民用飞机系统工程实施方法

裘旭冬

【摘 要】现阶段是系统工程理念引入国内大型民机研发过程的初始期，对于在民机适航取证过程中如何融入贯彻系统工程尚在探讨，本文通过解读FAA《系统工程手册》，对民用大飞机系统工程实施方法提出建议。

【关键词】FAA；系统工程；实施方法

0 引言

系统工程引入国产民用大飞机刚刚起步，对于系统工程如何在国产大飞机项目落地以及将来国产民用飞机如何形成自有的系统工程体系尚存在诸多疑惑和纷争。但国产民用飞机要获得商业营运成功并想占有世界民用飞机的一席之地，取得FAA认证是不可回避的必由之路。因此理解FAA的系统工程思想显得尤为重要，这里就通过解读FAA《系统工程手册》来提出民用飞机应用系统工程的方法。

1 FAA《系统工程手册》介绍

2014年，FAA出版《系统工程手册》 （《Systems Engineering Manual》缩写“SEM” ）提出FAA系统工程的框架并从贴合操作的角度对系统工程的过程、技术管理原则、专业工程的具体内容进行了指导，强调了元素在过程中的体现。

1.1 FAA系统工程概述

FAA在SEM中所指的系统是空域系统，其定义为飞机运行的整体环境，包括飞机，飞行员，塔台控制器，终端区域控制器，航路控制器，海洋控制器，维护人员和航空公司调度员，以及相关的基础设施组成的系统。系统工程用来确保项目以最佳方式运作同时可帮助项目运作中的偏差被及时发现并尽早解决以降低风险控制进度和减少超支。如图1所示，FAA为贯彻系统工程提供了一个框架。

1.2 FAA生命管理过程

FAA系统工程师最关心的是开发满足利益相关方需求的解决方案。在项目研发过程中的某些时刻，解决方案必须由管理和审批部门进行评估，以证明项目适合持续的开发和投资，因此FAA提出生命周期管理过程。典型过程如图2所示，描绘了从需求识别开始，持续贯穿分析和解决方案开发的阶段，并最终投入使用的方案，直到它被替换或更新的演变。

2 系统工程的实施方法

FAA通过元素化管理方法来实施系统工程。FAA定义了13个系统工程元素，其中12个内部元素，1个外围元素，如下表1所列。12个内部元素之间关系如图3所示，“系统工程过程管理”作为第13个元素，即外围元素。

2.1 技术集成规划

为提供最佳产品和服务而在问题定义、预测条件和协调项目各元素的战术和战略手段。集成规划的目的是为结构化地执行基于需求的项目而提供健全的，可验证的项目管理。ITP使用到工具有计划模板，文字处理，展示和规划工具。为提供与交付、任务和工具有关的信息，个别项目可能需要对模板进行裁剪。

2.2 需求管理

其实是系统工程的一项活动，它存在于项目的整个寿命周期。需求管理从顶层需求到与其相关联的低级需求进行迭代化地识别和细化，并与功能基线和架构保持一致，同时综合所有受关注的系统方案。RM用到到工具有：

a）需求工具架构，包括需求文件，追溯机制，分配机制，验证，追溯效果评估，兼容性；

b）需求管理软件；

c）需求数据库。

2.3 功能分析

在FAA系统工程中功能分析是系统工程的过程，通过功能分析将利益攸关方的需求转化成有序的可追溯的功能架构，这一过程将需求和物理架构生成一个框架。这一过程的典型文件如界面控制文件ICD。FA过程主要有以下5项：

2.4 设计综合

是以最佳设计方案包括人、产品、流程的形式将逻辑化、功能化组织起来的需求落实到物理架构的过程。这一过程的典型文件如工作分解结构WBS、架构模块图ABD、原理图SBD。SYN使用的工具有SBD和计算机辅助设计软硬件。

