基于能力的需求管理技术研究与体系构建

戴晶黎

(航空工业第一飞机设计研究院,陕西西安 710089)

0 引言

能力需求作为飞机研制的顶层输入,能力需求是否正确、完整,是否正确分解分配,是否有效追溯,直接影响飞机设计研发活动的有效性和研发质量。按照体系架构建模方法,围绕飞机运行任务,以及典型运行场景定义,开展体系建模,结合体系架构的创建以及活动分配及分析,捕获并细化飞机顶层能力需求,确保飞机研制输入的准确性和完整性,是国内首次将该方法应用于飞机研制中。结合历史飞机研制流程及基于模型的系统工程技术,通过构建需求管理平台,对飞机整个研制过程中各层级的需求进行条目化管理、技术状态管理、需求验证与确认管理、需求追溯定义与分析,从而支持需求的精细化管理和过程追溯,实现了飞机需求的体系化、规范化和流程化管理。

1 研究背景

飞机研制过程中面临以下问题:

(1)需求捕获能力受约束。传统飞机研制模式缺少基于体系和运行场景的能力需求捕获方法和手段;缺少基于使用场景的技术需求捕获方法和手段,这种研制模式严重制约产品正向创新能力提升。(2)需求组织管理体系缺失。受制于传统研制模式,无法建立完整的飞机系统需求分级组织管理体系,该体系的缺失导致对上游用户能力需求的承接不充分、对下游供应商机载设备需求没有有效传递与衔接。(3)需求验证不够精细。传统研制模式下,针对需求在各研制阶段如何验证,缺少精细化定义与管理。(4)需求技术状态控制难。传统研制模式下,尚未建立适应能力渐进式研制模式的需求技术状态管理方法,难以应对飞机能力渐进式研制的需要。(5)需求追溯难。基于文档的系统工程研发模式导致各层级需求的分解、分配、验证和变更过程追溯困难。

2 基于能力的需求管理关键技术

基于现有技术应用经验、业务流程方法以及系统工程方法论,通过综合国内外各行业经验与技术,研究基于能力的需求管理6项关键技术,构建新型需求管理体系。

(1)飞机能力需求捕获。飞机能力需求捕获,立足飞机研制过程的任务域,按照体系架构建模方法,围绕飞机运行任务,开展能力建模,定义飞机的任务能力;基于任务能力的分解,进行典型运行场景的定义,开展运行场景建模与分析,定义各类运行活动及约束;开展体系建模,定义飞机与其他系统的边界,将运行活动向体系架构节点分配,最终分析得到飞机顶层能力需求[1]。

(2)基于使用场景的需求分析。基于使用场景的需求分析,根据飞机的使用场景划分系统用例,然后针对系统的每个用例开展设计工作。目的是明确特定用例所涉及的系统功能、接口数据、系统行为,以场景作为辅助分析手段确保系统功能需求的正确、完备和一致。

(3)需求条目化定义及分级管理。需求条目化定义与分级管理,通过规范化、结构化定义需求集合的方法,构建需求数据结构树,以方便设计人员编写需求及管理需求数据;同时明确需求相关对象(需求条目、需求规范)的属性内容,记录并完善需求相关信息,确保设计人员对需求理解的一致性。

(4)需求技术状态管理。需求管理过程中产生的需求均应进行技术状态控制。运用模块化控制思想,将需求的顶层单元作为技术状态控制的基本单元;同时,采用有效性与数据对象解耦,将有效性标识在配置关系上,使得有效性变化不会影响数据对象本身的变化。此外,技术状态管理人员按照要求,针对需求进行技术状态管理。

(5)需求追溯定义与分析。建立以需求为核心的业务数据关联关系,实现需求-需求、需求-架构、需求-验证三条数据链。需求-需求的数据链实现需求的分解、分配和追溯分析;需求-架构的数据链实现需求驱动的设计和追溯分析;需求-验证的数据链实现需求驱动的设计验证和追溯分析。

