基于航空發(fā)動機(jī)運行場景的需求捕獲方法

王向輝，蔣 平

（中國航發(fā)商用航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司，上海 200241）

0 引言

航空發(fā)動機(jī)的研制開發(fā)是在多種約束下生產(chǎn)出滿足用戶需求的產(chǎn)品，初始階段就應(yīng)正確捕獲客戶需求，并將其作為項目的重要輸入[1]。我國民用航空發(fā)動機(jī)的研制起步較晚，在運行支持需求管理方面尚屬空白。因此在航空發(fā)動機(jī)型號項目研制過程中，需要一種適用于航空發(fā)動機(jī)運行支持需求捕獲的方法。

傳統(tǒng)的需求捕獲方法，例如訪談法、調(diào)查法，適用于簡單且風(fēng)險低的系統(tǒng)，而對于航空發(fā)動機(jī)這樣的復(fù)雜系統(tǒng)，難以覆蓋所有客戶需求。傳統(tǒng)的需求捕獲方法在客戶需求的可追溯性較差，導(dǎo)致所捕獲的運行支持需求缺乏有力的支撐依據(jù)。現(xiàn)代使用的方法，如原型法[2]，通過演示系統(tǒng)獲取其他方式難以獲取的用戶需求，但實物演示的成本昂貴，不適用于發(fā)動機(jī)這樣的大型復(fù)雜系統(tǒng)。因此，上述方法所捕獲的需求在完整性、合理性、可追溯性以及經(jīng)濟(jì)性等方面存在不足，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

1 發(fā)動機(jī)運行支持需求描述

民用航空發(fā)動機(jī)的設(shè)計和制造需滿足相應(yīng)的適航標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)其功能和使用環(huán)境，其運行和維修也要滿足相應(yīng)運行規(guī)章的要求，以保證持續(xù)運行的安全性。民用航空發(fā)動機(jī)運行支持是指發(fā)動機(jī)研發(fā)與制造廠商面向飛行、機(jī)務(wù)以及維修保障等發(fā)動機(jī)運營的需要，立足于發(fā)動機(jī)產(chǎn)品全壽命周期運行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，為發(fā)動機(jī)運行和維護(hù)的計劃、組織、實施和控制等環(huán)節(jié)提供技術(shù)、航材、人力、培訓(xùn)、設(shè)備等全方位及時、精準(zhǔn)的服務(wù)。

因此，運行支持需求是在進(jìn)行航空發(fā)動機(jī)運行支持活動時各利益攸關(guān)方所提出的需求。這些需求主要面向民用航空發(fā)動機(jī)運行支持服務(wù)，目的是提高發(fā)動機(jī)運行支持過程的效率。發(fā)動機(jī)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)分為發(fā)動機(jī)產(chǎn)品和運行支持服務(wù)子系統(tǒng)（圖1），如果滿足兩大子系統(tǒng)的需求，則所研制的發(fā)動機(jī)在運行支持方面可以獲得利益攸關(guān)者最大的滿意度。

圖1 發(fā)動機(jī)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成

從系統(tǒng)工程理念出發(fā)，發(fā)動機(jī)主制造商主要關(guān)注發(fā)動機(jī)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)除了最終交付的實物產(chǎn)品（即民用航空發(fā)動機(jī)），還有相應(yīng)的運行支持服務(wù)系統(tǒng)。根據(jù)發(fā)動機(jī)服役的階段特點，航空發(fā)動機(jī)運行支持服務(wù)系統(tǒng)方面的需求主要包含兩部分內(nèi)容：維修保障與飛行運行使用保障。

2 基于發(fā)動機(jī)運行場景的需求捕獲流程

2.1 利益相關(guān)者需求初步分類與整理

關(guān)于運行支持需求的捕獲，首先需要完整地識別利益相關(guān)方。通過初步的訪談法、調(diào)查法，可以獲取利益相關(guān)者對發(fā)動機(jī)產(chǎn)品運行支持服務(wù)系統(tǒng)的需要或期望，經(jīng)分析后形成初步的系統(tǒng)需求。根據(jù)這些期望或需求，整理出利益相關(guān)者利用發(fā)動機(jī)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)的功能設(shè)想及期望值，即利益相關(guān)者心中的期望與實現(xiàn)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)的平衡點。

