一種基于需求工程思想的民用飛機需求確認方法

王 躍 / WANG Yue

(上海飛機設(shè)計研究院，上海 201210)

一種基于需求工程思想的民用飛機需求確認方法

王 躍 / WANG Yue

(上海飛機設(shè)計研究院，上海 201210)

依據(jù)民用飛機在產(chǎn)品開發(fā)過程中需求如何確認的現(xiàn)實需求，定義了一種基于需求工程思想的民用飛機需求確認的方法。該方法一方面引入了需求工程的思想，一方面在不破壞原有設(shè)計要素的前提下，同時利用設(shè)計方案作為兩者溝通、融合的載體，有效實現(xiàn)了“需求是牽引，設(shè)計是根本”的現(xiàn)代民機產(chǎn)品開發(fā)理念。該方法和流程在民機型號的概念設(shè)計工作中得到應(yīng)用，取得了較好的實踐效果。為了能夠?qū)ο嚓P(guān)的工程設(shè)計工作提供可參考和借鑒的經(jīng)驗，以飛機起飛場長為例，對該需求的確認過程進行了詳細剖析，進一步闡述這種設(shè)計方法的關(guān)鍵點和核心思想。

民機；需求；捕獲；分析；確認；起飛場長

0 引言

需求工程是現(xiàn)代民機發(fā)展的產(chǎn)物，是伴隨著微電子、通信導航、信息傳輸、電傳控制等先進系統(tǒng)的大規(guī)模集成和應(yīng)用發(fā)展起來的，其核心思想是“需求”和“需求管理”，這也是區(qū)別于傳統(tǒng)的基于結(jié)果設(shè)計思想的不同之處。

中國的民用飛機發(fā)展歷程坎坷且不連續(xù)，真正的型號發(fā)展起步更晚，飛機的設(shè)計思想多移植于軍用飛機，與世界上先進民用飛機設(shè)計思想的發(fā)展脫節(jié)，與國際上的主流飛機制造商的能力相比存在較大的差距。

經(jīng)過近20年努力與發(fā)展，中國民機產(chǎn)業(yè)已經(jīng)清楚地認識到與國際先進水平的差距，在歷經(jīng)支線、單通道客機工程型號的洗禮后，先進的設(shè)計思想也逐步被引進、消化、吸收并推廣到設(shè)計之中。本文運用需求工程的設(shè)計思想，定義了一種在民機概念設(shè)計階段基于需求工程思想的民用飛機需求確認方法和流程，并成功地應(yīng)用到實際工程型號的設(shè)計工作之中，取得了很好的實際效果，具有一定的工程借鑒與推廣價值。

1 現(xiàn)代民機需求工程研發(fā)思想簡介

現(xiàn)代民機需求工程的核心思想是“需求”和“需求管理”。需求是功能規(guī)范的可識別要素，可以對該要素進行確認，且可以驗證對應(yīng)的實施過程。在產(chǎn)品的全壽命周期中，需求管理以可追溯的、一致的、相關(guān)的和可驗證的方式，對需求及其相關(guān)文件進行引用、識別、開發(fā)、管理和控制。需求管理通過對更改的分配、驗證、調(diào)整和控制，來確保解決方案滿足相關(guān)方的需求和期望。

需求是飛機和系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，所有設(shè)計圍繞需求來開展，牽引整個設(shè)計工作。如果需求不正確、不完整、不一致，就可能導致飛機功能缺失、無法達到既定的性能等，給產(chǎn)品造成重大的影響。因此，本文的內(nèi)容也是重點聚焦于需求確認這一過程，見圖1的紅框區(qū)。希望通過一個具體指標的實際操作來進一步細化這一流程，固化成一種可操作的方法，同時也給其他的需求提供一種參考和借鑒。

2 基于需求工程思想的民用飛機需求確認方法

基于需求工程的設(shè)計思想雖然在很多產(chǎn)業(yè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，并且取得了很好的效果，比如汽車行業(yè)。但是該設(shè)計思想真正引入民機設(shè)計時間不長，應(yīng)用則更短，這一方面是由于民機產(chǎn)業(yè)有其發(fā)展的自身規(guī)律，另一方面也是受制于整個業(yè)界對民機的認知水平。

在民機產(chǎn)品開發(fā)中引入需求工程思想的初衷是看到其自身的優(yōu)勢，即以需求牽引設(shè)計，明晰上下游輸入輸出，利于設(shè)計過程管控等。在引入的同時并不是要摒棄原先的設(shè)計體系、方法，另起爐灶，而是要將兩者有效地結(jié)合起來，取長補短，更好地發(fā)揮其各自領(lǐng)域內(nèi)的優(yōu)勢，實現(xiàn)“1+1≥2”的效果。

