魏博

摘 要：本文從系統(tǒng)工程的角度和民機(jī)設(shè)計(jì)的要求出發(fā)，主要討論了飛機(jī)航電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中需求的定義工作。基于航電系統(tǒng)需求定義的實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程，著重描述了系統(tǒng)需求定義需要注意的問(wèn)題以及不同的研發(fā)階段間的相互關(guān)系。最后介紹了航電系統(tǒng)需求管理的軟件平臺(tái)DOORS的基本應(yīng)用。需求定義是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)起點(diǎn)，對(duì)于后續(xù)的工作將會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。為了降低風(fēng)險(xiǎn)和研發(fā)成本，在設(shè)計(jì)之初首先需要做好系統(tǒng)的需求定義工作，這樣才能保證設(shè)計(jì)各個(gè)階段的一致性和連貫性，最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的成功。希望通過(guò)這篇文章能夠?yàn)楦叨燃?、?fù)雜的飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研制提供必要的支持。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)工程；需求定義；航電系統(tǒng)

飛機(jī)航電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程總體上可以分為需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成、驗(yàn)證、取證等幾個(gè)階段。需求分析是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一個(gè)重要階段，這一階段的工作結(jié)果將影響系統(tǒng)開(kāi)發(fā)后續(xù)各階段的工作。需求分析的主要任務(wù)是根據(jù)用戶及總體的需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，以及系統(tǒng)運(yùn)行的一些限制條件，深入的描述系統(tǒng)功能、性能等需求，以確定系統(tǒng)架構(gòu)來(lái)滿足用戶及總體的要求和設(shè)計(jì)的目標(biāo)。區(qū)別與其它的系統(tǒng)工程概念，飛機(jī)系統(tǒng)的需求定義還需要考慮適航方面的要求，以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中安全性的要求。在確定系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)的定義和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。整個(gè)需求定義的過(guò)程是一個(gè)不斷循環(huán)的過(guò)程，對(duì)下一級(jí)的設(shè)計(jì)作為輸入，而下級(jí)的設(shè)計(jì)工作也會(huì)影響并更改上一級(jí)需求的定義。但是對(duì)于需求的定義和更改需要非常的慎重，因?yàn)樗麜?huì)對(duì)后續(xù)的設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生重大的影響。

需求定義是系統(tǒng)工程的一項(xiàng)重要的工作內(nèi)容，需要按照系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的流程向前推進(jìn)。它將一些需求變?yōu)橐幌盗挟a(chǎn)品組合和過(guò)程定義，并且為下一個(gè)層次的設(shè)計(jì)提供原始輸入，最終形成不同層次上的鏈接追溯關(guān)系。不同層次的設(shè)計(jì)過(guò)程需要按照順序來(lái)完成，它為項(xiàng)目規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，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(guò)不同的方式來(lái)分類。對(duì)于高度集成，復(fù)雜的飛機(jī)系統(tǒng)而言，系統(tǒng)級(jí)的需求數(shù)目會(huì)比較多。通過(guò)進(jìn)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(fù)定義。在不同的研發(fā)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(tǒng)功能的安全性需求通過(guò)系統(tǒng)的可用性（功能的連續(xù)性）和完整性（功能的正確性）這兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行約束。這些安全性需求可以通過(guò)功能危害性分析來(lái)確定。對(duì)于系統(tǒng)級(jí)功能的安全性需求是通過(guò)對(duì)相關(guān)功能失效條件的分類和識(shí)別來(lái)確定的。即便是分類為沒(méi)有安全性影響的功能也會(huì)具有失效模式和相關(guān)的影響。與安全性相關(guān)的功能失效模式將會(huì)對(duì)飛機(jī)的安全有直接或者間接的影響。與安全性相關(guān)的需求應(yīng)該是可追溯的，從研發(fā)的各個(gè)階段到分配到軟硬件，以保證在軟硬件的設(shè)計(jì)層次上也可以獲得分解下來(lái)的安全性需求。

