民用飛機需求變更管理研究

周璇 史肖飛

摘要：現代民用飛機項目采用基于需求的研發流程，在整個項目進展過程中，需求變更不可避免。作為設計的輸入，需求的變更可能帶來重大項目風險，因此需求變更管理在民用飛機項目中至關重要。本文解析了需求變更、需求工程與構型管理之間的關系，提出了根據成熟度實施需求變更控制的思想，給出了需求變更的流程，為工程人員更為深刻的認識需求變更具有指導意義。

關鍵詞：民用飛機;需求變更;需求管理;需求工程;構型控制

中圖分類號：V37 文獻標識碼：A

隨著現代民用飛機產品復雜性的急劇上升，傳統設計往往由于設計目標不夠明確、系統頂層要求不夠完善等，容易造成系統接口不清晰甚至接口丟失、團隊之間缺乏溝通、項目進度拖延、反復工作量大，直接導致項目成本增加甚至項目取消。

需求工程（Requirements Engineering，RE）始于20世紀60-70年代，早期主要應用于軟件工程領域[1]，是一種以需求為驅動的貫穿于系統研制全生命周期的系統研制和管理技術。民用飛機采用基于需求的研發流程，有利于產品研制的有序開展，有利于減少項目成本、降低項目風險，對項目的成功實施具有重大意義。目前，需求工程在現代民用飛機項目中的應用越來越受到人們的關注，尤其是一些國際大型飛機制造商或者系統供應商，需求工程技術已經成為產品研制所依據的基礎技術。

需求是對產品或流程在使用、功能、設計特征或約束等方面的一種形式化陳述，具有必要性、無歧義、可測試驗證等特征[2]。民用飛機的研制是一項長期、復雜、開放、集成度高的工程活動，期間必將產生數量龐大的需求[3]。在民用飛機研制過程中，隨著設計人員對產品功能的理解逐漸加深，方案的多輪迭代，新技術的推廣應用，甚至適航規章的不斷修訂，數量龐大的需求也必將不斷動態變化。作為設計依據和目標，需求的變更是飛機產品研制項目中突出的風險源。因此，需求變更管理在民用飛機研制過程中具有極其重要的作用。

1 需求變更概述

1.1 需求變更、需求工程與構型管理

需求變更是需求工程中需求管理的一項重要活動，圖1顯示出了需求變更、需求管理和需求工程的關系。其中，需求工程是在產品研制項目生命周期中實施基于需求的、以需求為驅動的工程流程，通過合適的語言和符號系統地描述和演進待開發的需求（包括功能、性能和約束等），并對需求進行管控。需求管理作為需求工程中的一部分，其目的是在研制各層級團隊、同一層級各聯合團隊之間建立對需求的共同理解，維護需求、設計和產品的一致性，并實現對需求變更的有效控制。而需求變更一般是在需求正式發布或建立需求基線之后，通過變更申請、評估、建議和實施的過程，確保需求的變更是必要的、影響分析是全面的、最終的實施是正確的。

另外，需求變更也是構型管理中構型控制的一項重要活動，圖2顯示出了需求變更、構型管理和需求工程的關系。其中，需求標識和需求基線是需求開發中需求定義以及構型管理中構型標識的公共活動。需求是產品構型信息的組成部分，因此，需求變更應該符合構型控制的原則和要求。

1.2 需求變更與需求工程其他活動的關系

在一個系統中，構成該系統的元素本身可能需要被當作系統來考慮，這種系統包含子系統的結構通常稱為系統層級結構。民用飛機產品通常包含項目級、飛機級、系統級、子系統級和設備級等多個層級。在民用飛機研制過程中，需求工程技術并不是使用一次即可丟掉，相反，這種技術在飛機研制的各個層級上都需要應用，且通常在某一系統層級內的多個子系統間是并行的。另外，根據所在的層級以及實際產品的復雜程度，可以對需要開展的活動進行適當裁剪。

圖3顯示出了在某一層級需求變更與圖1所示的其他需求工程活動之間的關系。

理想化的需求工程過程不包括需求變更，首先開展需求捕獲，需要獲取到的信息（稱為源需求）包括潛在的利益相關方、利益相關方的需要和期望、法律法規的約束、競爭產品的信息等。然后，通過需求分析對所捕獲到的信息進行排列、篩選、權衡、重新組織和進一步細化，從而使得源需求更加準確、有效，產品功能、性能目標更加明確、細化和完整。進而采用標準化的語言對需求進行描述，并與源需求或需求依據建立追溯性，完成需求定義。需求確認是對需求正確性和完整性的檢查，通常伴隨飛機項目里程碑的評審完成，作為后續設計、驗證的依據。需求驗證是指通過檢查、分析、測試等驗證方法表明設計方案、產品符合需求的過程。但是，在現實的民用飛機研制項目中，需求定義、需求確認甚至需求驗證之后都可能需要進行需求變更。另外，根據SAEARP4754A，需求確認計劃中應明確發生需求變更時，如何對需求進行重新確認和管理。

1.3 需求成熟度

隨著民用飛機研制工作的不斷深入進行，需求的成熟度逐漸提高。

（1）在需求得到正式確認之前，需求尚不成熟，需求的更改可以通過版次管理來進行控制。

（2）當需求得到正式確認之后（即建立了正式基線），需求的更改應該按照嚴格的需求變更流程來進行控制，以避免因需求變更問題，不斷地調整項目計劃進度、成本以及質量，最終導致項目失控。