(6)需求符合性验证与管理。需求符合性验证目标是获得必要的证据以确保系统、系统元素及系统接口符合其各自的需求。通过验证方法定义、验证案例定义、验证任务定义、验证数据管理以及验证统计分析等五项管理活动的实施,确保需求验证活动的顺利实施。

3 基于能力的需求管理体系构建

构建需求管理体系有助于实现需求体系化、规范化以及流程化管理。通过构建需求数据组织层级结构、搭建需求管理平台环境,制定关键技术流程,结合飞机研制业务需求,定义相应的管理流程及模板,采用基于模型的需求管理方法并与现行飞机研发体系进行有效融合,最终构建基于能力的需求管理体系[2]。

3.1 需求分级组织管理

随着飞机研制的推进,需求演变层次逐渐增多,需求追溯关系逐渐复杂,需求与产品数据耦合度不断加深,因此,需要采用分层的方法将需求进行分解处理,把需求分解成更小、更易管控的单元,形成一个自上而下的层级划分。按照飞机产品研制阶段的演进过程及其结构单元组织特点,需求管理的层级可划分为装备级、飞机级、系统级等多个层级,形成从客户到供应商的完整需求链路。

基于需求的层级结构,对需求进行组织管理,构建多级需求模型,将需求逐层进行分解分配,每层级需求又划分为顶层及底层需求,顶层需求来自于对上级底层需求的捕获和分析,而底层需求是顶层需求沿架构分解分配形成的结果[3]。需求数据组织管理层级结构如图1所示。

图1 需求数据组织管理层级结构Fig.1 Hierarchy of requirement data organization and management

3.2 需求管理平台

飞机产品规模大,系统复杂,需求条目数量大,采用基于文档的管理方法无法满足飞机研制的需求。因此,需要构建数字化平台环境作为需求精细化管理的基础工具。需求管理平台的建设,应充分考虑飞机研制的需求以及基于能力的需求管理技术实施要求。基于需求条目化定义要求以及统一数据源要求,定义需求数据架构;根据飞机设计各专业报告特点,制定相应的报告模板;基于需求工作的监控以及统计要求,定制如需求看板等不同的任务视图。需求管理平台具有良好的需求追溯及追溯分析、数据管理、技术状态管理及用户权限管理等基本功能[4]。该平台能够覆盖需求捕获、需求数据管理以及需求驱动设计与验证三个阶段对需求的管控要求。

3.3 需求管理体系

基于需求管理的关键技术要求,融合现行飞机研发体系,建立支撑基于模型的需求开发与管理的流程、规范以及工程平台,形成完整的基于能力的需求管理体系,该体系应涵盖流程模板、平台规范、关键技术以及基础理论等,体系结构如图2所示。

图2 基于能力的需求管理体系结构Fig.2 Capability based requirements management architecture

4 需求管理应用实例

4.1 报告生成

基于需求管理平台中的需求对象及相关需求模型,通过平台中定制的各类模板,可以输出不同类型的系统报告。需求追溯矩阵的模板示例,通过该模板可以输出不同需求规范中需求条目之间的追溯关系。

4.2 需求看板

需求看板拥有多个视图,工程师可以登陆看板,根据需要显示不同的任务视图。需求看板可以展示需求统计数据,需求更新数据,需求条目正文以及一些公共资源。需求看板解决了项目监控的难题,可以实时统计当前工作状态,让工程师更好地掌控设计工作。

5 结语

根据飞机研制特点与要求,运用基于模型的手段,结合历史飞机需求开发与管理流程,建立新型需求管理体系。通过该体系的构建以及基于能力的需求管理技术研究,全面规划飞机研制全生命周期过程中需求管理工作内容,初步实现了需求驱动的飞机创新研发,在飞机研制中发挥了重要应用。实践表明,该体系的构建与应用,全面提升了飞机需求论证能力,实现了飞机顶层能力需求与运行任务的匹配;实现了各级需求条目化、关联化管理,确保需求可追溯、可分析、可验证;提升了协同管控能力,实现需求数据的平台化管理,保证飞机研制工作的高效、高质量。