航空發動機需求管理方法研究

史妍妍，王桂華，劉慶東，隋巖峰，汪大海，韓秋冰

（中國航發沈陽發動機研究所，沈陽110015）

航空發動機需求管理方法研究

史妍妍，王桂華，劉慶東，隋巖峰，汪大海，韓秋冰

（中國航發沈陽發動機研究所，沈陽110015）

為在全生命周期內保證“用戶和其他利益攸關者”的需求被充分理解和執行，提出以產品分解結構PBS為基礎，構建航空發動機需求管理的瀑布型模型。將復雜的航空發動機需求管理工作模塊化，制定以產品符合性為目標的需求管理流程，并以該流程為依托提出航空發動機的需求管理方法。該方法提升了全生命周期內的需求管理能力，為航空發動機產品的成功研制提供了有力保障。

需求管理；全生命周期；產品分解結構；產品符合性；技術狀態項

0 引言

標的需求管理流程，并以該流程為依托提出航空發動機的需求管理方法。

航空發動機的研制過程是1項跨地域、跨企業、跨學科高度協同的復雜系統工程，具有技術難、周期長、投入大的特點，如何保證研制的最終產品能夠滿足客戶需求是研制單位面臨的重要挑戰[1-4]。早在20世紀80年代中期，美國蘭德公司就根據美國參謀長聯席會議的要求研究了武器研制中的需求管理技術，以實現戰略需求和使用武器需求的融合。航空發動機需求管理的目的，是在全生命周期內保證“用戶和其它利益攸關者”的需求被充分理解和執行，保證研制過程中的產品符合性好，同時支持航空發動機及其技術狀態項的驗證和確認工作[5-6]。

本文以產品分解結構（PBS）為基礎，提出航空發動機需求管理的瀑布型模型，制定以產品符合性為目

1 構建需求管理模型

航空發動機的需求管理模型是以PBS（如圖1所示）為基礎，根據各層級技術狀態項（CI）之間的需求承接關系，形成自上而下的瀑布型需求管理模型，從而將復雜的航空發動機需求管理工作模塊化。1個技術狀態項CI，就是1個需求管理工作單元。

根據瀑布型需求管理模型（如圖2所示），航空發動機至少包括2個需求管理層級，即產品層和部件系統層,并隨著研制工作的推進逐漸發展到底層（零件級）的技術狀態項。

產品層承接用戶等全部利益攸關者的需求，并實現對部件系統層中技術狀態項的需求分配。如果部件系統層中的技術狀態項即為底層的技術狀態項，則不需要向下一層繼續分解需求，反之將逐級向下分解需求，直至底層的技術狀態項。

2 制定需求管理流程

在航空發動機產品研發中的每個技術狀態項CI都要實現“利益攸關者需求→系統需求→設計→產品”的轉化[7]。為保證轉化過程中的產品符合性，需進行的技術活動包括需求確認、設計驗證、產品檢驗、產品驗證及產品確認，如圖3所示。需求管理流程的構建原則是涵蓋上述技術活動，并保證上述技術活動的有效性。

需求管理流程主要包括依次進行的5項技術活動（如圖4所示），即利益攸關者需求定義、需求分析、需求確認、需求分配、需求驗證，在產品全生命周期中以迭代、遞歸的方式動態進行。該流程描述了每層級中的每個技術狀態項CI必須執行的技術活動，符合相關構建原則，能支持有效且一致的航空發動機需求管理工作。

3 定義需求管理方法

需求管理方法是需求管理流程順利進行的保證，規定利益攸關者的需求定義、需求分析、需求確認、需求分配、需求驗證5項技術活動的實施過程。

3.1 需求定義

利益攸關者需求定義根據用戶及其他利益攸關者的要求、期待的服務以及具體項目任務目標，定義特定條件下系統應具備的能力[8-10]。

航空發動機及其技術狀態項的典型利益攸關者包括用戶、上層系統、相關系統、相關規定、組織決策者、生產系統、運行系統、維護系統和保障系統等。盡可能全面、完整地識別出全部利益攸關者，是成功開展利益攸關者需求定義及系統研制工作的基礎。

在嚴格遵守相關規定（如國家軍用標準、適航認證標準）的同時，技術狀態項的研制主體應與利益攸關者積極溝通。一方面盡可能全面捕獲利益攸關者的需求和特定的技術要求；另一方面與利益攸關者協商解決不切實際、互相矛盾、有歧義的需求。此外，場景分析也是引出利益攸關者需求的有效手段。

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者需求的高品質產品，從專業技術角度（包括設計、生產、裝配、試驗、維護）出發，分析已定義的利益攸關者需求。即從研發者的視角闡述如何將利益攸關者需求轉化為系統研發的技術要求，并嚴格保持系統需求（技術要求）與利益攸關者需求之間的追溯性[11-12]。