在原有的設(shè)計體系內(nèi)引入新的設(shè)計思想，就好比“中國的改革開放”，既不能動搖原先的設(shè)計基礎(chǔ)，又必須打破某些僵化的、制約產(chǎn)品開發(fā)的環(huán)節(jié)，有很大的難度。通過對國外先進民機制造商設(shè)計體系的研究，同時結(jié)合對現(xiàn)有的設(shè)計體系的梳理，提出如下的基本原則：

1)不破壞原有的設(shè)計要素，設(shè)計是產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)、根本；

2)增加需求牽引設(shè)計的要素，使設(shè)計工作真正成為面向需求、面向市場的設(shè)計；

3)“需求”要融入設(shè)計，成為設(shè)計的一部分，能夠支撐、助力設(shè)計工作。

經(jīng)過在型號工作上的摸索和實踐，在滿足以上原則的基礎(chǔ)上，歸納提出了如下的需求確認方法及流程，如圖2所示。整個需求的確認過程中，分為三步，即需求捕獲、需求分析、需求確認。

需求捕獲是產(chǎn)品開發(fā)的源頭，同時面向市場、用戶、設(shè)計、制造、客服等所有相關(guān)行業(yè)。其最大的特點是需求源于發(fā)起方，發(fā)起方更加關(guān)注的是產(chǎn)品的外在屬性或特性，而更多地忽略產(chǎn)品本身的構(gòu)造、原理等內(nèi)在屬性。正是由于上述的特點，在需求捕獲環(huán)節(jié)獲取的需求，一般只是一種帶有趨向性的需求，這種需求與產(chǎn)品開發(fā)過程中執(zhí)行的需求有較大差別，特別是在需求的完整性、正確性、可行性等方面，還不具備成為真正意義上產(chǎn)品開發(fā)過程中所定義的“需求”。為了合理地實現(xiàn)需求的傳遞、轉(zhuǎn)化，就需要開展產(chǎn)品開發(fā)中最為關(guān)鍵的一步工作——需求分析。

需求分析一頭牽著市場(需求利益攸關(guān)方的源頭)，一頭牽著設(shè)計，同時還要將兩者有機的融合起來，成為真正產(chǎn)品方案中可操作、可執(zhí)行的需求。為了實現(xiàn) “橋梁”作用，這其中對“需求發(fā)起方”的分析工作就成為關(guān)鍵，一則是整個需求工程思想的核心思想體現(xiàn)，二則是能否成為牽引設(shè)計的關(guān)鍵。此外，在需求分析中，傳統(tǒng)的設(shè)計要素依然是基礎(chǔ)，其一方面開展對競爭機的分析與評估，另一方面結(jié)合自身的技術(shù)儲備，提出初始方案或方案設(shè)想。在實際的操作過程中，需求發(fā)起方的工作和需求影響方的工作是交互的，由于雙方是平行的，這種交互快速而高效。產(chǎn)品方案是整個需求的載體，是所有需求分析工作的平臺。

圖2 基于需求工程的指標確認方法流程圖

最后一步是需求確認，這一步主要是通過產(chǎn)品方案這根紐帶，一方面將需求從源頭到產(chǎn)品開發(fā)之間建立起有效的聯(lián)系，一方面也是實現(xiàn)需求的真正“落地”。

3 在工程型號中的實際應(yīng)用

需求是產(chǎn)品開發(fā)的基石，在整個設(shè)計過程中，需求也是逐層分解、傳遞的，需求數(shù)量極為龐大。為了能更清楚地對這種方法進行說明，下面將以工程型號中 “飛機起飛場長”這條需求為例來進一步闡述。

3.1 飛機起飛場長簡述

對于飛機的起飛場長，《運輸類飛機適航標準》中有明確的條款要求，經(jīng)過梳理，具體內(nèi)容如下。

1)起飛距離

對于給定的運行條件(溫度、氣壓高度、重量等)：

(1)干跑道上的起飛距離大于以下值：

TODN-1干等于從松剎車開始到飛機高于起飛表面上空35ft所覆蓋的距離，假設(shè)關(guān)鍵發(fā)動機的故障在VEF時發(fā)生，在V1時被判明。

1.15TODN干等于115% 的從松剎車開始到飛機高于起飛表面上空35ft所覆蓋的距離，假設(shè)所有發(fā)動機都工作。

(2)濕跑道上的剎車距離大于以下值：

TOD干等于干跑道上的起飛距離；

TODN-1濕等于從松剎車開始到飛機高于起飛表面上空15ft所覆蓋的距離，確保飛機在起飛表面上空達到35ft之前就達到V2速度，假設(shè)關(guān)鍵發(fā)動機的故障在VEF時發(fā)生，在V1時被判明。

