魏娟

【摘 要】本文概述了民用飛機(jī)電源系統(tǒng)需求確認(rèn)活動(dòng)，對系統(tǒng)需求確認(rèn)活動(dòng)進(jìn)行了規(guī)劃，定義了需求確認(rèn)的角色分工、原則、目標(biāo)和輸出，并給出了總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】民機(jī)；系統(tǒng)需求；確認(rèn)

Scheme and Guide for Electrical Power System Requirements Validation of Civil Aircraft

WEI Juan

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

【Abstract】This article briefly describes the validation activities and scheme of electrical power system requirements of civil aircraft. The role/responsibility， basic principle， aim and output of validation and a summary are defined.

【Key words】Civil aircraft； System requirements； Validation

0 引言

電源系統(tǒng)的需求確認(rèn)，是指通過安全性評估、分析、仿真、試驗(yàn)、相似機(jī)型經(jīng)驗(yàn)評估以及工程評審等方法對捕獲的電源系統(tǒng)需求進(jìn)行檢查，以確保電源系統(tǒng)需求的正確性和完整性，根據(jù)需求設(shè)計(jì)的電源系統(tǒng)能滿足用戶、適航規(guī)章、飛機(jī)頂層以及交聯(lián)系統(tǒng)的要求。

1 電源系統(tǒng)需求概述

需求的確認(rèn)過程在電源系統(tǒng)研制過程中是一個(gè)貫穿研制周期的、持續(xù)的、迭代性的完整性過程。通過系統(tǒng)需求確認(rèn)，可以在研制周期的早期識別到需求的錯(cuò)誤和遺漏，以減少在后期對系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改而帶來的不必要成本上升和進(jìn)度延遲。

根據(jù)SAE ARP 4754A[1]中飛機(jī)系統(tǒng)V形研制流程，確認(rèn)過程是V形的左半部份，系統(tǒng)研制與確認(rèn)的內(nèi)在關(guān)系詳見圖1（右半部分為驗(yàn)證過程，藍(lán)色虛線和方框表示不在本文范圍內(nèi)討論）。

如圖1所示，民機(jī)電源系統(tǒng)的需求確認(rèn)一般在五個(gè)層次開展：飛機(jī)級、系統(tǒng)級、設(shè)備/布線安裝級、子設(shè)備級、軟硬件級[2]。

系統(tǒng)需求確認(rèn)過程中，會(huì)產(chǎn)生一些開口項(xiàng)，這是因?yàn)椴糠中枨笮枰却乱患壭枨蠓纸獯_定、系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)一步細(xì)化、乃至飛機(jī)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)后才能實(shí)現(xiàn)。例如，對于設(shè)備的工作環(huán)境需求，往往要在飛機(jī)實(shí)際試飛后，才能通過環(huán)境試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)。對于這些開口項(xiàng)，應(yīng)制定嚴(yán)格的跟蹤和關(guān)閉流程，以控制其風(fēng)險(xiǎn)。

系統(tǒng)需求確認(rèn)過程中，還會(huì)遇到需求更改的情況，此時(shí)就要重新對更改后的需求進(jìn)行確認(rèn)，為了避免個(gè)別需求的更改帶來全部需求的重新確認(rèn)，在這種情況下，需嚴(yán)格評估更改需求的關(guān)聯(lián)需求，僅對相關(guān)需求進(jìn)行重新確認(rèn)。

電源系統(tǒng)需求確認(rèn)的工作流程詳見圖2，該流程適用于不同層級的確認(rèn)。

2 確認(rèn)活動(dòng)的角色和分工

電源系統(tǒng)需求確認(rèn)活動(dòng)一般涉及以下角色責(zé)任。

1）電源系統(tǒng)確認(rèn)人員主要負(fù)責(zé)：

（1）規(guī)劃電源系統(tǒng)需求確認(rèn)活動(dòng)；

（2）制定需求確認(rèn)計(jì)劃和需求確認(rèn)矩陣；

（3）提供確認(rèn)方法和確認(rèn)目標(biāo)檢查的指導(dǎo)，對系統(tǒng)需求確認(rèn)過程進(jìn)行監(jiān)控；

（4）根據(jù)需求確認(rèn)矩陣開展相應(yīng)的需求確認(rèn)活動(dòng)；

（5）組織評審需求確認(rèn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題；

（6）對需求確認(rèn)活動(dòng)進(jìn)行總結(jié)，編制總結(jié)報(bào)告。

2）電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員主要負(fù)責(zé)：

（1）設(shè)計(jì)需求的捕獲和管理；

（2）參與需求確認(rèn)矩陣的制定；

（3）根據(jù)需求確認(rèn)矩陣開展相應(yīng)的需求確認(rèn)活動(dòng)；

（4）維護(hù)DOORS中電源系統(tǒng)的需求狀態(tài)。

3）電源系統(tǒng)測試人員主要負(fù)責(zé)：

（1）參與需求確認(rèn)矩陣的制定；

（2）根據(jù)需求確認(rèn)矩陣開展相應(yīng)的需求確認(rèn)活動(dòng)。

4）電源系統(tǒng)工程經(jīng)理、項(xiàng)目經(jīng)理及專家協(xié)調(diào)需求確認(rèn)活動(dòng)中的重大問題，并對需求確認(rèn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和文件進(jìn)行審批。