2.2 創(chuàng)建用例圖

用例圖是由參與者（Actor）、用例（Usecase）以及它們之間關(guān)系構(gòu)成的用于描述系統(tǒng)功能的動態(tài)視圖，是用例分析的主要辦法。用例圖顯示了系統(tǒng)的用戶與用戶希望的功能，有利于用戶與產(chǎn)品研制人員之間的溝通[3]。根據(jù)初步整理結(jié)果，結(jié)合場景法構(gòu)建要素，創(chuàng)建系統(tǒng)用例。系統(tǒng)用例的定義應(yīng)在綜合考慮全部已形成的系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，將全部系統(tǒng)需求總結(jié)歸納，每一個關(guān)鍵活動就是一個系統(tǒng)用例，完整的系統(tǒng)用例即為所有關(guān)鍵活動的集合。

2.3 創(chuàng)建活動圖和場景圖

活動圖是一種強(qiáng)大的信息溝通媒介，描述用例整體活動流程，顯示系統(tǒng)的復(fù)雜邏輯。通過活動圖可以明確系統(tǒng)的功能和邏輯關(guān)系，動態(tài)而有交互地展現(xiàn)系統(tǒng)的需求。場景圖又稱序列圖，描述用例通過的一個特定序列路徑并定義操作和角色之間的互動（信息或消息）。

2.4 捕獲和補(bǔ)充需求

根據(jù)創(chuàng)建的場景圖，針對每個操作或交互可以捕獲并補(bǔ)充需求。這些新捕獲的或補(bǔ)充的需求應(yīng)經(jīng)過利益相關(guān)者評審，然后導(dǎo)出至需求數(shù)據(jù)庫。

上述過程可以在系統(tǒng)的不同層級重復(fù)執(zhí)行，以得出不同層級的需求。

3 案例分析

為說明場景法的有效性和優(yōu)勢，以發(fā)動機(jī)運行支持活動——航線維修中隔聲板檢查活動為例，建立航線檢查場景進(jìn)行需求捕獲示例說明。

3.1 利益相關(guān)者需求初步分類與整理

首先經(jīng)過前期調(diào)研結(jié)果，明確發(fā)動機(jī)隔聲板維修類需求的利益相關(guān)方，主要內(nèi)容包括他們的需要是何時何地何種情況下提出的，具體如何進(jìn)行維修任務(wù)（包含維修檢查方式、所需工具），初步整理結(jié)果如表1 所示。

3.2 創(chuàng)建系統(tǒng)用例圖

系統(tǒng)用例的定義應(yīng)當(dāng)在綜合考慮全部系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，將全部系統(tǒng)需求抽象成若干個關(guān)鍵系統(tǒng)功能，每一個關(guān)鍵系統(tǒng)功能就是一個系統(tǒng)用例，所有的系統(tǒng)用例就構(gòu)成了完整的系統(tǒng)功能。系統(tǒng)用例定義是在系統(tǒng)建模工具IBM Rational Rhapsody 中通過繪制用例圖來完成。用例圖包含4 個關(guān)鍵要素：系統(tǒng)邊界、用例、外部角色、關(guān)系。基于系統(tǒng)用例圖識別利益相關(guān)方和關(guān)鍵要素。

表1 隔聲板維修檢查場景要素

3.3 創(chuàng)建用例活動圖與場景圖

活動圖主要說明開展用例時有哪些具體活動，以及各活動之間的交互關(guān)系。根據(jù)發(fā)動機(jī)隔聲板維修支援活動經(jīng)驗，以及用戶確認(rèn)后的任務(wù)執(zhí)行流程。

