實(shí)施辦法,不需要依賴除研制中的本航空發(fā)動(dòng)機(jī)及相關(guān)設(shè)備之外的其它系統(tǒng)。
(3)清晰、簡(jiǎn)潔。即需求的語(yǔ)言表達(dá)應(yīng)該易于理解,無(wú)歧義且不需要過(guò)多的解釋。
(4)完整。即需求的技術(shù)描述應(yīng)該是完整的,具備明確的性能測(cè)量指標(biāo)MOP(Measures of Performance)。
(5)一致。即需求的技術(shù)描述應(yīng)與適用的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等文件相一致。
(6)可實(shí)現(xiàn)。即每條需求在后續(xù)設(shè)計(jì)及其它研制工作中都應(yīng)該是可實(shí)現(xiàn)的。
(7)可追溯。即每條需求都能追溯到明確的需求來(lái)源,如利益攸關(guān)者需求。
(8)可驗(yàn)證。即制定的驗(yàn)證方法、驗(yàn)證程序在該項(xiàng)目實(shí)施中應(yīng)該是可實(shí)現(xiàn)的,對(duì)相關(guān)的驗(yàn)證設(shè)備、人員及相關(guān)技術(shù)能力均進(jìn)行了充分考慮。
表1 需求分類
根據(jù)需求類型及功能邏輯關(guān)系,將需求分組并制定系統(tǒng)的驗(yàn)證工作計(jì)劃,包括驗(yàn)證的責(zé)任主體、驗(yàn)證策略以及具體驗(yàn)證工作安排[9]。
3.3 需求確認(rèn)
需求確認(rèn)是確認(rèn)已分析的系統(tǒng)需求集合可以滿足利益攸關(guān)者的需求,以識(shí)別缺失、矛盾及不正確的需求。需求確認(rèn)應(yīng)該在設(shè)計(jì)活動(dòng)開(kāi)始之前進(jìn)行,以保證驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)活動(dòng)的所有需求是正確、完整的。同時(shí)制定系統(tǒng)的確認(rèn)計(jì)劃,為系統(tǒng)確認(rèn)提供必要依據(jù)。
該需求集提供了系統(tǒng)的概念方案描述,為判斷該需求集是否滿足利益攸關(guān)者需求,應(yīng)從2方面確認(rèn):
(1)確認(rèn)該需求集提供的概念方案描述,能夠滿足由利益攸關(guān)者需求確定的特定條件下系統(tǒng)應(yīng)具備的能力說(shuō)明。
(2)確認(rèn)該需求集提供的概念方案描述,在由利益攸關(guān)者需求確定的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)約束條件之內(nèi)。
3.4 需求分配
需求分配是定義或識(shí)別滿足已確認(rèn)需求集的系統(tǒng)物理架構(gòu)(或參考物理架構(gòu)),同時(shí)逐級(jí)向各技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)分配需求的過(guò)程。需求分配通常與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作并行開(kāi)展[13]。
3.4.1 定義系統(tǒng)的功能架構(gòu)
根據(jù)已確認(rèn)的系統(tǒng)功能,進(jìn)行功能分析以識(shí)別實(shí)現(xiàn)該功能所需的所有功能單元,明確各功能單元之間以及功能單元與外部系統(tǒng)之間的關(guān)系和接口,每個(gè)層級(jí)上的功能分析工作進(jìn)行到支持該功能單元集成所需的深度。該功能分析工作在各層級(jí)系統(tǒng)上迭代、遞歸進(jìn)行,直至識(shí)別出最底層的功能單元,形成系統(tǒng)的功能架構(gòu)。
3.4.2 定義系統(tǒng)的物理架構(gòu)
按照功能架構(gòu)向每個(gè)功能單元分配需求,包括已確認(rèn)的系統(tǒng)需求(含功能需求、性能需求、接口需求、約束需求和非功能需求)、功能架構(gòu)設(shè)計(jì)中的衍生需求。根據(jù)分配給每個(gè)功能單元的全部需求,識(shí)別并優(yōu)選可承擔(dān)相應(yīng)任務(wù)的物理的組成單元,即技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)。確定各技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)之間的接口定義及集成準(zhǔn)則,從而定義系統(tǒng)的物理架構(gòu)。
3.4.3 確認(rèn)物理架構(gòu)
物理架構(gòu)的確認(rèn)包括2方面:確認(rèn)該物理架構(gòu)承接了全部系統(tǒng)需求,可作為設(shè)計(jì)活動(dòng)的依據(jù);確認(rèn)分配到各技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)的需求是合理、必要的,能夠?yàn)榧夹g(shù)狀態(tài)項(xiàng)的實(shí)施、驗(yàn)證和確認(rèn)提供所需的技術(shù)定義。
3.5 需求驗(yàn)證
需求驗(yàn)證包括設(shè)計(jì)驗(yàn)證和產(chǎn)品驗(yàn)證2種方式,其主要目的是保持結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、最終產(chǎn)品與系統(tǒng)需求的一致性[14-15]。