2)加速停止距離

(1)干跑道上的加速停止距離大于以下值：

ASDN-1干等于以下所需具體之和：

①所有飛機都工作時將飛機加速到VEF；

②假定關(guān)鍵發(fā)動機在VEF發(fā)生故障而且飛行員在V1時采取了第一個中斷起飛的動作，從VEF加速到V1；

③飛機完全停下來；

④加上恒定的以V1速度運動2 s所覆蓋的距離；

ASDN干等于以下所需具體之和：

①所有飛機都工作時將飛機加速到V1；

②假定飛行員在V1時采取了第一個中斷起飛的動作；

③在所有發(fā)動機都工作時達到飛機完全停下來；

④加上恒定的以V1速度運動2 s所覆蓋的距離；

(2)濕跑道上的加速停止距離大于以下值：

ASD干。

ASDN-1濕等于除了跑道是濕的以外，定義與ASDN-1干相同。

ASDN濕等于除了跑道是濕的以外，定義與ASDN干相同。

圖3 平衡場長示意圖

3)平衡場長的定義

對于一定的起飛重量，決斷速度V1的增加，都會引起飛機TODN-1的減少，以及ASD的增加，如圖3所示。其主要原因是V1的增加意味著雙發(fā)加速的時間更長，這樣會使得一發(fā)故障后的起飛距離更短，但是中斷起飛的距離增加。在某一個決斷速度V1下，會出現(xiàn)TODN-1和ASD相等的情況，其對應(yīng)的距離就定義為平衡場長。由于平衡場長反應(yīng)了起飛階段的多種情況，具有很強的實際價值，因此，在工程設(shè)計中，一般選取平衡場長作為起飛場長的評估對象。

3.2 需求捕獲

初始需求：起飛場長(MTOW， SL，ISA+15 °C)：≤Am。

調(diào)研客戶：意向航空公司，意向航空租賃公司。

客戶意見：較短的起飛場長有利于覆蓋更多的機場，市場更廣。

3.3 需求分析

本節(jié)將分別對引入需求工程之前的設(shè)計方法和引入需求工程之后的設(shè)計方法在實際的設(shè)計工作中表現(xiàn)的情況進行說明，通過對比，可以更加清楚地看出兩種方法的區(qū)別，及后者帶來的好處。

1)引入需求工程思想之前的設(shè)計方法的開展情況

捕獲的需求直接進入設(shè)計專業(yè)，方案團隊開展設(shè)計工作，通過一輪的設(shè)計評估后發(fā)現(xiàn)如下主要技術(shù)問題(在滿足此條需求的基礎(chǔ)上)：

(1)正常起飛推力偏大，飛機的推重比高于競爭機水平；

(2)正常起飛機推力接近備選發(fā)動機的最大能力，方案(含系列化)的設(shè)計魯棒性變差；

(3)正常起飛推力偏大，發(fā)動機壽命變短，維修經(jīng)濟性變差；

(4)若降低正常起飛推力，就需要加大增生裝置面積或采用復雜的雙縫襟翼。

以上的每一條技術(shù)問題，對方案都是有重大的影響，如果解決不好，最終的產(chǎn)品必定缺乏市場競爭力。

上述情況，是在原先的設(shè)計方法和體系中出現(xiàn)的一種非常典型的案例。遇到此種情況，往往需要各設(shè)計要素做大量的工作，來對需求的符合性開展設(shè)計。正是由于在整個需求確認過程中缺乏一個對需求發(fā)起方提出的需求進行深入分析的環(huán)節(jié)，導致用于設(shè)計的需求不準確，浪費了有限的設(shè)計資源，拖延了工程進度。

2)引入需求工程思想之后的設(shè)計方法

首先對需求進行利益攸關(guān)方的確認，見表1。

表1 利益攸關(guān)方

在確認完利益攸關(guān)方之后，按照需求發(fā)起方和需求影響方兩條主線并行開展工作。由于與需求發(fā)起方相關(guān)的“需求分析”工作是需求工程思想的核心部分，本文將重點介紹如何對需求發(fā)起方進行有效的分析，對客戶的需求進行翻譯，使之能夠反映出需求的本質(zhì)，對設(shè)計產(chǎn)生正面影響，主動的牽引設(shè)計，推進設(shè)計。