在活動圖的每個條件判定下有可能產(chǎn)生不同的活動路徑，每個活動路徑序列就是一個場景。場景分析的主要目的是通過分析系統(tǒng)在所有使用場景下與外部的交互，進(jìn)而還可識別系統(tǒng)與外部的接口。場景分析使用序列圖來完成。

3.4 捕獲和補(bǔ)充需求

根據(jù)不同的場景可以捕獲對應(yīng)的需求。以本文建立的場景為例，首先，外站維修單位接收到隔聲板維修支援的請求，隨即啟動以下活動：

（1）外站維修單位為更好地接收請求和就近支援，需要建立網(wǎng)絡(luò)站點（需求Req_1）。

（2）主管經(jīng)理針對該項活動類型、難易程度指定責(zé)任工程師，主管負(fù)責(zé)該檢查的進(jìn)行，保證檢查的效率與質(zhì)量，因此對于用戶而言，需要一套快速的接口對接人員調(diào)配機(jī)制（需求Req_2），以便選擇合適的工程師負(fù)責(zé)該項工作。

（3）根據(jù)該項目維修類型及維修難度確定是否需要手冊指導(dǎo)，如果需要手冊則手冊管理部門提供所需手冊，為高效滿足該項任務(wù)需要一套手冊方案（需求Req_3），反之不必該部門進(jìn)入。

（4）判斷該過程是否需要航材，如果需要，航材管理部門提供所需航材，在此航材管理部門需要一套航材管理方案（需求Req_4），以便快速調(diào)取所需航材，不需要則直接進(jìn)行人員的運輸。

圖2 發(fā)動機(jī)隔聲板維修支援需求

（5）航材和人員的運輸。運輸部門通過運輸目的地確定運輸方式（公路或空運），在該步中需要清楚航材屬性（大小、材質(zhì)等）（需求Req_5）、存儲方式及注意事項等信息（需求Req_6），以便完好地將所需航材和人員運輸至目的地。

（6）責(zé)任工程師實施各項驗收檢查程序（需求Req_24）。

（7）財務(wù)部門結(jié)算、支付該項目所有費用。為合理計算經(jīng)費，需要一套綜合多種因素的算法（需求Req_25）。

3.5 需求與活動關(guān)聯(lián)分析

需求與用例的關(guān)聯(lián)關(guān)系通過在需求條目與系統(tǒng)活動之間創(chuàng)建＜trace＞關(guān)系來實現(xiàn)，直觀地展示每一個系統(tǒng)需求被分配到了哪幾個活動上，每一個活動都與哪幾個系統(tǒng)需求有關(guān)。

采用需求軟件，還可對系統(tǒng)需求進(jìn)行覆蓋性分析。表明需求已被全部分配到了活動，總體質(zhì)量達(dá)到100%；需求與活動的追溯關(guān)系可視化地展示了需求到活動的追蹤關(guān)系，以便后續(xù)更新與操作。同時，在軟件中可以查看捕獲的需求的子集，生成需求圖。軟件還可以直接輸出分析報告，包括可追蹤性矩陣報告、分析結(jié)果、需求詳細(xì)視圖、規(guī)則檢查等報告。

4 結(jié)論

采用基于場景法的發(fā)動機(jī)運行支持需求捕獲，以用例圖、活動圖構(gòu)建發(fā)動機(jī)隔聲板維修支援的場景。根據(jù)實施過程的活動序列，建立活動與其需求的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)了需求到活動的可追蹤性與可視化，能夠更完整、準(zhǔn)確地捕獲系統(tǒng)需求。

在MBSE（Model-Based Systems Engineering，基于模型的系統(tǒng)工程）的指導(dǎo)下，通過建立運行場景模型，多角度分析系統(tǒng)，不僅可以降低風(fēng)險與成本，還能促進(jìn)需求管理體系的構(gòu)建，提高利益攸關(guān)者和開發(fā)人員的可讀性與可操作性。