航電系統需求分析方法

魏博

摘 要：本文從系統工程的角度和民機設計的要求出發，主要討論了飛機航電系統開發過程中需求的定義工作?；诤诫娤到y需求定義的實際開發過程，著重描述了系統需求定義需要注意的問題以及不同的研發階段間的相互關系。最后介紹了航電系統需求管理的軟件平臺DOORS的基本應用。需求定義是系統設計的一個起點，對于后續的工作將會產生巨大的影響。為了降低風險和研發成本，在設計之初首先需要做好系統的需求定義工作，這樣才能保證設計各個階段的一致性和連貫性，最終實現項目的成功。希望通過這篇文章能夠為高度集成、復雜的飛機系統設計研制提供必要的支持。

關鍵詞：系統工程；需求定義；航電系統

飛機航電系統開發過程總體上可以分為需求分析、系統設計、系統集成、驗證、取證等幾個階段。需求分析是系統開發過程中的一個重要階段，這一階段的工作結果將影響系統開發后續各階段的工作。需求分析的主要任務是根據用戶及總體的需求，系統設計的目標，以及系統運行的一些限制條件，深入的描述系統功能、性能等需求，以確定系統架構來滿足用戶及總體的要求和設計的目標。區別與其它的系統工程概念，飛機系統的需求定義還需要考慮適航方面的要求，以及系統設計中安全性的要求。在確定系統需求的基礎上進行系統架構的定義和系統的設計工作。整個需求定義的過程是一個不斷循環的過程，對下一級的設計作為輸入，而下級的設計工作也會影響并更改上一級需求的定義。但是對于需求的定義和更改需要非常的慎重，因為他會對后續的設計工作產生重大的影響。

需求定義是系統工程的一項重要的工作內容，需要按照系統開發的流程向前推進。它將一些需求變為一系列產品組合和過程定義，并且為下一個層次的設計提供原始輸入，最終形成不同層次上的鏈接追溯關系。不同層次的設計過程需要按照順序來完成，它為項目規避風險，以及獲得最終成功提供保障。

1 需求分類和要求

1.1 需求的類型

需求的分類并不是唯一的、可以通過不同的方式來分類。對于高度集成，復雜的飛機系統而言，系統級的需求數目會比較多。通過進行需求的分類整理，使定義的需求更加明確，避免需求的重復定義。在不同的研發階段需考慮下面所定義的需求類型。

1.1.1 安全性需求

系統功能的安全性需求通過系統的可用性（功能的連續性）和完整性（功能的正確性）這兩個方面來進行約束。這些安全性需求可以通過功能危害性分析來確定。對于系統級功能的安全性需求是通過對相關功能失效條件的分類和識別來確定的。即便是分類為沒有安全性影響的功能也會具有失效模式和相關的影響。與安全性相關的功能失效模式將會對飛機的安全有直接或者間接的影響。與安全性相關的需求應該是可追溯的，從研發的各個階段到分配到軟硬件，以保證在軟硬件的設計層次上也可以獲得分解下來的安全性需求。

1.1.2 功能需求

功能需求即系統的必要任務，是指為了在特定的條件下實現期望的系統性能而定義的系統要求。簡單的講就是“系統需要做什么”。在需求分析中定義的功能需求將為功能分析過程提供頂層功能的輸入。它是用戶及總體需求、性能需求、物理和安裝需求等的綜合。

1.2 需求屬性要求

好的需求應該具有如下的屬性：

（1）需求是可以實現的，要能夠使需求通過某種方式從技術上得以實現，對于商用飛機而言進一步要求是其在價格上是可以接受的；

（2）需求是可以驗證的，也就是說一個需求不能通過以下的詞語來定義：過高的、有效的、合理的等等。期望的性能和功能屬性一定要能夠通過某種方法進行驗證，當然最好的方式是采用定量的方式；

（3）需求是明確的，一個需求需要具有而且只具有一個含義；

（4）需求是完整的，包含所相關的任務包絡、操作和維護概念、使用環境和限制。需要包括所有有利于理解需求的信息，可以將這部分內容放在需求的屬性里面，對需求進行一定的解釋；

（5）需求是以要求的方式提出的，需求的定義不需要提出一種解決方案，他應該表示成什么需要，而不是怎么樣實現這種需求；需要說明的是，某些情況下可以考慮將明確的解決方案作為需求提出。