1.1.2 功能需求

功能需求即系統(tǒng)的必要任務(wù)，是指為了在特定的條件下實(shí)現(xiàn)期望的系統(tǒng)性能而定義的系統(tǒng)要求。簡(jiǎn)單的講就是“系統(tǒng)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(guò)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(yīng)該具有如下的屬性：

（1）需求是可以實(shí)現(xiàn)的，要能夠使需求通過(guò)某種方式從技術(shù)上得以實(shí)現(xiàn)，對(duì)于商用飛機(jī)而言進(jìn)一步要求是其在價(jià)格上是可以接受的；

（2）需求是可以驗(yàn)證的，也就是說(shuō)一個(gè)需求不能通過(guò)以下的詞語(yǔ)來(lái)定義：過(guò)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(guò)某種方法進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)然最好的方式是采用定量的方式；

（3）需求是明確的，一個(gè)需求需要具有而且只具有一個(gè)含義；

（4）需求是完整的，包含所相關(guān)的任務(wù)包絡(luò)、操作和維護(hù)概念、使用環(huán)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(nèi)容放在需求的屬性里面，對(duì)需求進(jìn)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(yīng)該表示成什么需要，而不是怎么樣實(shí)現(xiàn)這種需求；需要說(shuō)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多的系統(tǒng)需求，所有的需求之間可能會(huì)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(yīng)該在合適的設(shè)計(jì)層次上出現(xiàn)。一個(gè)過(guò)于細(xì)節(jié)的需求不應(yīng)該在上一個(gè)層次上出現(xiàn)。例如一個(gè)詳細(xì)的部件級(jí)的需求不應(yīng)該在系統(tǒng)級(jí)的需求中出現(xiàn)。在實(shí)際的定義過(guò)程中，有些需求比較難把握放在哪個(gè)層級(jí)，特別是那些系統(tǒng)級(jí)和子系統(tǒng)級(jí)的需求定義。

2 需求定義流程

需求以及相關(guān)的安全性等級(jí)的分析對(duì)研發(fā)過(guò)程有非常重要的作用。由于不同的安全性等級(jí)，通過(guò)系統(tǒng)架構(gòu)對(duì)需求的分配對(duì)于減輕今后系統(tǒng)適航方面的壓力具有顯著的作用。在飛機(jī)頂層研發(fā)的過(guò)程中包含對(duì)于飛機(jī)功能的確認(rèn)和相關(guān)需求的確認(rèn)。飛機(jī)的功能包含飛機(jī)的接口和相應(yīng)的安全性要求一起構(gòu)建了系統(tǒng)的架構(gòu)。在架構(gòu)的選擇過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生附加的需求，這些需求對(duì)于架構(gòu)的定義是非常必要的。在需求定義和分配的每一個(gè)階段（例如系統(tǒng)級(jí)，部件級(jí)，軟硬件級(jí)），需要對(duì)所有的附加需求，也就是所謂的衍生需求進(jìn)行確認(rèn)。架構(gòu)定義中面臨的決策問(wèn)題是產(chǎn)生衍生需求的主要源頭，而且它將產(chǎn)生新的安全性要求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，所有的需求需要得到最終進(jìn)行確認(rèn)和驗(yàn)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(biāo)，以及項(xiàng)目的限制條件組成的。輸入包括但是不限于：任務(wù)、運(yùn)行方式、運(yùn)行環(huán)境、目前可用的技術(shù)條件，以及上一個(gè)層次的系統(tǒng)工程應(yīng)用需求輸出，包含飛機(jī)總體的決策和飛機(jī)級(jí)頂層需求等等。其中比較重要的是用戶及總體的需求和設(shè)計(jì)的目標(biāo)，以保證設(shè)計(jì)結(jié)果能夠滿足市場(chǎng)要求?？梢詮南到y(tǒng)的功能危害性分析和初步安全性分析來(lái)得出安全性的要求。此外可以通過(guò)局方的法規(guī)以及我們定義的適航審定計(jì)劃得出適航方面的要求。

