驾驶舱人机界面设计过程中的需求管理方法研究

向天龙

【摘要】    本文针对驾驶舱人机界面设计过程中，人机交互需求数量庞大，设计结果与需求之间关系不够清晰，且发生更改时影响范围难以确定的问题，提出一种设计过程中的需求管理方法。

【关键词】    人机界面    影响范围    需求管理

引言

对于现代飞机驾驶舱人机界面设计工作而言，其过程并不是单向进行的，而是一个往复迭代过程。对需求和设计的各种更改活动贯穿其中。在这个程中，设计人员面临着三个问题：（1）设计是否始终源于需求？（2）需求最终是否都被实现？（3）需求或设计变更后影响范围有多大？如果不使用科学合理的方法对需求和设计之间的关系进行管理，而仅仅依靠人脑记忆进行关联，将会失去对系统状态的掌控。

因此，本文提出一种人机界面设计过程中的需求管理方法。首先梳理出条目化需求并建立需求库，然后在设计过程中对设计和需求建立可见的关联关系，最后分别对需求和设计进行双向追踪。通过将需求和设计的关联关系可视化来解决这三个问题。

一、需求库建立

需求是整个工作的起点。对于驾驶舱人机界面设计工作，前置條件是通过需求分析得到明确的需求内容。需求分析是个多层级的工作，从顶至下逐层细化。这里涉及的需求分析指人机界面设计本层级的需求分析工作，主要为条目化需求梳理、需求库建立。

驾驶舱人机界面的交互需求源自飞机的任务使命需求。任务使命决定了飞机所应具备的能力和功能，能力和功能约束着飞机系统的组成，系统组成所应具备的人机接口逐级细化分解得到飞机的驾驶舱人机界面的交互需求。在本层级需求分析的范围内，使用ORD作为需求的输入。ORD——Operational Requirement Document（操作需求文档）描述的是站在“用户”的角度，通过一系列使用场景和操作来描述飞机如何完成任务。

为了便于需求的管理，使用“条目化需求”。“条目化需求”是指：需求不再是传统的描述文档中的大片文字段落的形式，而是以一条条语句的形式呈现，每条语句描述一个单一、具体的内容。 条目化需求的优点在于：

1、需求规模明确;

2、需求的增、删、查、改为显性操作;

3、便于建立需求与设计的追踪关系。

形成条目化需求库之后，需要依据设计实现方案对需求进行分配。驾驶舱显控资源的配置是设计过程中需求分配的结果。设计方案和需求分配依据行业标准、功能可达性和同类集中等原则进行。最后针对中每一条需求，添加对应的属性：显示需求/控制需求、实现资源、是否实现等，使用DOORS工具建立需求库。

二、需求与设计关联

2.1 概述

条目化的需求需要配合数字化的设计模型以便建立关联。本文使用SCADE系列工具中的SCADE Display搭建的人机界面模型作为设计载体为例进行介绍。SCADE Display支持DOORS中的条目化需求导入，并能将设计元素与导入的条目化需求建立关联关系。

将DOORS中的条目化需求导入到SCADE Display建立的人机界面模型当中。在模型的搭建过程中，将每一条需求与对应的设计元素建立关联关系。然后在整个设计工作完成或阶段性节点工作完成后，进行设计向需求追踪、需求向设计追踪工作。在需求和设计发生变更时，就可以利用建立的可见的关联关系，确定影响的范围。

2.2 设计向需求追踪

设计向需求追踪是指将每一个设计元素都与其对应的需求进行追踪关联，确保所有设计都有来源，避免出现脱离需求的设计。对于在SCADE Display模型中设计的每一个显示元素，都与其源需求进行关联绑定。明确因果关系。如果模型中有某个设计元素找不到其源需求，那么这个设计元素就是一个没有依据的设计。

这个过程解决了“设计是否始终源于需求？”这一问题。

2.3 需求向设计追踪

需求向设计追踪是指：确保所有需求都被实现，避免出现遗漏的需求。即通过关注未建立关联关系的需求比例和详细列表，掌控需求覆盖率。使用SCADE自带的LifeCycle Requirements Management Gateway工具，能够统计模型中已建立关联关系的需求（已满足的需求）占导入需求总量的比例，以及提供未被覆盖的需求列表。对于有庞大需求数量的复杂工程，使用自动化工具进行统计，远比人脑整理覆盖率要高效和可靠。统计出的所有未被覆盖的需求，就是设计工作未完成的部分。

这个过程解决了“需求是否都被满足？”这一问题。

三、影响范围确定

某一条需求可能被分配至多个实现资源，或多个设计当中。当这种需求发生更改时，通过这种追踪关系就可以明确这些显示控制资源的中相应的设计都需要进行更改。此外，针对一个设计结果，经过用评审或户实际使用发现该设计不合理，则需要分析该设计实现的方式是否有问题，并且根据追踪关系找到该条设计对应的需求，分析该条需求是否合理。

在动态模型开发过程中，需求和设计实现之间建立的关联关系是可见的。可以在需求/设计更改时，明确受影响范围，以确认受影响范围是否需要跟着一并更改。这样从工具和方法层面使工作变得可控和有序。

这个过程解决了“需求或设计变更后影响范围有多大？”的问题。

四、总结

本文提出的人机界面设计过程中的需求管理方法，通过建立条目化需求库、使用数字化模型对需求和设计之间建立可见的关联关系，确保了设计始终源于需求、需求都被满足，以及更改后的影响范围清晰可见。整个过程形成了一个完整、一致的设计流程，提升了设计的质量。

参  考  文  献

[1] Leszek A.Maciaszek.需求分析与系统设计[M].机械工业出版社，2004.