航空发动机需求管理方法研究

史妍妍，王桂华，刘庆东，隋岩峰，汪大海，韩秋冰

（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）

航空发动机需求管理方法研究

史妍妍，王桂华，刘庆东，隋岩峰，汪大海，韩秋冰

（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）

为在全生命周期内保证“用户和其他利益攸关者”的需求被充分理解和执行，提出以产品分解结构PBS为基础，构建航空发动机需求管理的瀑布型模型。将复杂的航空发动机需求管理工作模块化，制定以产品符合性为目标的需求管理流程，并以该流程为依托提出航空发动机的需求管理方法。该方法提升了全生命周期内的需求管理能力，为航空发动机产品的成功研制提供了有力保障。

需求管理；全生命周期；产品分解结构；产品符合性；技术状态项

0 引言

标的需求管理流程，并以该流程为依托提出航空发动机的需求管理方法。

航空发动机的研制过程是1项跨地域、跨企业、跨学科高度协同的复杂系统工程，具有技术难、周期长、投入大的特点，如何保证研制的最终产品能够满足客户需求是研制单位面临的重要挑战[1-4]。早在20世纪80年代中期，美国兰德公司就根据美国参谋长联席会议的要求研究了武器研制中的需求管理技术，以实现战略需求和使用武器需求的融合。航空发动机需求管理的目的，是在全生命周期内保证“用户和其它利益攸关者”的需求被充分理解和执行，保证研制过程中的产品符合性好，同时支持航空发动机及其技术状态项的验证和确认工作[5-6]。

本文以产品分解结构（PBS）为基础，提出航空发动机需求管理的瀑布型模型，制定以产品符合性为目

1 构建需求管理模型

航空发动机的需求管理模型是以PBS（如图1所示）为基础，根据各层级技术状态项（CI）之间的需求承接关系，形成自上而下的瀑布型需求管理模型，从而将复杂的航空发动机需求管理工作模块化。1个技术状态项CI，就是1个需求管理工作单元。

根据瀑布型需求管理模型（如图2所示），航空发动机至少包括2个需求管理层级，即产品层和部件系统层,并随着研制工作的推进逐渐发展到底层（零件级）的技术状态项。

产品层承接用户等全部利益攸关者的需求，并实现对部件系统层中技术状态项的需求分配。如果部件系统层中的技术状态项即为底层的技术状态项，则不需要向下一层继续分解需求，反之将逐级向下分解需求，直至底层的技术状态项。

2 制定需求管理流程

在航空发动机产品研发中的每个技术状态项CI都要实现“利益攸关者需求→系统需求→设计→产品”的转化[7]。为保证转化过程中的产品符合性，需进行的技术活动包括需求确认、设计验证、产品检验、产品验证及产品确认，如图3所示。需求管理流程的构建原则是涵盖上述技术活动，并保证上述技术活动的有效性。

需求管理流程主要包括依次进行的5项技术活动（如图4所示），即利益攸关者需求定义、需求分析、需求确认、需求分配、需求验证，在产品全生命周期中以迭代、递归的方式动态进行。该流程描述了每层级中的每个技术状态项CI必须执行的技术活动，符合相关构建原则，能支持有效且一致的航空发动机需求管理工作。

3 定义需求管理方法

需求管理方法是需求管理流程顺利进行的保证，规定利益攸关者的需求定义、需求分析、需求确认、需求分配、需求验证5项技术活动的实施过程。

3.1 需求定义

利益攸关者需求定义根据用户及其他利益攸关者的要求、期待的服务以及具体项目任务目标，定义特定条件下系统应具备的能力[8-10]。

航空发动机及其技术状态项的典型利益攸关者包括用户、上层系统、相关系统、相关规定、组织决策者、生产系统、运行系统、维护系统和保障系统等。尽可能全面、完整地识别出全部利益攸关者，是成功开展利益攸关者需求定义及系统研制工作的基础。

在严格遵守相关规定（如国家军用标准、适航认证标准）的同时，技术状态项的研制主体应与利益攸关者积极沟通。一方面尽可能全面捕获利益攸关者的需求和特定的技术要求；另一方面与利益攸关者协商解决不切实际、互相矛盾、有歧义的需求。此外，场景分析也是引出利益攸关者需求的有效手段。

3.2 需求分析

需求分析是为保证最终能够提供满足利益攸关者需求的高品质产品，从专业技术角度（包括设计、生产、装配、试验、维护）出发，分析已定义的利益攸关者需求。即从研发者的视角阐述如何将利益攸关者需求转化为系统研发的技术要求，并严格保持系统需求（技术要求）与利益攸关者需求之间的追溯性[11-12]。

