民用飛機系統工程實施方法

裘旭冬

【摘 要】現階段是系統工程理念引入國內大型民機研發過程的初始期，對于在民機適航取證過程中如何融入貫徹系統工程尚在探討，本文通過解讀FAA《系統工程手冊》，對民用大飛機系統工程實施方法提出建議。

【關鍵詞】FAA；系統工程；實施方法

0 引言

系統工程引入國產民用大飛機剛剛起步，對于系統工程如何在國產大飛機項目落地以及將來國產民用飛機如何形成自有的系統工程體系尚存在諸多疑惑和紛爭。但國產民用飛機要獲得商業營運成功并想占有世界民用飛機的一席之地，取得FAA認證是不可回避的必由之路。因此理解FAA的系統工程思想顯得尤為重要，這里就通過解讀FAA《系統工程手冊》來提出民用飛機應用系統工程的方法。

1 FAA《系統工程手冊》介紹

2014年，FAA出版《系統工程手冊》 （《Systems Engineering Manual》縮寫“SEM” ）提出FAA系統工程的框架并從貼合操作的角度對系統工程的過程、技術管理原則、專業工程的具體內容進行了指導，強調了元素在過程中的體現。

1.1 FAA系統工程概述

FAA在SEM中所指的系統是空域系統，其定義為飛機運行的整體環境，包括飛機，飛行員，塔臺控制器，終端區域控制器，航路控制器，海洋控制器，維護人員和航空公司調度員，以及相關的基礎設施組成的系統。系統工程用來確保項目以最佳方式運作同時可幫助項目運作中的偏差被及時發現并盡早解決以降低風險控制進度和減少超支。如圖1所示，FAA為貫徹系統工程提供了一個框架。

1.2 FAA生命管理過程

FAA系統工程師最關心的是開發滿足利益相關方需求的解決方案。在項目研發過程中的某些時刻，解決方案必須由管理和審批部門進行評估，以證明項目適合持續的開發和投資，因此FAA提出生命周期管理過程。典型過程如圖2所示，描繪了從需求識別開始，持續貫穿分析和解決方案開發的階段，并最終投入使用的方案，直到它被替換或更新的演變。

2 系統工程的實施方法

FAA通過元素化管理方法來實施系統工程。FAA定義了13個系統工程元素，其中12個內部元素，1個外圍元素，如下表1所列。12個內部元素之間關系如圖3所示，“系統工程過程管理”作為第13個元素，即外圍元素。

2.1 技術集成規劃

為提供最佳產品和服務而在問題定義、預測條件和協調項目各元素的戰術和戰略手段。集成規劃的目的是為結構化地執行基于需求的項目而提供健全的，可驗證的項目管理。ITP使用到工具有計劃模板，文字處理，展示和規劃工具。為提供與交付、任務和工具有關的信息，個別項目可能需要對模板進行裁剪。

2.2 需求管理

其實是系統工程的一項活動，它存在于項目的整個壽命周期。需求管理從頂層需求到與其相關聯的低級需求進行迭代化地識別和細化，并與功能基線和架構保持一致，同時綜合所有受關注的系統方案。RM用到到工具有：

a）需求工具架構，包括需求文件，追溯機制，分配機制，驗證，追溯效果評估，兼容性；

b）需求管理軟件；

c）需求數據庫。

2.3 功能分析

在FAA系統工程中功能分析是系統工程的過程，通過功能分析將利益攸關方的需求轉化成有序的可追溯的功能架構，這一過程將需求和物理架構生成一個框架。這一過程的典型文件如界面控制文件ICD。FA過程主要有以下5項：

2.4 設計綜合

是以最佳設計方案包括人、產品、流程的形式將邏輯化、功能化組織起來的需求落實到物理架構的過程。這一過程的典型文件如工作分解結構WBS、架構模塊圖ABD、原理圖SBD。SYN使用的工具有SBD和計算機輔助設計軟硬件。