2.5 权衡分析

用来在众多技术方案中取得平衡的系统工程元素，是为以最高性价比满足利益攸关方需求而开展设计工作的关键工具。TS的任务包括：

2.6 接口管理

是用来确保系统在寿命周期中包括进行更改后所有部分协同工作并满足系统目标的系统工程元素，它包括界面的识别、定义以及控制。界面的类型可以是根据要求划分的性能、功能、物理特征。接口管理的过程步骤有：

a）识别功能/物理界面 d）建立界面需求文件IRD

b）建立系统元素间的功能或物理界面矩阵 e）编写界面控制文件，细化ICD

c）为制定范围文件定义功能和物理界面 f）修订界面需求文件和界面控制文件

2.7 专业工程

它是系统工程的子集，用来定义和评估某一系统的专业范围、专业特征、专业架构。专业工程的任务笼统的说有：

a）获取并开发某操作系统及环境描述（OSED） e）定义专业工程需求并形成文件

b）控制问题并定义研究和设计的约束条件 f）就结果与利益攸关方进行协调

c）選择分析方法和工具 g）编写本专业设计分析报告

d）通过分析系统参数判断系统特征

2.8 分析集成

通过集成的过程确保每项分析提供的结果都能达到要求的真实度、精确性水平并及时得到结果。分析集成的过程有：

a）识别分析需求 d）确保输入正确性

b）确保使用正确工具 e）执行分析

c）确保应用合适的分析技术 f）验证集成结果

2.9 风险管理

FAA把风险被定义为具有现实（非零也不是100%）发生的可能性/概率的未来事件或情形，以及对成功完成明确定义的目标的不利后果/影响。风险管理是一个有组织，有系统的决策支持过程，可识别风险，评估或分析风险，并有效地减轻或消除风险以实现目标。RSK的任务有：

a）识别风险 d）实施风险降低计劃

b）风险影响分析和评估 e）风险监控和跟踪

c）风险降低措施选择

2.10 构型管理

FAA将其定义为用于建立和保持产品性能，功能和物理属性与其在其整个寿命期间的要求，设计和操作信息的一致性的管理过程。这一过程使用的典型文件如工程更改建议ECP。构型管理过程的阶段有：

a）计划和执行CM过程，建立和管理CM程序，包括成立构型控制委员会CCB、制定CM计划和流程、制定CM采购需求

b）识别基线元素，包括构型单元CI、维修基线、功能基线、分配基线、产品基线等

c）管理经批准的基线变更，典型的操作如构型控制决策CCD

d）提供构型状态统计CSA e）构型验证和审核

2.11 确认和验证

即“双V”过程，是系统工程的核心过程，如图5。确认过程确定所执行的项目是正确的，验证过程确保项目被正确的执行。

2.12 寿命周期工程

是评估研发和产品操作或服务的约束和附属产品的目标过程。LCE的目标是完整寿命周期中产品价值最大化和成本最小化。这一过程的阶段有：

a）识别需求 d）性能分析

b）技术评估 e）操作评估

c）新技术介入 f）建立服务环境

2.13 系统工程过程管理

FAA提倡使用标准的系统工程过程，这些过程必须需受持续的监控和改进以使其质量最优化。MSE的过程阶段有：

a）系统工程标准过程的定义并形成文件 d）改进的措施定义

b）管理系统工程标准过程 e）实施改进

c）评估和监控系统工程实施效果

2.14 元素间关系

3 结语

FAA《系统工程手册》从方法和过程上对飞机系统工程的实施做了具体指导，并结合FAA对取证项目的建议，通过SEM可以较好的了解FAA对系统工程的理解和对飞机系统工程实施的要求，SEM手册对系统工程需求分析、需求管理、接口管理、设计综合、确认及验证等过程进行了全面阐述。对系统工程在飞机领域的实际应用提出如何将系统工程方法和理论融入已有的组织机构的路劲和建议。以SEM为指导对飞机研发取证以及与FAA的沟通都有很大的推进作用。SEM所推崇的系统工程各过程元素的系统工程活动始终遵循着PDCA原则，这也是质量管理的原则，因此SEM对落实民用飞机系统工程、提高飞机产品质量和项目运作效率有非常重要的意义。

【参考文献】

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

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

[3]Scott Jackson[美]著，钱仲焱，赵越让，等，译.商用飞机系统工程，2016.

[4]贺东风，赵越让，钱仲焱，等，著.中国商用飞机有限责任公司系统工程手册，2017.

[责任编辑：朱丽娜]