3 電源系統(tǒng)需求確認(rèn)原則

電源系統(tǒng)的需求確認(rèn)過程中，需遵循原則主要如下：

1）在設(shè)計(jì)階段，電源系統(tǒng)的適航條款應(yīng)分解為具體的系統(tǒng)需求，并建立條款與需求文件的追溯關(guān)系；

2）在設(shè)計(jì)階段，電源系統(tǒng)初步系統(tǒng)安全性評估結(jié)果應(yīng)分解為具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求；

3）在設(shè)計(jì)階段，電源系統(tǒng)的需求捕獲必須經(jīng)過設(shè)計(jì)評審，并建立相應(yīng)的追溯關(guān)系；

4）一般在設(shè)計(jì)實(shí)施開始前應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)需求的確認(rèn)，但實(shí)際上，可能有部分需求需在電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后并能在其真實(shí)環(huán)境下運(yùn)行之后才有可能進(jìn)行確認(rèn)。因此，需求確認(rèn)可能會(huì)貫穿電源系統(tǒng)的整個(gè)研制周期的；

5）當(dāng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)作為需求確認(rèn)過程的一部分時(shí)，試驗(yàn)可以同時(shí)達(dá)到驗(yàn)證和確認(rèn)的目的。即既確認(rèn)需求是否正確，又檢查所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)是否滿足電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求；

6）需求確認(rèn)過程中的嚴(yán)酷度應(yīng)根據(jù)安全性評估過程中分配和確認(rèn)的系統(tǒng)和設(shè)備研制保證等級（DAL）確定；

7）電源系統(tǒng)的需求確認(rèn)策略要符合飛機(jī)級的確認(rèn)策略；

8）需要重點(diǎn)說明對高風(fēng)險(xiǎn)的項(xiàng)目（如新技術(shù)）是如何進(jìn)行需求確認(rèn)考慮的；

9）需要重點(diǎn)說明以往機(jī)型電源系統(tǒng)出現(xiàn)過的問題的需求確認(rèn)情況。

4 電源系統(tǒng)需求確認(rèn)的目標(biāo)

電源系統(tǒng)需求確認(rèn)的過程，主要是檢查和確認(rèn)相關(guān)設(shè)計(jì)需求的正確性和完整性，此外，還需檢查需求的追溯性、一致性、唯一性、兼容性、可實(shí)施性/可驗(yàn)證性等。

4.1 正確性

1）需求的描述是否正確，如果是衍生需求，是否有依據(jù)支撐；

2）對于所要完成的需求集，該需求是否必要；

3）需求集是否合并為單獨(dú)的需求更好；

4）需求集是否正確地反映了安全性分析，是否包含了所有由安全性評估產(chǎn)生的衍生需求。

4.2 完整性

通過電源系統(tǒng)需求文件的體系，需求類型，確認(rèn)矩陣或檢查單，以及實(shí)際各方提出需求的人員的參與來保證完整性。

1）從可追溯性和需求來源看，需求是否明顯能滿足上一層需求；

2）相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)或頂層各方包含在系統(tǒng)需求集之中；

3）是否確定了與其它系統(tǒng)、人員和過程的接口；

4）對每個(gè)接口相關(guān)的限制條件的定義是否足夠詳細(xì)以便實(shí)現(xiàn)接口；

5）接口的系統(tǒng)、人員或過程的行為表現(xiàn)是否能夠被接口的兩端作為需求而捕獲和接受；

6）功能需求集是否完全被分配并追溯到系統(tǒng)架構(gòu)；

7）在系統(tǒng)架構(gòu)中，電子硬件和軟件間的功能分配是否明確；

8）是否清楚地定義和描述假設(shè)；

9）是否考慮了系統(tǒng)的運(yùn)行模式、操作環(huán)境和維修要求；

10）是否通過原型機(jī)或建?？紤]了潛在的問題，易被遺漏的需求或需要禁止的系統(tǒng)行為。

4.3 追溯性

主要指除衍生需求之外的其它飛機(jī)、系統(tǒng)、設(shè)備級需求各層級間的聯(lián)系，包括向上和向下的追蹤關(guān)系。一個(gè)需求或者可以追溯到上層需求，或者可通過具體的設(shè)計(jì)決策或設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來進(jìn)行追溯。追溯性本身可以從完整性角度充分表明較低層級的需求滿足較高層級的需求。但在設(shè)計(jì)決策或設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)中，會(huì)增加額外的需求，故需獲得相應(yīng)的依據(jù)，由此來證明較低層級的需求如何滿足上一層的需求。