2.5 權衡分析

用來在眾多技術方案中取得平衡的系統工程元素，是為以最高性價比滿足利益攸關方需求而開展設計工作的關鍵工具。TS的任務包括：

2.6 接口管理

是用來確保系統在壽命周期中包括進行更改后所有部分協同工作并滿足系統目標的系統工程元素，它包括界面的識別、定義以及控制。界面的類型可以是根據要求劃分的性能、功能、物理特征。接口管理的過程步驟有：

a）識別功能/物理界面 d）建立界面需求文件IRD

b）建立系統元素間的功能或物理界面矩陣 e）編寫界面控制文件，細化ICD

c）為制定范圍文件定義功能和物理界面 f）修訂界面需求文件和界面控制文件

2.7 專業工程

它是系統工程的子集，用來定義和評估某一系統的專業范圍、專業特征、專業架構。專業工程的任務籠統的說有：

a）獲取并開發某操作系統及環境描述（OSED） e）定義專業工程需求并形成文件

b）控制問題并定義研究和設計的約束條件 f）就結果與利益攸關方進行協調

c）選擇分析方法和工具 g）編寫本專業設計分析報告

d）通過分析系統參數判斷系統特征

2.8 分析集成

通過集成的過程確保每項分析提供的結果都能達到要求的真實度、精確性水平并及時得到結果。分析集成的過程有：

a）識別分析需求 d）確保輸入正確性

b）確保使用正確工具 e）執行分析

c）確保應用合適的分析技術 f）驗證集成結果

2.9 風險管理

FAA把風險被定義為具有現實（非零也不是100%）發生的可能性/概率的未來事件或情形，以及對成功完成明確定義的目標的不利后果/影響。風險管理是一個有組織，有系統的決策支持過程，可識別風險，評估或分析風險，并有效地減輕或消除風險以實現目標。RSK的任務有：

a）識別風險 d）實施風險降低計劃

b）風險影響分析和評估 e）風險監控和跟蹤

c）風險降低措施選擇

2.10 構型管理

FAA將其定義為用于建立和保持產品性能，功能和物理屬性與其在其整個壽命期間的要求，設計和操作信息的一致性的管理過程。這一過程使用的典型文件如工程更改建議ECP。構型管理過程的階段有：

a）計劃和執行CM過程，建立和管理CM程序，包括成立構型控制委員會CCB、制定CM計劃和流程、制定CM采購需求

b）識別基線元素，包括構型單元CI、維修基線、功能基線、分配基線、產品基線等

c）管理經批準的基線變更，典型的操作如構型控制決策CCD

d）提供構型狀態統計CSA e）構型驗證和審核

2.11 確認和驗證

即“雙V”過程，是系統工程的核心過程，如圖5。確認過程確定所執行的項目是正確的，驗證過程確保項目被正確的執行。

2.12 壽命周期工程

是評估研發和產品操作或服務的約束和附屬產品的目標過程。LCE的目標是完整壽命周期中產品價值最大化和成本最小化。這一過程的階段有：

a）識別需求 d）性能分析

b）技術評估 e）操作評估

c）新技術介入 f）建立服務環境

2.13 系統工程過程管理

FAA提倡使用標準的系統工程過程，這些過程必須需受持續的監控和改進以使其質量最優化。MSE的過程階段有：

a）系統工程標準過程的定義并形成文件 d）改進的措施定義

b）管理系統工程標準過程 e）實施改進

c）評估和監控系統工程實施效果

2.14 元素間關系

3 結語

FAA《系統工程手冊》從方法和過程上對飛機系統工程的實施做了具體指導，并結合FAA對取證項目的建議，通過SEM可以較好的了解FAA對系統工程的理解和對飛機系統工程實施的要求，SEM手冊對系統工程需求分析、需求管理、接口管理、設計綜合、確認及驗證等過程進行了全面闡述。對系統工程在飛機領域的實際應用提出如何將系統工程方法和理論融入已有的組織機構的路勁和建議。以SEM為指導對飛機研發取證以及與FAA的溝通都有很大的推進作用。SEM所推崇的系統工程各過程元素的系統工程活動始終遵循著PDCA原則，這也是質量管理的原則，因此SEM對落實民用飛機系統工程、提高飛機產品質量和項目運作效率有非常重要的意義。

【參考文獻】

[1]FAA《National Aerospace Plan-System Engineering Manual》V3.1.

[2]FAA《Systems Engineering Manual》Version 1.0.1.

[3]Scott Jackson[美]著，錢仲焱，趙越讓，等，譯.商用飛機系統工程，2016.

[4]賀東風，趙越讓，錢仲焱，等，著.中國商用飛機有限責任公司系統工程手冊，2017.

[責任編輯：朱麗娜]