系统需求见表1，分为5类，每条系统需求都应满足如下条件[8]：

（1）必要。即每条需求应以验证的形式产生必要的验证工作，包括制定验证方法、验证准则，捕获验证程序、验证结果。

（2）可独立实施。即针对每条需求制定的验证方法、验证程序的实施办法，不需要依赖除研制中的本航空发动机及相关设备之外的其它系统。

（3）清晰、简洁。即需求的语言表达应该易于理解，无歧义且不需要过多的解释。

（4）完整。即需求的技术描述应该是完整的，具备明确的性能测量指标MOP（Measures of Performance）。

（5）一致。即需求的技术描述应与适用的标准、规范等文件相一致。

（6）可实现。即每条需求在后续设计及其它研制工作中都应该是可实现的。

（7）可追溯。即每条需求都能追溯到明确的需求来源，如利益攸关者需求。

（8）可验证。即制定的验证方法、验证程序在该项目实施中应该是可实现的，对相关的验证设备、人员及相关技术能力均进行了充分考虑。

表1 需求分类

根据需求类型及功能逻辑关系，将需求分组并制定系统的验证工作计划，包括验证的责任主体、验证策略以及具体验证工作安排[9]。

3.3 需求确认

需求确认是确认已分析的系统需求集合可以满足利益攸关者的需求，以识别缺失、矛盾及不正确的需求。需求确认应该在设计活动开始之前进行，以保证驱动设计活动的所有需求是正确、完整的。同时制定系统的确认计划，为系统确认提供必要依据。

该需求集提供了系统的概念方案描述，为判断该需求集是否满足利益攸关者需求，应从2方面确认：

（1）确认该需求集提供的概念方案描述，能够满足由利益攸关者需求确定的特定条件下系统应具备的能力说明。

（2）确认该需求集提供的概念方案描述，在由利益攸关者需求确定的系统开发约束条件之内。

3.4 需求分配

需求分配是定义或识别满足已确认需求集的系统物理架构（或参考物理架构），同时逐级向各技术状态项分配需求的过程。需求分配通常与结构设计工作并行开展[13]。

3.4.1 定义系统的功能架构

根据已确认的系统功能，进行功能分析以识别实现该功能所需的所有功能单元，明确各功能单元之间以及功能单元与外部系统之间的关系和接口，每个层级上的功能分析工作进行到支持该功能单元集成所需的深度。该功能分析工作在各层级系统上迭代、递归进行，直至识别出最底层的功能单元，形成系统的功能架构。

3.4.2 定义系统的物理架构

按照功能架构向每个功能单元分配需求，包括已确认的系统需求（含功能需求、性能需求、接口需求、约束需求和非功能需求）、功能架构设计中的衍生需求。根据分配给每个功能单元的全部需求，识别并优选可承担相应任务的物理的组成单元，即技术状态项。确定各技术状态项之间的接口定义及集成准则，从而定义系统的物理架构。

3.4.3 确认物理架构

物理架构的确认包括2方面：确认该物理架构承接了全部系统需求，可作为设计活动的依据；确认分配到各技术状态项的需求是合理、必要的，能够为技术状态项的实施、验证和确认提供所需的技术定义。

3.5 需求验证

需求验证包括设计验证和产品验证2种方式，其主要目的是保持结构设计、最终产品与系统需求的一致性[14-15]。

设计验证的目的是早期识别设计错误及与需求不一致的设计问题，保证技术状态项的设计与已分配的需求一致。设计验证在系统工程V形生命周期模型的左支进行，常用的验证方法包括理论分析、计算仿真分析、虚拟装配及演示验证等。

产品验证的目的是检查按设计要求构建的产品满足已分配的需求，常用的验证方法包括检查（或检验）验证、检测、装配验证、试验验证、产品试用等。只有在真实部件被加工、装配后，才能进行产品验证，因此产品验证在系统工程V形生命周期模型的右支进行。

根据需求分析中制定的验证工作计划，同步捕获验证程序、验证结果，并评估验证程序、验证结果与验证方法、需求内容的符合状态，以及不符合项纠正活动的数据信息。

4 结束语

（1）基于产品分解结构PBS，提出了航空发动机需求管理工作的瀑布型模型，实现了复杂的航空发动机需求管理工作的模块化。

（2）制定了以产品符合性为目标的需求管理流程，并以该流程为依托提出了航空发动机需求管理的方法。该方法提升了全生命周期内的需求管理能力，为航空发动机产品的成功研制提供了有力保障。

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Research on Aircraft Requirements Management Method

SHI Yan-yan,WANG Gui-hua,LIU Qing-dong,SUI Yan-feng,WANG Da-hai,HAN Qiu-bing
（AECC Shenyang Engine Research Institute,Shenyang 10015,China）

In order to clearly make the requirements from users and other stakeholders be understood and implemented in the full life-cycle,based on product breakdown structure,it was proposed to set the waterfall model of aircraft requirements management,modularize the complicated aircraft requirements management work and formulate the requirements management process with aim of product conformity,rely on the process formed aircraft requirements management method.The method improves the ability of requirements management in the full life-cycle,which guarantees the success of the development of aeroengine.

requirements management;full life-cycle;product breakdown structure;product conformity;technical condition

V 37

A

10.13477/j.cnki.aeroengine.2017.01.016

2016-07-18 基金项目：国家重大基础研究项目资助

史妍妍（1980），女，博士，高级工程师，从事航空发动机研发体系建设和技术评审工作；E-mail：83878050@qq.com。

史妍妍，王桂华，刘庆东，等.航空发动机需求管理方法研究[J].航空发动机，2017,43（1）：91-94.SHIYanyan，WANGGuihua，LIUQingdong，etal.Researchonaircraftrequirementsmanagementmethod[J].Aeroengine，2017,43（1）：91-94.

（编辑：栗枢）