民用飞机试飞任务需求管理技术研究与实现
2014-11-11严子焜
严子焜
摘 要：针对民用飞机进行试飞时对于各种复杂前置条件的管理需求，提出了一种基于设计需求的试飞需求定义和管理方法。该方法充分考虑了飞机的设计特点和试飞执行过程中需关注的各种因素，采用需求管理的概念，开发一种与民机研制相匹配的试飞需求管理工具，以保证试飞过程管理的科学性和高效性。
关键词：需求管理 验证与鉴定 试飞 执行条件
中图分类号：V221 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（b）-0171-02
试飞作为整机验证中的重要组成部分，是确认飞机满足客户和适航要求的必要手段，在民机系统工程中具有重要的作用。通过采用系统工程中的需求管理手段，根据飞机设计和试验特点，分析和梳理试飞前置条件，并以此为基础对其进行动态管理，是加快试飞进度、提高试飞执行效率的必要手段。
1 开发背景
民用飞机在试飞过程中将面临大量技术和管理问题，主要集中在试飞构型、设计更改对试飞任务的影响以及与其他研制计划之间的匹配性等3方面，即，飞机在设计过程中存在各种描述，如功能描述、性能描述、装机设备件号等，采用何种方式可明确表达试飞任务对飞机和改装设备状态的要求；飞机进行试飞时，依然处于设计过程，将不可避免出现大量的设计更改，使用何种方式评估上述飞机设计更改对试飞任务执行产生的影响；民机开发是一项复杂系统工程，将产生大量的工作计划，采用何种手段保证试飞计划与其他研制计划之间的协调匹配。
为妥善解决上述问题，需按照验证与鉴定方法（V&V）对试飞任务内容进行需求分析，形成完整的试飞需求；根据设计数据确定执行试飞任务所需的飞机状态和试验条件基准；建立可与其他数据平台（如：构型数据管理平台、计划管理平台等）进行数据交互的管理工具和相关应用。
2 工作思路
进行民用飞机试飞任务需求管理工具的开发时主要按照以下思路进行：
（1）根据试飞特点梳理飞机设计要求，形成可用于描述飞机状态的结构化设计数据；（2）按照验证与鉴定原则建立试验追溯矩阵，确定需采用试飞方式进行验证与鉴定的试飞需求；（3）根据试飞需求和设计数据，确定试飞项目对应的飞机状态基准；（4）根据上述需求数据对试飞过程进行管理。
具体开发思路如图1所示。
3 需求管理工具开发过程
3.1 设计数据
结构化设计数据是进行试飞任务需求管理的基础，将飞机设计方案、审定计划、TLARD、TLSRD、FICD、系统详细设计数据中与试飞相关的数据按照不同逻辑关系进行关联，形成树形设计要求和网状设计逻辑数据结构，具体如图2所示。
3.2 试飞需求定义
试飞在飞机研发过程中其被赋予了3层含义，（1）属于产品设计过程，试验产品需使用试飞数据进行产品的设计工作，如FMS的数据库、ADS的校准曲线、控制律等；（2）整机验证过程，试验产品通过试飞数据确定产品是否满足主制造商所提出的设计要求，用以确认飞机满足设计要求；（3）整机鉴定过程，通过试飞数据确定试验产品符合适航和运行要求。
在进行试飞需求定义时，通过确定设计要求和V&V之间的关系，形成完整地需求验证矩阵，再行考虑其他手段（如地面试验、实验室试验…）与试飞之间的互补性关系，逐项梳理所提出需求的必要性和合理性以确定试飞验证的范围。
3.3 建立飞机状态基准
飞机状态是科目执行条件中的重要内容，将直接影响科目执行的有效性，由于不同系统之间的耦合影响，确定科目所需的飞机状态，并对上述内容进行量化的工作极为复杂。
根据结构化设计数据和试飞任务对应的功能项或设计指标，定义和确定功能项对应的耦合功能，按照“功能接口”明确为验证此项试飞需求中的设计要求时，其他系统/设备应具备的功能项目和状态，即形成基于试飞科目的飞机状态基准，具体如图4所示。
4 基于任务的需求管理
通过使用基于设计数据的试飞需求定义和与设计数据相匹配的飞机状态基准，并以此为建立满足试飞需求的构型基准定义，可有效解决试飞构型定义不清的问题，并通过对上述数据进行控制和管理，以期实现。
4.1 试飞条件管理