對于衍生需求，應(yīng)從安全性的角度（即對安全性影響的分析），逐步在各較高系統(tǒng)層級中檢查，直至確定影響消失為止。

4.4 一致性

主要指需求在向上和向下追溯時(shí)，對上一級需求和下一級需求是不存在矛盾的，沒有沖突的（不僅需求分配時(shí)要保持一致性，在系統(tǒng)研制的設(shè)計(jì)階段、實(shí)施過程中，也應(yīng)保證設(shè)計(jì)對需求的一致性）。

4.5 唯一性

主要指需求是必要的，清晰和明確的，不能模棱兩可，帶有歧義，不會(huì)有第二條需求來定義同樣的事情。這樣才能保證需求的正確，并能被分配和實(shí)施。

4.6 兼容性

主要指需求與交互的接口、硬件設(shè)計(jì)、運(yùn)行條件、可利用的資源等相關(guān)方面的需求可以相互適應(yīng)、匹配、無沖突。

4.7 可實(shí)施性/可驗(yàn)證性

主要指需求所描述的功能是可行的，在系統(tǒng)研制的實(shí)施階段可被設(shè)計(jì)、執(zhí)行并可以被驗(yàn)證的，包括可被評審、測試或試驗(yàn)的。

5 電源系統(tǒng)需求確認(rèn)的資料輸出

5.1 確認(rèn)計(jì)劃

首先需要制定電源系統(tǒng)確認(rèn)計(jì)劃，規(guī)劃出需求確認(rèn)的流程、準(zhǔn)則、方法、工作責(zé)任分工和過程的管理等，用于指導(dǎo)電源系統(tǒng)的需求確認(rèn)。

電源系統(tǒng)需求確認(rèn)計(jì)劃參見本文件。

5.2 確認(rèn)矩陣

對電源系統(tǒng)中的不同需求文件，應(yīng)分別制定需求確認(rèn)矩陣。此外，還需制定下層需求對上層需求的符合性矩陣以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案對系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求的符合性矩陣。

需求確認(rèn)矩陣的詳細(xì)程度應(yīng)與電源系統(tǒng)的功能等級相匹配，主要有以下內(nèi)容：

1）具體需求，包括來源于DOORs的需求編號和需求內(nèi)容；

2）需求的等級；

3）需求的來源（或上級需求）；

4）是否為衍生需求；

5）應(yīng)用的確認(rèn)方法；

6）各項(xiàng)確認(rèn)目標(biāo)的符合性；

7）確認(rèn)的支持證據(jù)；

8）確認(rèn)結(jié)論（有效/無效）。

在確認(rèn)過程中會(huì)使用到不同的確認(rèn)方法，比如可使用分析、建模仿真、試驗(yàn)、相似性等。對每個(gè)需求，會(huì)有不同方法的組合來滿足需求確認(rèn)所必需的置信度。而不同的確認(rèn)方法將產(chǎn)生不同的確認(rèn)記錄，這些記錄（如分析結(jié)論，評審結(jié)論等）可作為確認(rèn)矩陣的補(bǔ)充證明資料。

5.3 確認(rèn)總結(jié)

在電源系統(tǒng)需求確認(rèn)活動(dòng)實(shí)施完成后，整理和歸納確認(rèn)的相關(guān)結(jié)果、證明數(shù)據(jù)、來源資料等，最終應(yīng)生成確認(rèn)總結(jié)報(bào)告，內(nèi)容應(yīng)包括：

1）應(yīng)用的需求確認(rèn)計(jì)劃以及需求確認(rèn)活動(dòng)開展過程對計(jì)劃的符合性；

2）確認(rèn)矩陣的總結(jié)；

3）需求確認(rèn)過程中的開口項(xiàng)及處理情況；

4）確認(rèn)的支持資料和來源的確定。

6 結(jié)論

民機(jī)電源系統(tǒng)的需求確認(rèn)是系統(tǒng)研制周期中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是一個(gè)持續(xù)、階段性的迭代過程。在不同階段進(jìn)行需求確認(rèn)工作，會(huì)不斷增強(qiáng)對于電源系統(tǒng)需求正確性和完整性的置信度。通過需求確認(rèn)，在研制早期識別需求問題，可減少后期系統(tǒng)設(shè)計(jì)更改而帶來的成本、進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)，并與后期需求驗(yàn)證活動(dòng)形成民機(jī)系統(tǒng)研制的閉環(huán)流程。

【參考文獻(xiàn)】

[1]ARP 4754A Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems[M]. SAE， 2010.

[2]Ian Moir， Allan Seabridge. Aircraft Systems Mechanical， electrical， and Avionics Subsystems Integration[M]. John Wiley &Sons， Ltd， 2008.