系統需求見表1，分為5類，每條系統需求都應滿足如下條件[8]：

（1）必要。即每條需求應以驗證的形式產生必要的驗證工作，包括制定驗證方法、驗證準則，捕獲驗證程序、驗證結果。

（2）可獨立實施。即針對每條需求制定的驗證方法、驗證程序的實施辦法，不需要依賴除研制中的本航空發動機及相關設備之外的其它系統。

（3）清晰、簡潔。即需求的語言表達應該易于理解，無歧義且不需要過多的解釋。

（4）完整。即需求的技術描述應該是完整的，具備明確的性能測量指標MOP（Measures of Performance）。

（5）一致。即需求的技術描述應與適用的標準、規范等文件相一致。

（6）可實現。即每條需求在后續設計及其它研制工作中都應該是可實現的。

（7）可追溯。即每條需求都能追溯到明確的需求來源，如利益攸關者需求。

（8）可驗證。即制定的驗證方法、驗證程序在該項目實施中應該是可實現的，對相關的驗證設備、人員及相關技術能力均進行了充分考慮。

表1 需求分類

根據需求類型及功能邏輯關系，將需求分組并制定系統的驗證工作計劃，包括驗證的責任主體、驗證策略以及具體驗證工作安排[9]。

3.3 需求確認

需求確認是確認已分析的系統需求集合可以滿足利益攸關者的需求，以識別缺失、矛盾及不正確的需求。需求確認應該在設計活動開始之前進行，以保證驅動設計活動的所有需求是正確、完整的。同時制定系統的確認計劃，為系統確認提供必要依據。

該需求集提供了系統的概念方案描述，為判斷該需求集是否滿足利益攸關者需求，應從2方面確認：

（1）確認該需求集提供的概念方案描述，能夠滿足由利益攸關者需求確定的特定條件下系統應具備的能力說明。

（2）確認該需求集提供的概念方案描述，在由利益攸關者需求確定的系統開發約束條件之內。

3.4 需求分配

需求分配是定義或識別滿足已確認需求集的系統物理架構（或參考物理架構），同時逐級向各技術狀態項分配需求的過程。需求分配通常與結構設計工作并行開展[13]。

3.4.1 定義系統的功能架構

根據已確認的系統功能，進行功能分析以識別實現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之間的關系和接口，每個層級上的功能分析工作進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系統上迭代、遞歸進行，直至識別出最底層的功能單元，形成系統的功能架構。

3.4.2 定義系統的物理架構

按照功能架構向每個功能單元分配需求，包括已確認的系統需求（含功能需求、性能需求、接口需求、約束需求和非功能需求）、功能架構設計中的衍生需求。根據分配給每個功能單元的全部需求，識別并優選可承擔相應任務的物理的組成單元，即技術狀態項。確定各技術狀態項之間的接口定義及集成準則，從而定義系統的物理架構。

3.4.3 確認物理架構

物理架構的確認包括2方面：確認該物理架構承接了全部系統需求，可作為設計活動的依據；確認分配到各技術狀態項的需求是合理、必要的，能夠為技術狀態項的實施、驗證和確認提供所需的技術定義。

3.5 需求驗證

需求驗證包括設計驗證和產品驗證2種方式，其主要目的是保持結構設計、最終產品與系統需求的一致性[14-15]。

設計驗證的目的是早期識別設計錯誤及與需求不一致的設計問題，保證技術狀態項的設計與已分配的需求一致。設計驗證在系統工程V形生命周期模型的左支進行，常用的驗證方法包括理論分析、計算仿真分析、虛擬裝配及演示驗證等。

產品驗證的目的是檢查按設計要求構建的產品滿足已分配的需求，常用的驗證方法包括檢查（或檢驗）驗證、檢測、裝配驗證、試驗驗證、產品試用等。只有在真實部件被加工、裝配后，才能進行產品驗證，因此產品驗證在系統工程V形生命周期模型的右支進行。

根據需求分析中制定的驗證工作計劃，同步捕獲驗證程序、驗證結果，并評估驗證程序、驗證結果與驗證方法、需求內容的符合狀態，以及不符合項糾正活動的數據信息。

4 結束語

（1）基于產品分解結構PBS，提出了航空發動機需求管理工作的瀑布型模型，實現了復雜的航空發動機需求管理工作的模塊化。

（2）制定了以產品符合性為目標的需求管理流程，并以該流程為依托提出了航空發動機需求管理的方法。該方法提升了全生命周期內的需求管理能力，為航空發動機產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 基金項目：國家重大基礎研究項目資助

史妍妍（1980），女，博士，高級工程師，從事航空發動機研發體系建設和技術評審工作；E-mail：83878050@qq.com。

史妍妍，王桂華，劉慶東，等.航空發動機需求管理方法研究[J].航空發動機，2017,43（1）：91-94.SHIYanyan，WANGGuihua，LIUQingdong，etal.Researchonaircraftrequirementsmanagementmethod[J].Aeroengine，2017,43（1）：91-94.

（編輯：栗樞）