基于可追溯验证矩阵(RVTM)的飞机需求验证方法_李玟萱.pdf

书书书第43 卷第1期2023 年2 月飞机设计AICAFT DESIGNVol 43 No 1Feb2023收稿日期:2021 12 07;修订日期:2022 11 18作者简介:李玟萱(1992)，女，工程师引用格式:李玟萱，吴云皓 基于可追溯验证矩阵(VTM)的飞机需求验证方法 J 飞机设计，2023，43(1):1 5 LI Wenxuan，WU Yun-hao Aircraft equirement Verification Method Based on equirements Verification and Traceability Matrix(VTM)J Aircraft De-sign，2023，43(1):1 5文章编号:1673 4599(2023)01 0001 05doi:1019555/j cnki1673 4599202301001基于可追溯验证矩阵(VTM)的飞机需求验证方法李玟萱，吴云皓(沈阳飞机设计研究所，辽宁 沈阳110035)摘要:需求验证的目的是确定每一层级的需求都被系统很好地满足，是需求开发的重要一环。通过设计一种可追溯验证矩阵:需求验证和可追溯矩阵(VTM)，实现各层级需求在研制各阶段的针对性验证，明确各层级需求之间的关系，提高需求验证的准确性和完整性。采用调研国内外先进需求验证方式，结合工程实践总结的方法，定义需求验证节点，设计一系列需求验证方法及相应证据，定义需求验证原则及需求验证流程，完成对一种 VTM 的设计，为未来飞机需求开发提供有力支撑。关键词:需求验证;VTM;技术成熟度中图分类号:V221+.92文献标识码:AAircraft equirement Verification Method Based on equirementsVerification and Traceability Matrix(VTM)LI Wenxuan，WU Yunhao(Shenyang Aircraft Design esearch Institute，Shenyang110035，China)Abstract:The purpose of requirement verification is to determine that the requirements of each levelare well met by the system，which is an important part of requirement development This paper aimsto design a equirements Verification and Traceability Matrix(VTM)to realize the specific verifi-cation of the requirements at all stages of development clarify the relationship between the require-ments at all levels and improve its accuracy and integrity By researching domestic and foreign ad-vanced methods of requirement verification with summary of project practices，the nodes，principlesand process of requirements verification were defined，a series of methods was designed which pro-vides a support for future aircraft requirement developmentKey words:requirement verification;VTM;technical maturity飞机开发过程中通常采用系统工程方法，需求工程是系统工程中重要的组成部分1。在飞机需求开发的过程中，需求验证是必不可少的步骤，其目的在于确定每一个层级的实施都满足其明确的需求，所期望的功能都已经被正确的实施，因此明确验证需求的方法具有重要意义。国内外主要需求验证方法主要采用 JSSG 标准、GJB6387 等进行验证，但存在诸多缺点，亟需一种以可追溯矩阵为表现形式的渐进式需求验证方法，以支撑系统研发的技术体系开展，提高需求开发的质量和效率。1需求验证节点定义根据 KJB9001-2006 的规定，军用飞机研制程序一般划分为6 个阶段:立项论证、方案设计、工程研制、设计定型、生产定型，以及批量生产。方案设计阶段包括初步设计、详细初步设计 2 个子阶段;工程研制阶段包括详细设计、试制、试验试飞 3个子阶段。由于在整个飞机研制的过程中，并非在所有阶段都需进行需求的分析和验证，应设置里程碑节点，在典型阶段结束时对需求进行验证。因此，基于以上阶段划分，考虑飞机系统研制的实际情况，选取并规定立项论证阶段(1)、初步设计阶段(2)、详细初步设计阶段(3)、详细设计阶段(4)、首飞(5)、鉴定试飞阶段(6)作为需要开展需求验证的阶段，选取转阶段评审节点作为需求验证的节点。2需求验证方法设计在飞机需求开发的过程中，需求验证是必不可少的步骤，其目的是提供证明系统或者系统元素，满足其特定需求和特征的客观证据，因此明确验证需求的方法是很必要的2。传统的需求验证方法:依据 JSSG 标准验证，依据 GJB6387 标准验证，适航符合性验证。JSSG 采用检查、分析、仿真、演示、测试的方法，其缺点在于分析和仿真的定义模糊，且测试种类过多，不适用于国内军用飞机系统研制的实际情况。GJB6387 采用分析、演示、检查、模拟、试验的方法，但其每个验证方法的定义都过于粗略，无法明确指导飞机需求验证。