設(shè)計(jì)驗(yàn)證的目的是早期識(shí)別設(shè)計(jì)錯(cuò)誤及與需求不一致的設(shè)計(jì)問(wèn)題,保證技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)的設(shè)計(jì)與已分配的需求一致。設(shè)計(jì)驗(yàn)證在系統(tǒng)工程V形生命周期模型的左支進(jìn)行,常用的驗(yàn)證方法包括理論分析、計(jì)算仿真分析、虛擬裝配及演示驗(yàn)證等。
產(chǎn)品驗(yàn)證的目的是檢查按設(shè)計(jì)要求構(gòu)建的產(chǎn)品滿足已分配的需求,常用的驗(yàn)證方法包括檢查(或檢驗(yàn))驗(yàn)證、檢測(cè)、裝配驗(yàn)證、試驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)品試用等。只有在真實(shí)部件被加工、裝配后,才能進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證,因此產(chǎn)品驗(yàn)證在系統(tǒng)工程V形生命周期模型的右支進(jìn)行。
根據(jù)需求分析中制定的驗(yàn)證工作計(jì)劃,同步捕獲驗(yàn)證程序、驗(yàn)證結(jié)果,并評(píng)估驗(yàn)證程序、驗(yàn)證結(jié)果與驗(yàn)證方法、需求內(nèi)容的符合狀態(tài),以及不符合項(xiàng)糾正活動(dòng)的數(shù)據(jù)信息。
(1)基于產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)PBS,提出了航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求管理工作的瀑布型模型,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求管理工作的模塊化。
(2)制定了以產(chǎn)品符合性為目標(biāo)的需求管理流程,并以該流程為依托提出了航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求管理的方法。該方法提升了全生命周期內(nèi)的需求管理能力,為航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的成功研制提供了有力保障。
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Research on Aircraft Requirements Management Method
SHI Yan-yan,WANG Gui-hua,LIU Qing-dong,SUI Yan-feng,WANG Da-hai,HAN Qiu-bing
(AECC Shenyang Engine Research Institute,Shenyang 10015,China)
In order to clearly make the requirements from users and other stakeholders be understood and implemented in the full life-cycle,based on product breakdown structure,it was proposed to set the waterfall model of aircraft requirements management,modularize the complicated aircraft requirements management work and formulate the requirements management process with aim of product conformity,rely on the process formed aircraft requirements management method.The method improves the ability of requirements management in the full life-cycle,which guarantees the success of the development of aeroengine.
requirements management;full life-cycle;product breakdown structure;product conformity;technical condition
V 37
A
10.13477/j.cnki.aeroengine.2017.01.016
2016-07-18 基金項(xiàng)目:國(guó)家重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目資助
史妍妍(1980),女,博士,高級(jí)工程師,從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)體系建設(shè)和技術(shù)評(píng)審工作;E-mail:83878050@qq.com。
史妍妍,王桂華,劉慶東,等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)需求管理方法研究[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī),2017,43(1):91-94.SHIYanyan,WANGGuihua,LIUQingdong,etal.Researchonaircraftrequirementsmanagementmethod[J].Aeroengine,2017,43(1):91-94.
(編輯:栗樞)