裘旭冬

【摘 要】現(xiàn)階段是系統(tǒng)工程理念引入國內(nèi)大型民機(jī)研發(fā)過程的初始期，對于在民機(jī)適航取證過程中如何融入貫徹系統(tǒng)工程尚在探討，本文通過解讀FAA《系統(tǒng)工程手冊》，對民用大飛機(jī)系統(tǒng)工程實(shí)施方法提出建議。

【關(guān)鍵詞】FAA；系統(tǒng)工程；實(shí)施方法

0 引言

系統(tǒng)工程引入國產(chǎn)民用大飛機(jī)剛剛起步，對于系統(tǒng)工程如何在國產(chǎn)大飛機(jī)項(xiàng)目落地以及將來國產(chǎn)民用飛機(jī)如何形成自有的系統(tǒng)工程體系尚存在諸多疑惑和紛爭。但國產(chǎn)民用飛機(jī)要獲得商業(yè)營運(yùn)成功并想占有世界民用飛機(jī)的一席之地，取得FAA認(rèn)證是不可回避的必由之路。因此理解FAA的系統(tǒng)工程思想顯得尤為重要，這里就通過解讀FAA《系統(tǒng)工程手冊》來提出民用飛機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工程的方法。

1 FAA《系統(tǒng)工程手冊》介紹

2014年，F(xiàn)AA出版《系統(tǒng)工程手冊》 （《Systems Engineering Manual》縮寫“SEM” ）提出FAA系統(tǒng)工程的框架并從貼合操作的角度對系統(tǒng)工程的過程、技術(shù)管理原則、專業(yè)工程的具體內(nèi)容進(jìn)行了指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)了元素在過程中的體現(xiàn)。

1.1 FAA系統(tǒng)工程概述

FAA在SEM中所指的系統(tǒng)是空域系統(tǒng)，其定義為飛機(jī)運(yùn)行的整體環(huán)境，包括飛機(jī)，飛行員，塔臺控制器，終端區(qū)域控制器，航路控制器，海洋控制器，維護(hù)人員和航空公司調(diào)度員，以及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施組成的系統(tǒng)。系統(tǒng)工程用來確保項(xiàng)目以最佳方式運(yùn)作同時(shí)可幫助項(xiàng)目運(yùn)作中的偏差被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并盡早解決以降低風(fēng)險(xiǎn)控制進(jìn)度和減少超支。如圖1所示，F(xiàn)AA為貫徹系統(tǒng)工程提供了一個(gè)框架。

1.2 FAA生命管理過程

FAA系統(tǒng)工程師最關(guān)心的是開發(fā)滿足利益相關(guān)方需求的解決方案。在項(xiàng)目研發(fā)過程中的某些時(shí)刻，解決方案必須由管理和審批部門進(jìn)行評估，以證明項(xiàng)目適合持續(xù)的開發(fā)和投資，因此FAA提出生命周期管理過程。典型過程如圖2所示，描繪了從需求識別開始，持續(xù)貫穿分析和解決方案開發(fā)的階段，并最終投入使用的方案，直到它被替換或更新的演變。

2 系統(tǒng)工程的實(shí)施方法

FAA通過元素化管理方法來實(shí)施系統(tǒng)工程。FAA定義了13個(gè)系統(tǒng)工程元素，其中12個(gè)內(nèi)部元素，1個(gè)外圍元素，如下表1所列。12個(gè)內(nèi)部元素之間關(guān)系如圖3所示，“系統(tǒng)工程過程管理”作為第13個(gè)元素，即外圍元素。

2.1 技術(shù)集成規(guī)劃

為提供最佳產(chǎn)品和服務(wù)而在問題定義、預(yù)測條件和協(xié)調(diào)項(xiàng)目各元素的戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略手段。集成規(guī)劃的目的是為結(jié)構(gòu)化地執(zhí)行基于需求的項(xiàng)目而提供健全的，可驗(yàn)證的項(xiàng)目管理。ITP使用到工具有計(jì)劃模板，文字處理，展示和規(guī)劃工具。為提供與交付、任務(wù)和工具有關(guān)的信息，個(gè)別項(xiàng)目可能需要對模板進(jìn)行裁剪。