执行试飞前，通过对比此项或几项试飞科目的飞机状态基准和实际构型数据，确定偏离项目，并对其进行告警，以督促构型到位；检查前置试验的完成情况，落实前置工作项。
4.2 检查试飞计划与系统发展计划之间的匹配性
通过科目的飞机状态基准数据，对试飞计划与系统发展计划之间的匹配性进行检查和确认。
4.3 偏离评估管理
飞机状态基准是一个科目执行时较为理想的最低要求状态，但由于各种外部不确定条件，飞机状态被非如预期般可按计划实现，因此，在试飞执行过程中需对构型偏离进行评估和管理，以确定在飞机状态基准向下的Δ是否对试飞科目的执行产生影响。
5 结语
通过建立一套规范的试飞需求管理业务流程，并以此为基础开发试飞需求管理工具，以实现明确试飞需求、定义和跟踪飞机状态以及试飞过程提供技术支持等工作的业务流程和数据形式的目的。
试飞需求管理工具的开发和应用将对试飞工作带来积极的作用，主要体现在：
（1）使用更小要素的试飞需求作为定义试飞科目的依据并与设计要求相互关联，可保证试飞内容的完整性和减少无意义试飞内容；（2）通过提前规划试飞科目所需的飞机状态并建立飞机状态基准，并以此为基础，形成构型项目检查清单、前置试验/试飞项目清单，以实现对试飞过程的科学化管理；（3）实现系统发展计划与试飞计划之间的相互协调匹配，实时反映上述计划调整对关联内容的影响。
综上，试飞工作是飞机系统工程尤其是设计过程中不可割裂的部分，通过开发试飞需求管理工具，建立精细化的试飞业务流程和工作规范和将海量设计数据与试飞工作相互的关联，将提高试飞规划的科学性和加强OEM对试飞过程管理的能力，对民用飞机试飞工作带来了积极的作用。
参考文献
[1] AP-21-AA-2011-03-R4航空器型号合格审定程序[S].
[2] Hans-Henrich Altfeld. Commercial Aircraft Projects[M].，2010.
[3] Beam，W.R.System Engineer：Architecture and Design[M].New York：Mcgraw-Hill，1990.
[4] 彭胜任.需求管理系统研究与开发[D].北京邮电大学，2005.
[5] M.Elizabeth C.Hull.需求工程[M].北京：清华大学出版社，2003.
[6] 季建琴.民用飞机需求管理技术研究与应用[J].科技视界，2012，9（25）.endprint
摘 要：针对民用飞机进行试飞时对于各种复杂前置条件的管理需求，提出了一种基于设计需求的试飞需求定义和管理方法。该方法充分考虑了飞机的设计特点和试飞执行过程中需关注的各种因素，采用需求管理的概念，开发一种与民机研制相匹配的试飞需求管理工具，以保证试飞过程管理的科学性和高效性。
关键词：需求管理 验证与鉴定 试飞 执行条件
中图分类号：V221 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（b）-0171-02
试飞作为整机验证中的重要组成部分，是确认飞机满足客户和适航要求的必要手段，在民机系统工程中具有重要的作用。通过采用系统工程中的需求管理手段，根据飞机设计和试验特点，分析和梳理试飞前置条件，并以此为基础对其进行动态管理，是加快试飞进度、提高试飞执行效率的必要手段。
1 开发背景
民用飞机在试飞过程中将面临大量技术和管理问题，主要集中在试飞构型、设计更改对试飞任务的影响以及与其他研制计划之间的匹配性等3方面，即，飞机在设计过程中存在各种描述，如功能描述、性能描述、装机设备件号等，采用何种方式可明确表达试飞任务对飞机和改装设备状态的要求；飞机进行试飞时，依然处于设计过程，将不可避免出现大量的设计更改，使用何种方式评估上述飞机设计更改对试飞任务执行产生的影响；民机开发是一项复杂系统工程，将产生大量的工作计划，采用何种手段保证试飞计划与其他研制计划之间的协调匹配。
为妥善解决上述问题，需按照验证与鉴定方法（V&V）对试飞任务内容进行需求分析，形成完整的试飞需求；根据设计数据确定执行试飞任务所需的飞机状态和试验条件基准；建立可与其他数据平台（如：构型数据管理平台、计划管理平台等）进行数据交互的管理工具和相关应用。