2.2 需求分析和分配

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步是進(jìn)行輸入條件的分析。需求分析用來(lái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的功能、性能等需求，也就是說(shuō)，將設(shè)計(jì)的輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗械男枨髞?lái)定義系統(tǒng)需要完成什么任務(wù)以及在什么程度上完成任務(wù)。這個(gè)過(guò)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(shí)現(xiàn)的和簡(jiǎn)練的。需求分析一定要澄清和定義功能需求和設(shè)計(jì)限制條件。功能需求定義數(shù)量（多少）、性能（多好）、范圍（多大）、時(shí)間（什么時(shí)間和多長(zhǎng)時(shí)間）。設(shè)計(jì)限制定義了限制設(shè)計(jì)復(fù)雜性的因素，例如，環(huán)境條件或者限制、對(duì)于內(nèi)部和外部風(fēng)險(xiǎn)的防范措施、合同、用戶及總體的要求、適航法規(guī)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。

建立不同層次的需求之間的連接關(guān)系是非常重要的工作，實(shí)現(xiàn)需求的追溯，便于后續(xù)的確認(rèn)和驗(yàn)證工作。功能需求一般是從上一級(jí)的功能分下來(lái)的，然后分解到下一級(jí)的功能。這個(gè)結(jié)果是系統(tǒng)行為邏輯上和性能需求上的描述。這個(gè)描述通常叫做系統(tǒng)的功能架構(gòu)。功能分析和分配是為了理解系統(tǒng)要做什么，以及它是以什么方式來(lái)完成相應(yīng)的功能。它為優(yōu)化物理解決方案提供信息。

通過(guò)功能的分析和分配會(huì)產(chǎn)生更好的對(duì)于需求的理解，應(yīng)該及時(shí)的重新對(duì)于定義的需求進(jìn)行考慮。每一個(gè)功能的識(shí)別應(yīng)該是能夠追溯到一個(gè)需求。重復(fù)的這個(gè)檢查需求分析的過(guò)程作為功能分析和分配的結(jié)果，作為一個(gè)需求定義循環(huán)。這個(gè)過(guò)程也可以叫做需求的確認(rèn)。

最后進(jìn)行的設(shè)計(jì)綜合是通過(guò)物理或者軟件的形式定義產(chǎn)品和部件。這一步驟的結(jié)果就是產(chǎn)生物理架構(gòu)。物理架構(gòu)需要滿足對(duì)應(yīng)的功能需求，至此設(shè)計(jì)工作基本上結(jié)束。

3結(jié)語(yǔ)

飛機(jī)的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要采用系統(tǒng)工程的思想來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)以保證研制的成本和進(jìn)度。系統(tǒng)工程是一個(gè)復(fù)雜、循環(huán)、遞歸解決問(wèn)題的方式，需要自頂而下的設(shè)計(jì)。這些過(guò)程包括設(shè)計(jì)的輸入和輸出，需求分析，集成，循環(huán)設(shè)計(jì)，驗(yàn)證等階段。整個(gè)過(guò)程是按照順序自上而下進(jìn)行的，在每一個(gè)階段就要完成相應(yīng)的任務(wù)，并且補(bǔ)充一些附加的要求。上下層級(jí)之間需要進(jìn)行追蹤檢查，以保證最終的設(shè)計(jì)結(jié)果是符合最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。如果在設(shè)計(jì)的過(guò)程中不遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)流程將會(huì)導(dǎo)致后期工作的錯(cuò)誤，嚴(yán)重的影響項(xiàng)目的進(jìn)度，無(wú)法控制研制的成本和時(shí)間。所以需求定義工作作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，需要得到相應(yīng)的重視。

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