2.2 需求管理

其實(shí)是系統(tǒng)工程的一項(xiàng)活動(dòng)，它存在于項(xiàng)目的整個(gè)壽命周期。需求管理從頂層需求到與其相關(guān)聯(lián)的低級需求進(jìn)行迭代化地識別和細(xì)化，并與功能基線和架構(gòu)保持一致，同時(shí)綜合所有受關(guān)注的系統(tǒng)方案。RM用到到工具有：

a）需求工具架構(gòu)，包括需求文件，追溯機(jī)制，分配機(jī)制，驗(yàn)證，追溯效果評估，兼容性；

b）需求管理軟件；

c）需求數(shù)據(jù)庫。

2.3 功能分析

在FAA系統(tǒng)工程中功能分析是系統(tǒng)工程的過程，通過功能分析將利益攸關(guān)方的需求轉(zhuǎn)化成有序的可追溯的功能架構(gòu)，這一過程將需求和物理架構(gòu)生成一個(gè)框架。這一過程的典型文件如界面控制文件ICD。FA過程主要有以下5項(xiàng)：

2.4 設(shè)計(jì)綜合

是以最佳設(shè)計(jì)方案包括人、產(chǎn)品、流程的形式將邏輯化、功能化組織起來的需求落實(shí)到物理架構(gòu)的過程。這一過程的典型文件如工作分解結(jié)構(gòu)WBS、架構(gòu)模塊圖ABD、原理圖SBD。SYN使用的工具有SBD和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟硬件。

2.5 權(quán)衡分析

用來在眾多技術(shù)方案中取得平衡的系統(tǒng)工程元素，是為以最高性價(jià)比滿足利益攸關(guān)方需求而開展設(shè)計(jì)工作的關(guān)鍵工具。TS的任務(wù)包括：

2.6 接口管理

是用來確保系統(tǒng)在壽命周期中包括進(jìn)行更改后所有部分協(xié)同工作并滿足系統(tǒng)目標(biāo)的系統(tǒng)工程元素，它包括界面的識別、定義以及控制。界面的類型可以是根據(jù)要求劃分的性能、功能、物理特征。接口管理的過程步驟有：

a）識別功能/物理界面 d）建立界面需求文件IRD

b）建立系統(tǒng)元素間的功能或物理界面矩陣 e）編寫界面控制文件，細(xì)化ICD

c）為制定范圍文件定義功能和物理界面 f）修訂界面需求文件和界面控制文件

2.7 專業(yè)工程

它是系統(tǒng)工程的子集，用來定義和評估某一系統(tǒng)的專業(yè)范圍、專業(yè)特征、專業(yè)架構(gòu)。專業(yè)工程的任務(wù)籠統(tǒng)的說有：

a）獲取并開發(fā)某操作系統(tǒng)及環(huán)境描述（OSED） e）定義專業(yè)工程需求并形成文件

b）控制問題并定義研究和設(shè)計(jì)的約束條件 f）就結(jié)果與利益攸關(guān)方進(jìn)行協(xié)調(diào)

c）選擇分析方法和工具 g）編寫本專業(yè)設(shè)計(jì)分析報(bào)告

d）通過分析系統(tǒng)參數(shù)判斷系統(tǒng)特征

2.8 分析集成

通過集成的過程確保每項(xiàng)分析提供的結(jié)果都能達(dá)到要求的真實(shí)度、精確性水平并及時(shí)得到結(jié)果。分析集成的過程有：

a）識別分析需求 d）確保輸入正確性

b）確保使用正確工具 e）執(zhí)行分析

c）確保應(yīng)用合適的分析技術(shù) f）驗(yàn)證集成結(jié)果

2.9 風(fēng)險(xiǎn)管理

FAA把風(fēng)險(xiǎn)被定義為具有現(xiàn)實(shí)（非零也不是100%）發(fā)生的可能性/概率的未來事件或情形，以及對成功完成明確定義的目標(biāo)的不利后果/影響。風(fēng)險(xiǎn)管理是一個(gè)有組織，有系統(tǒng)的決策支持過程，可識別風(fēng)險(xiǎn)，評估或分析風(fēng)險(xiǎn)，并有效地減輕或消除風(fēng)險(xiǎn)以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。RSK的任務(wù)有：