2 工作思路
进行民用飞机试飞任务需求管理工具的开发时主要按照以下思路进行：
（1）根据试飞特点梳理飞机设计要求，形成可用于描述飞机状态的结构化设计数据；（2）按照验证与鉴定原则建立试验追溯矩阵，确定需采用试飞方式进行验证与鉴定的试飞需求；（3）根据试飞需求和设计数据，确定试飞项目对应的飞机状态基准；（4）根据上述需求数据对试飞过程进行管理。
具体开发思路如图1所示。
3 需求管理工具开发过程
3.1 设计数据
结构化设计数据是进行试飞任务需求管理的基础，将飞机设计方案、审定计划、TLARD、TLSRD、FICD、系统详细设计数据中与试飞相关的数据按照不同逻辑关系进行关联，形成树形设计要求和网状设计逻辑数据结构，具体如图2所示。
3.2 试飞需求定义
试飞在飞机研发过程中其被赋予了3层含义，（1）属于产品设计过程，试验产品需使用试飞数据进行产品的设计工作，如FMS的数据库、ADS的校准曲线、控制律等；（2）整机验证过程，试验产品通过试飞数据确定产品是否满足主制造商所提出的设计要求，用以确认飞机满足设计要求；（3）整机鉴定过程，通过试飞数据确定试验产品符合适航和运行要求。
在进行试飞需求定义时，通过确定设计要求和V&V之间的关系，形成完整地需求验证矩阵，再行考虑其他手段（如地面试验、实验室试验…）与试飞之间的互补性关系，逐项梳理所提出需求的必要性和合理性以确定试飞验证的范围。
3.3 建立飞机状态基准
飞机状态是科目执行条件中的重要内容，将直接影响科目执行的有效性，由于不同系统之间的耦合影响，确定科目所需的飞机状态，并对上述内容进行量化的工作极为复杂。
根据结构化设计数据和试飞任务对应的功能项或设计指标，定义和确定功能项对应的耦合功能，按照“功能接口”明确为验证此项试飞需求中的设计要求时，其他系统/设备应具备的功能项目和状态，即形成基于试飞科目的飞机状态基准，具体如图4所示。
4 基于任务的需求管理
通过使用基于设计数据的试飞需求定义和与设计数据相匹配的飞机状态基准，并以此为建立满足试飞需求的构型基准定义，可有效解决试飞构型定义不清的问题，并通过对上述数据进行控制和管理，以期实现。
4.1 试飞条件管理
执行试飞前，通过对比此项或几项试飞科目的飞机状态基准和实际构型数据，确定偏离项目，并对其进行告警，以督促构型到位；检查前置试验的完成情况，落实前置工作项。
4.2 检查试飞计划与系统发展计划之间的匹配性
通过科目的飞机状态基准数据，对试飞计划与系统发展计划之间的匹配性进行检查和确认。
4.3 偏离评估管理
飞机状态基准是一个科目执行时较为理想的最低要求状态，但由于各种外部不确定条件，飞机状态被非如预期般可按计划实现，因此，在试飞执行过程中需对构型偏离进行评估和管理，以确定在飞机状态基准向下的Δ是否对试飞科目的执行产生影响。
5 结语
通过建立一套规范的试飞需求管理业务流程，并以此为基础开发试飞需求管理工具，以实现明确试飞需求、定义和跟踪飞机状态以及试飞过程提供技术支持等工作的业务流程和数据形式的目的。
试飞需求管理工具的开发和应用将对试飞工作带来积极的作用，主要体现在：
（1）使用更小要素的试飞需求作为定义试飞科目的依据并与设计要求相互关联，可保证试飞内容的完整性和减少无意义试飞内容；（2）通过提前规划试飞科目所需的飞机状态并建立飞机状态基准，并以此为基础，形成构型项目检查清单、前置试验/试飞项目清单，以实现对试飞过程的科学化管理；（3）实现系统发展计划与试飞计划之间的相互协调匹配，实时反映上述计划调整对关联内容的影响。
综上，试飞工作是飞机系统工程尤其是设计过程中不可割裂的部分，通过开发试飞需求管理工具，建立精细化的试飞业务流程和工作规范和将海量设计数据与试飞工作相互的关联，将提高试飞规划的科学性和加强OEM对试飞过程管理的能力，对民用飞机试飞工作带来了积极的作用。
参考文献
[1] AP-21-AA-2011-03-R4航空器型号合格审定程序[S].