典型的民用飛機研制階段劃分如圖4所示[4]，其中：

（1）飛機級需求在總體技術方案審查（決策門Gate）G5處應該得到確認。

（2）系統級需求在初步設計審查G6處應該得到確認。

也就是說，在G5/G6之前，飛機級/系統級需求可以通過版次進行更改，而G5/G6之后，飛機級/系統級需求應經過嚴格的需求變更流程進行更改。

2 需求變更流程

按照SAE ARP4754A，一旦各層級需求建立基線后，就應該開展需求變更控制，并確保變更得到記錄、批準和實施。作為設計的輸入，需求的更改可能帶來重大項目風險，因此，應通過科學的變更控制流程最大程度地規避這種風險。如圖5所示，在民用飛機研制過程中，需求變更通常包括變更請求、變更審批和變更實施。

2.1 需求變更請求

當已得到正式確認的需求需要進行變更時，申請者應識別擬變更的需求，分析變更的合理性和緊迫性，提交正式的變更請求，指出需求變更的原因，并開展變更影響分析，詳細說明變更的影響范圍，并提出初步的需求變更建議。

2.1.1 需求變更產生原因

在民用飛機研制項目中，需求變更的形式包括修改、刪除或增加，需求變更產生的原因是多方面的，通常可從外部因素和內部因素兩方面來考慮。

常見的外部因素有：（1）原有設計不符合市場需要;（2）利益相關方提出了新的需求，如新的適航法規;（3）客戶或供應商對需求的理解產生歧義;（4）供應商提供的產品無法滿足技術指標要求。

內部因素主要包括：（1）項目成本、進度的制約，需要對需求進行調整;（2）隨著項目的進行，設計團隊對需求的理解程度逐漸加深;（3）初始需求存在不一致、不明確、不可實現等間題;（4）聯合設計團隊內部對需求的理解存在分歧;（5）聯合設計團隊中其他專業的需求變更所造成的影響;（6）在方案設計或產品驗證過程中，由于受到現有技術條件或手段的限制，設計方案或最終產品無法實現現有需求。

2.1.2 需求變更影響分析

需求變更影響分析是指通過對擬變更需求的內容和追溯性進行檢查，多方面分析變更對其他對象（如其他需求、設計方案、接口、驗證程序、工藝工裝、產品組件等）的影響，進一步確定需求變更對項目進度、成本、產品構型、質量等方面的影響，為決策者提供判斷依據。

需求變更的影響分析可結合需求的追溯性來完成。需求的追溯性是指飛機產品研發過程中需求與其他元素（如需求來源、其他需求、方案、驗證方法、驗證活動等）之間建立的關聯，它貫穿于整個需求工程過程。

2.2 需求變更審批

需求變更請求應提交至變更控制委員會（ChangeControl Board，CCB）進行審批，通過對擬變更需求的分析、變更影響的評估以及對變更建議的審查，得出是否開展需求變更的結論。

民用飛機研制是一種多專業高度綜合項目，需求變更可能會牽一發而動全身，因此，需要一個權威機構多方面權衡變更造成的影響，并做出變更決策。CCB是需求變更的最高決策機構，通常由具有技術能力、項目經驗的多方成員聯合組成，包括項目管理、總設計師系統、質量控制等人員。應設置一名權威的CCB主任，當CCB會議中存在意見不一致的情況時，由其根據情況綜合考慮，做出最后決策。 CCB主任可以由飛機型號總設計師或項目負責人擔任。

在對需求變更進行審批時，應謹慎對待優先級較高的需求。具有較高優先級的需求一般對產品的功能、性能、安全性、可靠性等重要技術指標有更為重要的影響，對這類需求進行變更可能會對飛機項目產生更大的影響。

另外，一旦需求變更請求處于CCB審批時，CCB應對該請求做出最后的決策，確定需求的影響范圍，明確是否通過該請求，并提出最終的需求實施建議（包括實施人員、期限、內容等）。

2.3 需求變更實施

當需求變更請求得到批準之后，根據實際情況，需求變更可能會轉化為多個變更指令，由需求變更實施人員根據指令實施。另外，擬變更的需求應與其他變更對象一并控制，包括設計方案、設計模塊、驗證程序等，并對成本、進度等做出調整。

為確保需求變更實施與CCB決議一致，應由質量控制人員對需求的實施情況進行監控、評估，并給出最終的需求變更總結報告。

當需求變更完成之后，應建立新的基線，記錄變更的需求內容、時間、人員，并與需求變更過程、變更活動建立關聯，并應妥善保管需求變更中所產生的所有數據、文檔、記錄等信息，確保需求變更的可追溯性，為后續設計打下基礎。

3 結論

需求工程最早應用于軟件工程領域，隨著現代民用飛機項目對研制流程的重視程度越來越高，其在民用飛機領域中的應用也日趨廣泛。民用飛機項目中需求的數量極其龐大，小型通用飛機約有數萬條需求，大型飛機可能會有十幾萬條需求，如此量級的需求在研制過程中必然會發生變更，而作為設計輸入的需求的變更，可能會為項目帶來災難性的風險。因此，更加深入地認識需求變更，分析需求變更產生的原因，了解需求變更流程，在民用飛機項目研制中尤為重要。

參考文獻

[1]劉忠寶，趙文娟.需求工程現狀和發展研究叨.電腦開發與應用，2011（11）：1-4.

[2]IEEE Std 1220-2005 Application and management of thesystems engineering process [S].IEEE，2005.

[3]季建琴.民用飛機需求管理技術研究與應用[J].科技視界，2012（25）：55-57.

[4]HB8525-2017民用飛機研制程序[S].中華人民共和國工業和信息化部，2017.