a）識別風(fēng)險(xiǎn) d）實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)降低計(jì)劃

b）風(fēng)險(xiǎn)影響分析和評估 e）風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控和跟蹤

c）風(fēng)險(xiǎn)降低措施選擇

2.10 構(gòu)型管理

FAA將其定義為用于建立和保持產(chǎn)品性能，功能和物理屬性與其在其整個(gè)壽命期間的要求，設(shè)計(jì)和操作信息的一致性的管理過程。這一過程使用的典型文件如工程更改建議ECP。構(gòu)型管理過程的階段有：

a）計(jì)劃和執(zhí)行CM過程，建立和管理CM程序，包括成立構(gòu)型控制委員會(huì)CCB、制定CM計(jì)劃和流程、制定CM采購需求

b）識別基線元素，包括構(gòu)型單元CI、維修基線、功能基線、分配基線、產(chǎn)品基線等

c）管理經(jīng)批準(zhǔn)的基線變更，典型的操作如構(gòu)型控制決策CCD

d）提供構(gòu)型狀態(tài)統(tǒng)計(jì)CSA e）構(gòu)型驗(yàn)證和審核

2.11 確認(rèn)和驗(yàn)證

即“雙V”過程，是系統(tǒng)工程的核心過程，如圖5。確認(rèn)過程確定所執(zhí)行的項(xiàng)目是正確的，驗(yàn)證過程確保項(xiàng)目被正確的執(zhí)行。

2.12 壽命周期工程

是評估研發(fā)和產(chǎn)品操作或服務(wù)的約束和附屬產(chǎn)品的目標(biāo)過程。LCE的目標(biāo)是完整壽命周期中產(chǎn)品價(jià)值最大化和成本最小化。這一過程的階段有：

a）識別需求 d）性能分析

b）技術(shù)評估 e）操作評估

c）新技術(shù)介入 f）建立服務(wù)環(huán)境

2.13 系統(tǒng)工程過程管理

FAA提倡使用標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)工程過程，這些過程必須需受持續(xù)的監(jiān)控和改進(jìn)以使其質(zhì)量最優(yōu)化。MSE的過程階段有：

a）系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)過程的定義并形成文件 d）改進(jìn)的措施定義

b）管理系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)過程 e）實(shí)施改進(jìn)

c）評估和監(jiān)控系統(tǒng)工程實(shí)施效果

2.14 元素間關(guān)系

3 結(jié)語

FAA《系統(tǒng)工程手冊》從方法和過程上對飛機(jī)系統(tǒng)工程的實(shí)施做了具體指導(dǎo)，并結(jié)合FAA對取證項(xiàng)目的建議，通過SEM可以較好的了解FAA對系統(tǒng)工程的理解和對飛機(jī)系統(tǒng)工程實(shí)施的要求，SEM手冊對系統(tǒng)工程需求分析、需求管理、接口管理、設(shè)計(jì)綜合、確認(rèn)及驗(yàn)證等過程進(jìn)行了全面闡述。對系統(tǒng)工程在飛機(jī)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提出如何將系統(tǒng)工程方法和理論融入已有的組織機(jī)構(gòu)的路勁和建議。以SEM為指導(dǎo)對飛機(jī)研發(fā)取證以及與FAA的溝通都有很大的推進(jìn)作用。SEM所推崇的系統(tǒng)工程各過程元素的系統(tǒng)工程活動(dòng)始終遵循著PDCA原則，這也是質(zhì)量管理的原則，因此SEM對落實(shí)民用飛機(jī)系統(tǒng)工程、提高飛機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量和項(xiàng)目運(yùn)作效率有非常重要的意義。

【參考文獻(xiàn)】

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

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

[3]Scott Jackson[美]著，錢仲焱，趙越讓，等，譯.商用飛機(jī)系統(tǒng)工程，2016.

[4]賀東風(fēng)，趙越讓，錢仲焱，等，著.中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司系統(tǒng)工程手冊，2017.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]