飛機頂層需求捕獲經驗介紹

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飛機頂層需求捕獲經驗介紹

0概述

隨著新技術的發展，民用飛機系統復雜度在不斷地提高，給研制工作帶來巨大的挑戰。能否提供滿足客戶需要的飛機決定了項目的成功與否。因此，全面地、正確地捕獲客戶需要至關重要。系統工程是從整體出發，合理開發、設計、實施和應用的工程技術。系統工程專注于項目開發早期，在正式立項前就與客戶一起捕獲和定義客戶需要，將需要轉化成飛機需求并文件化；然后綜合考慮運行、成本、進度、性能、培訓、試驗、制造和退出等問題，進行設計綜合和系統確認。本文以飛機頂層需求捕獲工作為例，介紹系統工程在需求捕獲工作中的應用。

為了更好的表述頂層需求捕獲過程，本文對需要和需求分別定義如下：

(1)需要(Needs): 需要通常是定性的，有時候甚至不能確定其是否具有可實現性，需要不是產品需求。系統工程師、型號研制者與客戶一起工作，通過權衡研究和分析等方法，將客戶需要轉化成產品需求。

(2)需求(Requirements): 需求是對產品必須具備的性能或設計約束的描述。需求的一大特征是其必須具有可驗證性。

1飛機頂層需求的理論研究

1.1《商用飛機系統工程》中飛機需求的理解[1]

Scott Jackson在《商用飛機系統工程》一書中寫到：飛機需求主要包含外部需求和內部需求兩大類，再進一步細化，外部需求來源于客戶和局方，內部需求來源于技術驅動、生產制造驅動、可靠性驅動、主機所驅動等一些列因素。

客戶需要處于飛機設計經典V字模型的最左上角，它代表的是客戶的強制要求、期望或建議，不是產品需求?？蛻粜枰紫缺晦D化成飛機頂層需求，然后才可以層層分解，向下分配，成為系統級、子系統級或軟、硬件需求。

對于如何確認飛機頂層需求已經捕獲完整的問題，Scott Jackson是這樣解釋的：答案就是取決于客戶(包括局方)，當客戶說需求已經捕獲完整時，就認為需求是完整的。對于民用飛機而言，航空公司是最大的客戶。

在《商用飛機系統工程》一書中對需求的分類還有另外一種介紹：適航需求和經濟性需求。適航需求來源于局方，與飛機安全息息相關；經濟性需求由航線客戶驅動，主要與購買飛機的成本、飛機運營、維修和服務相關。大部分的經濟性需求來源于客戶需要，客戶需要的是可以盈利、賺錢的飛機。

1.2《系統工程基本原理》中客戶需要的理解[2]

在《系統工程基本原理》一書中對客戶需要的定義是：描述了整個生命周期內客戶對產品在期望的環境中工作效果的要求和目標。狹義來看，在民用飛機領域就是客戶(航空公司等)對飛機在運營環境中可以安全、有效工作，為航空公司盈利的要求和目標。主機所需要與客戶保持持續地聯系，通過對話不斷明確任務，更好地理解需求、實施設計、綜合集成和試驗驗證，一次達成目標。

系統工程的主要目的是將客戶需要轉化成產品需求和技術需求，并且將這一需求傳遞給下一層級的系統?？蛻粜枰饕蝿漳繕?、環境和約束條件幾方面，強調運營者為關鍵客戶。約束條件是由外在的客觀因素導致的限制，例如：環境要求、技術可行性、公司知識積累等。

1.3INCOSE 系統工程手冊參考[3]

INCOSE 系統工程手冊中對利益攸關方需求定義過程進行了單獨介紹。包括：識別產品整個生命周期的利益攸關方或利益攸關方類別，及其需要、期望和愿望，分析并將原始/初始的期望轉化為利益攸關方需求，并定義運營環境。典型的利益攸關方包括：客戶、運營者、決策機構、局方和研發機構等。

捕獲用戶需要是一個項目的開始，定義用戶需要通常開始于Exploratory Research (型號立項前的研究階段)階段，一直持續到概念和工程研制階段。

典型的輸入包括：

(1)新的或者更新的客戶需要、需求、目標。形式為：任務描述、運營概念文件, MOEs, 技術性能、使用環境和約束條件。

(2)專業技術、關鍵技術、性能、成本、風險、構型、合同要求、技術目標、客戶會議記錄。

1.4NASA 系統工程手冊參考[4]

根據NASA系統工程手冊，明確利益攸關方的期望是系統工程的初始流程，利益相關者可以分為客戶和其他關注團體。利益攸關方期望包括：任務目標、約束條件、設計方向、運行使用目標和任務成功準則。

客戶是那些直接接受產品或服務的人。

2推薦的民用飛機頂層需求捕獲過程

參考上述理論研究以及實際型號工作經驗，推薦的民用飛機頂層需求捕獲過程及內容總結如下。

2.1明確飛機需求層級定義

需求捕獲工作開始之前，需要明確項目中需求文件的體系架構和層級關系，定位好客戶需要和飛機頂層需求的關系。本文推薦的需求層級關系如圖1所示，本文僅關注客戶需要和飛機頂層需求這一個層級。