(1)對需求發(fā)起方的分析

具體分析思路：

①梳理出全球市場跑道長度在Am ～A+600 m的機場(有競爭機運營)；

②對梳理出的機場按地理位置劃分，確認是否有市場客戶或潛在客戶在此運營；

③針對有市場客戶或潛在客戶運營的機場，梳理出有此機場運營的實際航線；

④綜合上述內(nèi)容，用實際的數(shù)據(jù)來反映客戶的本質(zhì)需求。

經(jīng)過上述分析后，得出如下結(jié)果：

①市場客戶運營的航線暫無包含跑道長度在A+400 m以下的機場；

②潛在客戶運營的航線中，有涉及到A+400 m以下的機場，但這些機場運營的航線較短，飛機的起飛重量較小，因此也不構(gòu)成對飛機的限制；

③在開展實際的飛機設(shè)計中，飛機的起飛場長不大于A+400 m。

通過這一輪實際的分析，可以清晰的看出，市場客戶的需求往往是模糊的，不是精確的，只能反映出客戶的趨向性意見。在收集、整理好客戶的需求后，需要在客戶需求的趨勢下，做進一步客觀分析和研判，量化出 “需求”。

需要重點指出的是，本小節(jié)關(guān)于對需求發(fā)起方分析的內(nèi)容，看似簡單，但卻是原有設(shè)計方法和體系中缺失的一環(huán)。要讓這一環(huán)節(jié)真正發(fā)揮作用，需要在組織架構(gòu)和人員安排上進行保證。首先在組織架構(gòu)中要明確此項工作的承擔主體，其次在團隊人員的配置上需要既熟悉市場目標又對產(chǎn)品開發(fā)的現(xiàn)狀有充分了解的復合型人才。

(2)對需求影響方的分析

需求影響方的需求分析內(nèi)容與傳統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容一致，見圖2，其核心內(nèi)容是產(chǎn)品方案的設(shè)計，主要包括競爭機分析和技術(shù)儲備的評估。通過對需求發(fā)起方的分析，發(fā)現(xiàn)分析的初步結(jié)果和需求影響方分析的結(jié)論重合，且都落在一個合理可行的區(qū)間，這就為后續(xù)的需求確認提供了基礎(chǔ)。

3.4 需求確認

經(jīng)過詳細的需求分析之后，需求的載體——方案，合理可行。同時在原有設(shè)計流程中存在的技術(shù)問題也不復存在。最后確認需求如下：起飛場長(MTOW，SL，ISA+15 °C)≤A+400 m。

通過這一輪完整的需求確認過程，可以清楚的看到，需求分析是整個需求過程中的重要一環(huán)，需求要“落地”，要能牽引設(shè)計，這一環(huán)的工作必不可少。

4 結(jié)論

為了滿足民用飛機在產(chǎn)品開發(fā)過程中需求是如何確認的這一實際需要，總結(jié)和建立了一種基于需求工程思想的民用飛機需求確認的方法，并得到了如下結(jié)論：

1) 新的設(shè)計方法使得市場和設(shè)計的連接更加順暢和緊密。

2) 在新的設(shè)計方法中，需求和傳統(tǒng)的設(shè)計要素更加有效的組合在一起。有效的實現(xiàn)了“需求是牽引，設(shè)計是根本”的現(xiàn)代民機產(chǎn)品開發(fā)理念。

3) 新的設(shè)計方法已經(jīng)成功應(yīng)用在我國的民機設(shè)計過程中，有很高的借鑒價值。

[1] SAE. ARP4754A, Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems[S]. 2010，12.

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[5] DENIS Howe. Aircraft Conceptual Design Synthesis[M]. Great Britain: Antony Rowe Limited, Chippenham, Wiltshire, UK, 2000.

A Method of Civil Aircraft Requirements Validation Based on Requirements Project Principle

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)

A method of requirements validation is developed and defined to meet the needs of civil aircraft requirements validation in product development. Based on requirements project principle, this method will not affect the conventional design elements, and can effectively connect the requirements with design. It realizes the modern civil aircraft development concept, which is “requirement is the origin, design is the basis”. So far, the method has been successfully applied in civil aircraft aircraft development in China. Taking takeoff field length as an example, the validation process and the validation method of the requirements are detailed introduced in the study, with the hope of providing the experiences to other civil aircraft product design.

civil aircraft; requirements; capture; analysis; validation; takeoff field length

V221

A

10.19416/j.cnki.1674-9804.2017.04.015

王躍男，碩士，高級工程師。主要研究方向：飛機起落架布局設(shè)計、飛機發(fā)動機布局設(shè)計和飛機頂層設(shè)計要求體系；Tel：021-20865605；E-mail：wangyue@comac.cc