■ 季雁 李志敏 / 中國(guó)航發(fā)商發(fā)

在競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的市場(chǎng)環(huán)境下，市場(chǎng)、客戶、適航等相關(guān)利益方的需求對(duì)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制牽引的重要性日益凸顯，也對(duì)研發(fā)者基于需求驅(qū)動(dòng)的正向設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)研制特點(diǎn)的需求管理體系顯得尤為必要。

在《民用飛機(jī)及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)指南》（SAE ARP 4754A）中，提出了在民用飛機(jī)及其系統(tǒng)研制過(guò)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(rèn)及驗(yàn)證的要求。民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)具有高可靠性、高安全性、低耗油率、低污染、低噪聲、長(zhǎng)壽命等技術(shù)特點(diǎn)，使得研制的技術(shù)難度高、項(xiàng)目投入大、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、服役時(shí)間跨度大，發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)應(yīng)借鑒民機(jī)研制對(duì)需求管理的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)研制的特點(diǎn)消化吸收，對(duì)客戶、市場(chǎng)及適航法規(guī)等外部利益攸關(guān)者的要求進(jìn)行持續(xù)地捕獲、分析和管理，確保產(chǎn)品的研制過(guò)程始終遵循正確的需求，避免因需求問(wèn)題引起研制進(jìn)度拖延、經(jīng)費(fèi)增長(zhǎng)、設(shè)計(jì)反復(fù)或開(kāi)發(fā)出不符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品等被動(dòng)局面。

需求管理的通用活動(dòng)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(shí)現(xiàn)從需求的引出到最終被驗(yàn)證的全過(guò)程的動(dòng)態(tài)管理。需求管理活動(dòng)通常包含需求的捕獲、分析、定義、確認(rèn)、分解/分配、驗(yàn)證、變更以及狀態(tài)跟蹤等（如圖1所示），各項(xiàng)活動(dòng)的主要目的如下。

圖1 需求管理活動(dòng)示意圖

一是需求捕獲，保證需求完整性的重要活動(dòng)，一般要求在項(xiàng)目初期應(yīng)識(shí)別與項(xiàng)目有關(guān)的所有利益相關(guān)方，并獲取利益相關(guān)方對(duì)產(chǎn)品的要求。二是需求分析，實(shí)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(jì)的技術(shù)視角的需求。三是需求定義，撰寫(xiě)需求文檔，通過(guò)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(rèn)，確保需求的正確性、必要性、完整性，即保證所設(shè)計(jì)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(gè)子系統(tǒng)中。六是需求驗(yàn)證，通過(guò)驗(yàn)證活動(dòng)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(yàn)證證據(jù)。七是需求跟蹤，動(dòng)態(tài)跟蹤不同層級(jí)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(shí)跟蹤需求的驗(yàn)證、確認(rèn)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(píng)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(shí)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(dòng)開(kāi)展之前，需求管理策劃是產(chǎn)品或系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中所有需求管理工作開(kāi)展的頂層依據(jù)，就是在項(xiàng)目研制初期，通過(guò)制訂需求管理策劃，明確需求管理的組織和職責(zé)、使用的需求管理工具或平臺(tái)、明確項(xiàng)目的需求層級(jí)架構(gòu)，從而達(dá)到規(guī)范化地開(kāi)展需求管理活動(dòng)的目的。

結(jié)合需求管理策劃和通用活動(dòng)，大致可以確定民用發(fā)動(dòng)機(jī)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(kāi)展發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的需求分析與定義；在概念設(shè)計(jì)階段，主要開(kāi)展部件及系統(tǒng)級(jí)的需求分析與定義；在初步設(shè)計(jì)及詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，主要開(kāi)展部件及系統(tǒng)級(jí)需求驗(yàn)證及確認(rèn)；在制造與驗(yàn)證階段，主要開(kāi)展產(chǎn)品整機(jī)級(jí)需求的驗(yàn)證及確認(rèn)。在產(chǎn)品的整個(gè)研制過(guò)程中，需求與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)緊密耦合，需求的變更也將貫穿于整個(gè)研制過(guò)程。

需求管理的要素

需求管理組織機(jī)構(gòu)

需求管理組織機(jī)構(gòu)是實(shí)施需求管理的責(zé)任主體，在型號(hào)設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)就對(duì)組織機(jī)構(gòu)的職責(zé)權(quán)限以及組織中的角色與職責(zé)予以明確，對(duì)于需求管理的順利實(shí)施十分重要。需求管理的組織機(jī)構(gòu)一般可以有兩種不同的設(shè)置方式：一種是定義一個(gè)統(tǒng)一的組織對(duì)各層級(jí)需求實(shí)施管理；另一種是可以分層級(jí)定義不同需求，分別對(duì)各層級(jí)需求實(shí)施管理，并定義各層級(jí)需求管理組織的職責(zé)、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(zhǔn)人及需求驗(yàn)證人員等，主要職責(zé)如下：需求管理員負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)需求的撰寫(xiě)、需求的追溯性建立，以及提出需求變更申請(qǐng)；需求審核人負(fù)責(zé)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(zhǔn)人負(fù)責(zé)需求文檔的批準(zhǔn)與發(fā)布；需求驗(yàn)證人員負(fù)責(zé)需求驗(yàn)證工作的策劃，以及需求的可驗(yàn)證性檢查。

需求定義

需求作為發(fā)動(dòng)機(jī)研制的設(shè)計(jì)輸入，具有明確、清晰、唯一、一致、獨(dú)立和可驗(yàn)證屬性。需求的質(zhì)量直接影響設(shè)計(jì)研發(fā)活動(dòng)的有效性和研發(fā)產(chǎn)品的質(zhì)量，在需求定義過(guò)程按照需求撰寫(xiě)要求（見(jiàn)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(dòng)機(jī)需求。