[2] Hans-Henrich Altfeld. Commercial Aircraft Projects[M].，2010.
[3] Beam，W.R.System Engineer：Architecture and Design[M].New York：Mcgraw-Hill，1990.
[4] 彭胜任.需求管理系统研究与开发[D].北京邮电大学，2005.
[5] M.Elizabeth C.Hull.需求工程[M].北京：清华大学出版社，2003.
[6] 季建琴.民用飞机需求管理技术研究与应用[J].科技视界，2012，9（25）.endprint
摘 要：针对民用飞机进行试飞时对于各种复杂前置条件的管理需求，提出了一种基于设计需求的试飞需求定义和管理方法。该方法充分考虑了飞机的设计特点和试飞执行过程中需关注的各种因素，采用需求管理的概念，开发一种与民机研制相匹配的试飞需求管理工具，以保证试飞过程管理的科学性和高效性。
关键词：需求管理 验证与鉴定 试飞 执行条件
中图分类号：V221 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（b）-0171-02
试飞作为整机验证中的重要组成部分，是确认飞机满足客户和适航要求的必要手段，在民机系统工程中具有重要的作用。通过采用系统工程中的需求管理手段，根据飞机设计和试验特点，分析和梳理试飞前置条件，并以此为基础对其进行动态管理，是加快试飞进度、提高试飞执行效率的必要手段。
1 开发背景
民用飞机在试飞过程中将面临大量技术和管理问题，主要集中在试飞构型、设计更改对试飞任务的影响以及与其他研制计划之间的匹配性等3方面，即，飞机在设计过程中存在各种描述，如功能描述、性能描述、装机设备件号等，采用何种方式可明确表达试飞任务对飞机和改装设备状态的要求；飞机进行试飞时，依然处于设计过程，将不可避免出现大量的设计更改，使用何种方式评估上述飞机设计更改对试飞任务执行产生的影响；民机开发是一项复杂系统工程，将产生大量的工作计划，采用何种手段保证试飞计划与其他研制计划之间的协调匹配。
为妥善解决上述问题，需按照验证与鉴定方法（V&V）对试飞任务内容进行需求分析，形成完整的试飞需求；根据设计数据确定执行试飞任务所需的飞机状态和试验条件基准；建立可与其他数据平台（如：构型数据管理平台、计划管理平台等）进行数据交互的管理工具和相关应用。
2 工作思路
进行民用飞机试飞任务需求管理工具的开发时主要按照以下思路进行：
（1）根据试飞特点梳理飞机设计要求，形成可用于描述飞机状态的结构化设计数据；（2）按照验证与鉴定原则建立试验追溯矩阵，确定需采用试飞方式进行验证与鉴定的试飞需求；（3）根据试飞需求和设计数据，确定试飞项目对应的飞机状态基准；（4）根据上述需求数据对试飞过程进行管理。
具体开发思路如图1所示。
3 需求管理工具开发过程
3.1 设计数据
结构化设计数据是进行试飞任务需求管理的基础，将飞机设计方案、审定计划、TLARD、TLSRD、FICD、系统详细设计数据中与试飞相关的数据按照不同逻辑关系进行关联，形成树形设计要求和网状设计逻辑数据结构，具体如图2所示。
3.2 试飞需求定义
试飞在飞机研发过程中其被赋予了3层含义，（1）属于产品设计过程，试验产品需使用试飞数据进行产品的设计工作，如FMS的数据库、ADS的校准曲线、控制律等；（2）整机验证过程，试验产品通过试飞数据确定产品是否满足主制造商所提出的设计要求，用以确认飞机满足设计要求；（3）整机鉴定过程，通过试飞数据确定试验产品符合适航和运行要求。