圖1　飛機需求層級關系圖

2.2定義飛機頂層需求捕獲、分析過程

1) 捕獲定義客戶需要

(1)識別型號整個生命周期內的利益攸關方或者利益攸關方的大的類別；

(2)捕獲利益攸關方的需要、期望和期待等。

2) 捕獲定義飛機頂層需求

(1)對利益攸關方的需要進行分析，將其轉化為利益攸關方需求，即飛機頂層需求；

(2)飛機頂層需求和客戶需要的鏈接。

2.3推薦的利益攸關方

典型的利益攸關方包括使用者、操作者、做決定的組織、局方、主機所、其他支持組織等。當不能一一與利益攸關方進行談話、溝通和交流時，可以通過市場或政府機構等組織進行需求捕獲。

對于利益攸關方的識別可以用頭腦風暴、功能流分析的方法來確定。

考慮到民用飛機的特殊性，推薦的利益相關者類別定義如圖2所示，具體分類描述如下：

(1)Customer(客戶)分類：包括航空公司、駕駛員、乘客等。

(2)Operational(運營)分類：包括空中交通管制、機場等。

(3)Market(市場)分類：包括市場競爭性驅動的需要等。

(4)Training / Services(培訓/服務)分類：包括飛行機組、客艙服務人員、地面服務人員、乘客等。

(5)Maintenance(維修)分類：包括維修人員、第三方維修公司等。

(6)OEM / Suppliers(主機所/供應商)分類：包括主機所的戰略、公司政策、供應商合作等。

(7)Regulatory(適航條款)分類：包括CAAC/FAA/EASA等試航條款、咨詢通告要求和其他適用的標準等。

圖2　利益相關者類別定義

2.4推薦的捕獲方法

可以采用采訪、交流、調查問卷等方法捕獲利益攸關方需要、期望和期待。參考波音777飛機并結合實際型號研制經驗，推薦的捕獲方法為：建立需求捕獲團隊，各個利益攸關方代表加入到團隊中，尤其是首家客戶和主要客戶應有專職人員參與到團隊，與需求捕獲團隊面對面工作，更好地完成需求捕獲和確認。另外，對于主機所而言，需要設置客戶代表，根據實際工作需要，定期或不定期拜訪客戶，深入了解客戶需要。

3飛機頂層需求文件架構總結

在客戶/利益攸關方需要的基礎上，結合飛機整個生命周期的特點，通過質量功能展開(QFD)等方法將粗略的客戶/利益攸關方需要轉化為飛機頂層需求，推薦的飛機頂層需求文件架構包括如下幾個方面：

(1)市場需求，包括產品定位、目標市場、投入市場的時間和系列化發展需求等；

(2)經濟性需求，包括與飛機研制相關的運營成本、燃油消耗、單機成本和研發成本等；

(3)環境需求，包括飛機內外噪聲、排放和振動等；

(4)商載航程需求、性能需求、重量需求；

(5)艙室需求、系統選用需求，包括發動機和其他系統；

(6)合格審定需求、安全性需求和制造需求；

(7)主制造商/供應商需求，包括公司策略、設計指導、標準、規范、方法和流程等；

(8)運營要求，包括運營性能、可靠性需求、維修性需求、地面服務需求、培訓需求和機場設備設施需求等；

(9)客戶服務和擔保。

4總結

飛機頂層需求作為產品需求的最高層級，向上追溯到利益攸關方需要，直接反映客戶等利益攸關方的要求和期望；向下層層分解，最終融入到產品的軟硬件設計。因此能否全面、正確、清晰地捕獲到可以被確認和驗證的頂層需求，對于項目成功與否至關重要。飛機頂層需求文件本身固然重要，然而，需求捕獲過程中的人員、組織、角色、職責和具體指標的權衡分析工作，以及由此形成的過程和方法更為重要。本文從理論和實際經驗出發，概述了飛機頂層需求捕獲工作的思路和范圍，而對其中更為深入的指標權衡分析，例如：成本分析、風險分析、重量分析等沒有具體闡述，這也是作者后期的重點研究方向。

參考文獻：

[1] Scott Jackson. Systems Engineering for Commercial Aircraft [M]. Second Edition. England: Ashgate Publishing Limited, 2015.

[2] Defense Acquisition University. System Engineering Fundamentals [Z]. Jan. 2001.

[3] SE Handbook Working Group International Council on System Engineering (INCOSE). INCOSE-TP-2003-002-03.2.2 System Engineering Handbook [S]. Oct. 2011.

[4] National Aeronautics and Space Administration NASA Headquarters. NASA System Engineering Handbook [EB/OL]. Dec. 2007.

The Top Level Aircraft Requirements Capture Experiences Summary

李慧穎Susan Ying /

Li HuiyingSusan Ying

(上海飛機設計研究院，上海201210)

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

摘要：

飛機頂層需求是飛機研制過程的關鍵環節。長期以來，對飛機研制中的需求捕獲和分析工作一直用自然語言定性或定量地描述，主觀因素較多。采用系統工程過程思維，對需求捕獲經驗進行了描述，通過過程控制來保證最終獲得的飛機頂層需求文件的完整性、全面性、正確性和可實施性。

關鍵詞：系統工程；需求捕獲；客戶需要；需求；研制過程；飛機

[Abstract]The top level aircraft requirements (TLAR) development is the most critical part for the aircraft development processes. Normally, qualitative or quantitative natural language is used for requirements description. This paper adopts system engineering process, describing the experiences concluded during the requirements capture process. It aims to guarantee the TLAR document is comprehensive, integrated, correct and can be implemented via process control.

[Key words]systems engineering; requirements capture; customer needs; requirements; development processes; aircraft

中圖分類號：F273.2

文獻標識碼：A