（6）需求是一致的，需求定義的過程中會產生很多的系統需求，所有的需求之間可能會存在沖突的地方，這些有沖突的地方需要盡快的解決；

（7）需求應該在合適的設計層次上出現。一個過于細節的需求不應該在上一個層次上出現。例如一個詳細的部件級的需求不應該在系統級的需求中出現。在實際的定義過程中，有些需求比較難把握放在哪個層級，特別是那些系統級和子系統級的需求定義。

2 需求定義流程

需求以及相關的安全性等級的分析對研發過程有非常重要的作用。由于不同的安全性等級，通過系統架構對需求的分配對于減輕今后系統適航方面的壓力具有顯著的作用。在飛機頂層研發的過程中包含對于飛機功能的確認和相關需求的確認。飛機的功能包含飛機的接口和相應的安全性要求一起構建了系統的架構。在架構的選擇過程中可能會產生附加的需求，這些需求對于架構的定義是非常必要的。在需求定義和分配的每一個階段（例如系統級，部件級，軟硬件級），需要對所有的附加需求，也就是所謂的衍生需求進行確認。架構定義中面臨的決策問題是產生衍生需求的主要源頭，而且它將產生新的安全性要求。在設計過程中，所有的需求需要得到最終進行確認和驗證。

2.1 需求的捕獲

輸入主要是由用戶及總體的需求和目標，以及項目的限制條件組成的。輸入包括但是不限于：任務、運行方式、運行環境、目前可用的技術條件，以及上一個層次的系統工程應用需求輸出，包含飛機總體的決策和飛機級頂層需求等等。其中比較重要的是用戶及總體的需求和設計的目標，以保證設計結果能夠滿足市場要求?？梢詮南到y的功能危害性分析和初步安全性分析來得出安全性的要求。此外可以通過局方的法規以及我們定義的適航審定計劃得出適航方面的要求。

2.2 需求分析和分配

系統設計的第一步是進行輸入條件的分析。需求分析用來開發系統的功能、性能等需求，也就是說，將設計的輸入轉變為一系列的需求來定義系統需要完成什么任務以及在什么程度上完成任務。這個過程主要的工作是確保定義的這些要求是可被理解的、明確的、全面的、可實現的和簡練的。需求分析一定要澄清和定義功能需求和設計限制條件。功能需求定義數量（多少）、性能（多好）、范圍（多大）、時間（什么時間和多長時間）。設計限制定義了限制設計復雜性的因素，例如，環境條件或者限制、對于內部和外部風險的防范措施、合同、用戶及總體的要求、適航法規和工業標準等。

建立不同層次的需求之間的連接關系是非常重要的工作，實現需求的追溯，便于后續的確認和驗證工作。功能需求一般是從上一級的功能分下來的，然后分解到下一級的功能。這個結果是系統行為邏輯上和性能需求上的描述。這個描述通常叫做系統的功能架構。功能分析和分配是為了理解系統要做什么，以及它是以什么方式來完成相應的功能。它為優化物理解決方案提供信息。

通過功能的分析和分配會產生更好的對于需求的理解，應該及時的重新對于定義的需求進行考慮。每一個功能的識別應該是能夠追溯到一個需求。重復的這個檢查需求分析的過程作為功能分析和分配的結果，作為一個需求定義循環。這個過程也可以叫做需求的確認。

最后進行的設計綜合是通過物理或者軟件的形式定義產品和部件。這一步驟的結果就是產生物理架構。物理架構需要滿足對應的功能需求，至此設計工作基本上結束。

3結語

飛機的設計是一個復雜的過程，需要采用系統工程的思想來進行設計以保證研制的成本和進度。系統工程是一個復雜、循環、遞歸解決問題的方式，需要自頂而下的設計。這些過程包括設計的輸入和輸出，需求分析，集成，循環設計，驗證等階段。整個過程是按照順序自上而下進行的，在每一個階段就要完成相應的任務，并且補充一些附加的要求。上下層級之間需要進行追蹤檢查，以保證最終的設計結果是符合最初的設計目標和要求。如果在設計的過程中不遵循相應的設計流程將會導致后期工作的錯誤，嚴重的影響項目的進度，無法控制研制的成本和時間。所以需求定義工作作為系統設計的起點，需要得到相應的重視。

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