在进行试飞需求定义时，通过确定设计要求和V&V之间的关系，形成完整地需求验证矩阵，再行考虑其他手段（如地面试验、实验室试验…）与试飞之间的互补性关系，逐项梳理所提出需求的必要性和合理性以确定试飞验证的范围。
3.3 建立飞机状态基准
飞机状态是科目执行条件中的重要内容，将直接影响科目执行的有效性，由于不同系统之间的耦合影响，确定科目所需的飞机状态，并对上述内容进行量化的工作极为复杂。
根据结构化设计数据和试飞任务对应的功能项或设计指标，定义和确定功能项对应的耦合功能，按照“功能接口”明确为验证此项试飞需求中的设计要求时，其他系统/设备应具备的功能项目和状态，即形成基于试飞科目的飞机状态基准，具体如图4所示。
4 基于任务的需求管理
通过使用基于设计数据的试飞需求定义和与设计数据相匹配的飞机状态基准，并以此为建立满足试飞需求的构型基准定义，可有效解决试飞构型定义不清的问题，并通过对上述数据进行控制和管理，以期实现。
4.1 试飞条件管理
执行试飞前，通过对比此项或几项试飞科目的飞机状态基准和实际构型数据，确定偏离项目，并对其进行告警，以督促构型到位；检查前置试验的完成情况，落实前置工作项。
4.2 检查试飞计划与系统发展计划之间的匹配性
通过科目的飞机状态基准数据，对试飞计划与系统发展计划之间的匹配性进行检查和确认。
4.3 偏离评估管理
飞机状态基准是一个科目执行时较为理想的最低要求状态，但由于各种外部不确定条件，飞机状态被非如预期般可按计划实现，因此，在试飞执行过程中需对构型偏离进行评估和管理，以确定在飞机状态基准向下的Δ是否对试飞科目的执行产生影响。
5 结语
通过建立一套规范的试飞需求管理业务流程，并以此为基础开发试飞需求管理工具，以实现明确试飞需求、定义和跟踪飞机状态以及试飞过程提供技术支持等工作的业务流程和数据形式的目的。
试飞需求管理工具的开发和应用将对试飞工作带来积极的作用，主要体现在：
（1）使用更小要素的试飞需求作为定义试飞科目的依据并与设计要求相互关联，可保证试飞内容的完整性和减少无意义试飞内容；（2）通过提前规划试飞科目所需的飞机状态并建立飞机状态基准，并以此为基础，形成构型项目检查清单、前置试验/试飞项目清单，以实现对试飞过程的科学化管理；（3）实现系统发展计划与试飞计划之间的相互协调匹配，实时反映上述计划调整对关联内容的影响。
综上，试飞工作是飞机系统工程尤其是设计过程中不可割裂的部分，通过开发试飞需求管理工具，建立精细化的试飞业务流程和工作规范和将海量设计数据与试飞工作相互的关联，将提高试飞规划的科学性和加强OEM对试飞过程管理的能力，对民用飞机试飞工作带来了积极的作用。
参考文献
[1] AP-21-AA-2011-03-R4航空器型号合格审定程序[S].
[2] Hans-Henrich Altfeld. Commercial Aircraft Projects[M].，2010.
[3] Beam，W.R.System Engineer：Architecture and Design[M].New York：Mcgraw-Hill，1990.
[4] 彭胜任.需求管理系统研究与开发[D].北京邮电大学，2005.
[5] M.Elizabeth C.Hull.需求工程[M].北京：清华大学出版社，2003.
[6] 季建琴.民用飞机需求管理技术研究与应用[J].科技视界，2012，9（25）.endprint