适航符合型验证方法相比二者而言覆盖全面、验证方法定义清晰，但若直接应用于飞机的需求验证，在需求分析层面，缺少对等级判定的依据及对需求关键要素的提取等分析过程的体现，也无法体现需求的双向可追溯性;在技术层面，适航符合性验证的方法也无法体现技术成熟度的递增，验证结果极有可能不准确，可靠度低。飞机研制过程中，技术是逐渐发展成熟的，但是基于模型的系统工程强调基于模型的早期验证和确认，化解项目研制风险3，控制研制进度和成本，在每个研制阶段都应该完成从设计到验证的闭环，即迭代和递归流程。针对系统工程强调早期迭代和递归的特点，开展验证方法的设计。综上，本文参照适航性符合验证的方法，结合飞机的鉴定要求，设计了一种渐进式的需求验证方法。以研制阶段作为设计基准，按照不同阶段的关注点及特征，定义了不同的验证方法，如表 1 所示。表 1符合性验证方法符合性验证方法验证方法缩写证据说明性文件MC1说明、图纸、技术文件分析/计算MC2综合说明和验证报告地面模拟试验机上地面试验试飞模拟器试验MC3MC4MC5MC6试验任务书，试验大纲，试验报告，试验分析报告航空器检查MC7观察/检查报告，制造符合性检查记录设备合格性MC8设备鉴定过程可能包括前面所有的符合性验证方法各验证方法具体含义如下:(1)MC1 说明性文件通过向用户提交有关项目设计资料，如说明、图纸和技术文件等，由其组织，以工程评审的形式来确定有关设计是否符合相应的要求。(2)MC2 分析/计算通过分析和计算的手段，如载荷、静强度和疲劳强度、性能、统计数据分析、与以往项目的相似性等，来证明有关设计符合相应的要求。(3)MC3 地面模拟试验通过试验室地面模拟试验，如静力和疲劳试验、环境试验、全系统综合试验等，来验证有关设计对其要求符合性。试验可以在飞机系统的系统级、飞机级乃至装备级上进行。(4)MC4 机上地面试验将所需分系统部件装配完毕，在飞机在地面时进行适当的试验，例如全系统机上地面综合试验、滑行试验等，来验证有关设计对其要求的符合性。(5)MC5 试飞通过对飞行中的飞机进行适当的试验来验证有关设计对于相应要求的符合性。(6)MC6 模拟器试验通过在工程模拟器上进行适当的模拟试验，验证有关设计对于相应要求的符合性。该方法不适合单独使用，应该配合2飞机设计第43 卷其他方法一起使用。(7)MC7 航空器检查通过鉴定专家在样机或者飞机上进行检查的方式，验证有关设计对于相应要求的符合性。(8)MC8 设备合格性通过向鉴定部门提交航空设备(包括所需材料)的合格证明文件的方式，表明相应设计对于相应要求的符合性，一般用于装机设备(或材料)的符合性验证。3需求验证矩阵设计根据飞机需求验证的关注点和重要度，将可追溯需求验证矩阵(VTM)各列表头定义为需求 ID 号、需求内容、要求要素、测量参数，以及各个验证节点需满足的符合性验证方法。表格的第 1 列定义为各级 ID 号，表格第 2 列定义为需求内容，目的是直观表示需求和层级间的追溯关系。在飞机研制的需求验证阶段，首先采用头脑风暴法及访谈法开展利益攸关者需求捕获，并按照飞机“装备级 飞机级 系统级”的系统层级架构，建立 3 层需求验证矩阵，清理和整理出各层级需要验证的所有需求条目，并建立各层级存在直传、分解/派生关系等条目间的追溯关系。各条目间追溯关系的建立，使得从任一层级的任一需求条目，均可以直接查看该条目向上追溯的母需求条目的验证矩阵和向下分解的子需求条目的验证矩阵，实现需求条目的可追溯。系统层级架构和各层级条目间直传、分解/派生和分配关系示例如图 1 所示。图 1各层级需求条目的追溯关系示例表格第3 列定义为传递方式，在需求验证环节需要关注需求的传递特征，即需求是直传还是非直传需求。在“装备级 飞机级 系统级”需求追溯关系建立之后，将需求的传递特征填入表格第3 列。表格第4 列定义为要求要素，包含系统效能衡量指标(MOE)、系统性能衡量指标(MOP)，以及系统技术性能衡量指标(TPM)。MOE 是对运行使用成功的度量，旨在关注人物使命到达的程度4，反映客户/用户的总体满意度(如性能、安全性、可靠性、可用性、可维护性和工作负荷需求等)，与系统使用有关。MOP 是在特定测试或运行环境下，用于体现与系统运行相关的物理或功能属性的测量指标，是系统物理和功能属性特征的度量，与系统要求相关，来源于 MOE，并可以对MOE 进行解释。TPM 是用于测量系统元素的属性，以确定系统或系统元素满足或将要满足技术需求和目标的程度，是系统设计成功的关键参数，用于评估设计进展、性能需求符合性或技术风险，使得关键技术状态清晰、可评估，能进行有效控制和管理，从而提高系统技术可行性，通常与系统实现相关，来源于 MOP，并可以对 MOP 进行解释。需求的验证通过效能衡量指标(MOE)定义任务成功或运行对象成功运行的评估指标，即解决方案实现预期任务的程度。通过性能指标(MOP)定义系统具有实现运行目标的能力，将MOP 用于评估系统是否满足 MOE 所需的设计或性能需求5。通过技术性能指标(TPM)定义系统或系统元素满足或期望满足技术需求或目标的程度6。要求要素体系示例见图 2。图 2要求要素体系表格第5 列定义为测量参数，即通过一系列参数验证产品或虚拟产品对该条需求的符合性。表格内容是进行相关信息的汇总，需要收集或者产生的一系列信息，这些信息应尽量是参数化的，特殊情况允许是属性类的信息。同时，应包含对相3第1 期李玟萱等:基于可追溯验证矩阵(VTM)的飞机需求验证方法应信息的分析评估，通过对这些信息的分析评估，能够达到验证需求符合性的目的。测量参数是需求验证的重要支撑，通过 VTM，各级测量参数实现可追溯，支撑试验总案的编制，验证需求的符合性。表格的第 6 列至第 11 列定义为验证节点，表格中对应各列所述节点填写相应研制阶段的需求验证方法。飞机研制过程中，技术在研发各阶段成熟度不一，但是基于模型的系统工程强调为化解项目研制风险，控制研制进度和研发成本，需要在早期验证和确认需求，并且期望在每个研制阶段都应该完成从