表1 需求撰寫(xiě)基本要求

圖3 需求層級(jí)架構(gòu)

需求追溯管理

對(duì)于民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)這類高度集成的復(fù)雜系統(tǒng)，無(wú)法直接基于頂層需求完成設(shè)計(jì)。因此，在獲取頂層需求后，須在發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)層面通過(guò)需求分析、分解和向下分配形成對(duì)下一層部件/系統(tǒng)的需求；同樣，在部件/系統(tǒng)層也應(yīng)開(kāi)展需求捕獲、分析等設(shè)計(jì)活動(dòng)，進(jìn)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(jí)架構(gòu)。在此過(guò)程中，可利用層級(jí)框架（如圖3所示）定義利益攸關(guān)者需求、產(chǎn)品級(jí)需求、發(fā)動(dòng)機(jī)部件/系統(tǒng)級(jí)需求以及子系統(tǒng)需求，必要時(shí)可繼續(xù)向下分解，分解的層級(jí)應(yīng)以便于管理追溯為目標(biāo)。

對(duì)于不同層級(jí)的需求，通過(guò)建立需求追溯鏈接，顯性化地定義每項(xiàng)需求與上層級(jí)需求之間的關(guān)系，確保需求均有依據(jù)，從而達(dá)到消除不必要的需求、降低設(shè)計(jì)成本的目的。一般情況下，一條上級(jí)需求可以對(duì)應(yīng)由多個(gè)下級(jí)需求來(lái)滿足。反之，當(dāng)多條上級(jí)需求由某一條下級(jí)需求滿足時(shí)需特別關(guān)注，應(yīng)檢查這些上級(jí)需求是否冗余、獨(dú)立，該條下級(jí)需求是否為一條簡(jiǎn)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(zhǔn)則為：從一個(gè)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(rèn)與驗(yàn)證矩陣

建立需求確認(rèn)矩陣的主要目的是合理策劃需求的確認(rèn)方法、分析需求的來(lái)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(rèn)狀態(tài)，表明需求的成熟度。在民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制過(guò)程中，應(yīng)動(dòng)態(tài)跟蹤需求在各階段的確認(rèn)狀態(tài)（一般的需求確認(rèn)矩陣見(jiàn)表2），直至項(xiàng)目研制結(jié)束時(shí)需求最終被全部確認(rèn)及滿足。

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

表2 需求確認(rèn)矩陣

表3 需求驗(yàn)證矩陣

圖4 需求管理各角色工作過(guò)程

需求變更管理

當(dāng)需求完成確認(rèn)并獲得批準(zhǔn)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(kāi)展需求的變更管理。變更管理包含評(píng)估需求變更的內(nèi)容是否合理、識(shí)別變更產(chǎn)生的影響，以及評(píng)估變更的可實(shí)現(xiàn)性。需求變更管理的要求通常包含以下幾方面：對(duì)需求以及需求變化進(jìn)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(píng)估需求變更的影響；跟蹤變更對(duì)產(chǎn)品/系統(tǒng)的影響。

需求管理實(shí)施應(yīng)用

本文以一型民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)項(xiàng)目的需求管理為例，對(duì)需求管理的實(shí)際操作加以說(shuō)明。該項(xiàng)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(kù)。在項(xiàng)目中需求管理的實(shí)施應(yīng)用主要包含以下兩個(gè)核心工作：一是利用DOORS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)研制需求的集中管控，結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)利益攸關(guān)者需求、發(fā)動(dòng)機(jī)級(jí)需求、部件/系統(tǒng)需求、驗(yàn)證計(jì)劃等信息；二是實(shí)施需求、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證文檔之間的全流程追溯跟蹤，建立“需求→設(shè)計(jì)→實(shí)現(xiàn)”以及“需求→驗(yàn)證”之間的雙向追溯關(guān)系，對(duì)項(xiàng)目需求進(jìn)行精細(xì)化管理。

該型號(hào)項(xiàng)目的需求管理組織設(shè)置統(tǒng)一的需求管理員，各層級(jí)分別配備需求工程師，包含需求編制人、審核人、驗(yàn)證人員、批準(zhǔn)人。由項(xiàng)目整機(jī)層級(jí)的需求審核人編寫(xiě)頂層需求管理策劃，描述在項(xiàng)目各階段需求管理的工作內(nèi)容和要求。需求管理員負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)規(guī)范化的撰寫(xiě)需求條目，開(kāi)展需求確認(rèn)并發(fā)布需求文檔。需求驗(yàn)證人員負(fù)責(zé)基于需求開(kāi)展驗(yàn)證策劃，跟蹤需求驗(yàn)證狀態(tài)。使用DOORS軟件作為需求數(shù)據(jù)庫(kù)，需求文檔的批準(zhǔn)發(fā)布后存儲(chǔ)于產(chǎn)品數(shù)據(jù)文檔管理系統(tǒng)供設(shè)計(jì)人員查看使用。該型號(hào)需求管理的工作過(guò)程如圖4所示。

結(jié)束語(yǔ)

在民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品研制領(lǐng)域，通過(guò)引入需求管理，在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)開(kāi)展需求的捕獲、分析、分解、確認(rèn)與驗(yàn)證等，對(duì)需求條目實(shí)施精細(xì)化管理，建立需求與設(shè)計(jì)、驗(yàn)證測(cè)試等數(shù)據(jù)之間的追溯關(guān)系，驅(qū)動(dòng)基于需求的正向設(shè)計(jì)，確保產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中“做正確的事”，對(duì)保證產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的質(zhì)量、進(jìn)度及要求的符合性均具有重大意義。