PLM助力安全认证流程和需求追踪体系

贾建荣，甘敦文

(中国铁道科学研究院 机车车辆研究所，北京100081)

专题研究

PLM助力安全认证流程和需求追踪体系

贾建荣，甘敦文

(中国铁道科学研究院 机车车辆研究所，北京100081)

简述安全认证与需求管理关系，强调需求管理是产品信息化管理中的重要环节，实现了对企业产品安全认证过程从需求捕获到最终产品的确认全过程。实现用户需求、系统需求在PLM系统进行关联、映射，以及需求分解、管理和跟踪。

PLM;安全认证;需求;管理

我国已经开始参与轨道交通行业国际标准的制定，从游戏参与者变成规则制定者，使我们现在完全有底气和国际同行站在同一个平台上竞争。随着国家对轨道交通行业的重视及走出去的国家战略，各公司大力开发海外业务，积极准备通过国际认证流程，开发支持符合国际标准要求的产品。随着高速铁路不断发展，动车/机车车辆的复杂程度也越来越高，越来越多的控制单元具备与安全相关的功能;在机电一体化的使用过程中，软件的使用也日益普遍，这就导致系统功能的不断升级和提高也伴随着更多的安全风险。为了降低由于安全问题而导致的事故，越来越多的公司开始重视零部件功能安全;同时产品运用部门对关键部件也提出了安全认证需求。一些公司已开始邀请国外认证机构对产品进行安全认证，但其认证流程复杂、认证过程很漫长，影响了产品推广。

PLM是一种应用于企业内部、以及在产品研发领域具有协作关系之间的，支持产品全生命周期的信息的创建、管理、分发和应用的一系列应用解决方案，它能够集成与产品相关的人力资源、流程、应用系统和信息。从而全面提升企业设计生产效率，降低产品生命周期管理的成本，增强企业的市场核心竞争力。

本文针对产品研制过程中的安全认证流程和需求追踪体系在PLM应用进行了初步研究。

1 安全认证流程和需求追踪体系对PLM需求

安全认证是指产品对一套功能安全技术标准体系符合度的认证。就铁路行业国内外执行EN 50126、EN 50129、EN 50128以及EN 50129标准等。为了保证产品在开发过程中符合上述标准，必须对开发流程严格控制，使之满足安全认证开发流程(图1)，和安全认证V模型迭代开发流程(图2)。

从图1、图2两流程可以看出:安全认证开发流程是对产品整个生命周期中阶段性节点管控，安全认证V模型迭代流程是某一阶段的具体任务实施过程的细化和验证，由安全认证V模型迭代驱动安全认证开发流程。而V模型迭代流程核心是需求管理，如何对需求进行捕获、确认、分解、跟踪、验证、确认是安全认证开发流程的关键，对需求的管控过程构建对需求追踪体系。

需求是产品开发、产品组合项目管理信息源头。需求管理(Requirement management)(图3)是开发项目管理模式中的重要一环。它是将不同的需求组合起来，构成了一套完整的需求模型。在开发过程中，每部分需求都从项目开发流程中进行分配，并在产品开发中得到解决，最终满足总体需求。对关键需求的疏忽很可能是灾难性的。

传统管理过程大多数市场需求以Word文档的形式提供给产品设计部门，然后转化成规格文档的概念要求，再手工传递给研发团队。这个过程存在以下问题:以文件方式的任务书下发后被存放起来、产品开发过程与需求脱节、整体需求跟踪缺失，无法知晓需求满足度是多少。如果采用这种传统方式进行管理，无法满足安全认证需求。

2 安全认证开发流程和需求追踪体系在PLM应用分析

通过PLM系统平台的流程管理和需求管理实现对企业产品安全认证过程从需求确认到最终产品的验证，支持迭代系统工程产品开发业务流程，需求驱动系统开发各阶段业务流程。

图2 安全认证V模型迭代流程

图3 需求是产品开发、产品组合管理的信息源头

在PLM系统中，需求是以树状的条目化结构化形式进行管理，以便于清晰查看和进行逻辑分析(图4)实现:

(1)支持用户需求、系统需求在PLM系统进行关联、映射，以进行分解、管理和跟踪;

(2)通过对需求统计和分析，检查未分配的需求，进行需求覆盖度和变更影响分析，以实现技术状态的监控，便于对项目状况进行评估和优化;

(3)对项目现有开发过程中的需求进行归类，提取出产品平台的共性需求，推动产品平台和模块库的需求积累。

下面重点分析需求追踪体系在开发过程中的运用。图5为需求管理过程。

图4 需求管理在PLM中结构

图5 需求管理过程

2.1 设计开发阶段需求捕获

产品开发团队能够从客户的技术需求文档中提取需求并存入产品数据中 ;产品经理能够从原始的技术要求文档中提取需求，并将需求条目化保存在PLM系统中，用于需求的维护和跟踪，要避免数据的重复录入。通过PLM系统需求捕获实现:

(1)数据录入过程中，分解的需求结构对应于不同需求项的技术要求描述文档;

(2)需求录入数据可以是按照Microsoft Excel的便准要求格式;

(3)从Microsoft Word文档中提取需求的章节、备注和相关需求信息;

(4)获取文本、表格、图象、图形、外形、列表、3DXML等文件中象;

(5)自动提取需求描述中句子和段落中的关键词;

(6)根据章节的标题自动形成需求的组成结构;

(7)定义需求的属性;

(8)在提取过程中定义需求的类型、生命周期和属性;

(9)分配需求的唯一标志ID。

例:在Word文档中按照标准格式编制需求规格文档，将需求为定义客户需求、系统需求、功能需求等，并加以分配唯一标志(见图6)如:D－SYS－SF－0020

图6 需求规格文档

在PLM系统里定义正则表达式提取以字符串"Requirement_ID"开头的行，和以"Requirement_ID"后的字符串为"D－"开头的连续字符串，以解析需求规格文档(图7):

需求解析

图7 正则表达式编辑器及需求解析

PLM系统里通过上述解析，将需求规格文档中的章节、需求、属性、内容等信息全部提取出来(图8)，与平台、产品、结构、项目等结合。

2.2 定义系统和子系统需求规格

为系统和子系统定义准确的需求技术规格，让产品开发环节上的参与者统一认识，做到:

(1)定义客户需求并分解到系统和子系统，在详细技术规格中描述;

(2)定义需求类型和生命周期策略;

(3)定义需求规格的结构:章节、备注和描述

①基于需求规格模板的应用;

②进行需求编辑;

③审核需求的结构层次关系;

(5)需求分类并定义需求之间的约束关系;

(6)需求的发布、冻结和版本修订;

(7)需求的订阅机制。

2.3 需求与开发项目管理相结合

产品开发团队能够在产品开发过程中管理需求和进行协同

(1)基于项目管理模板的决策支持;

对于已确定HIV感染的孕妇，主动提供预防艾滋病母婴传播咨询与评估，由孕产妇及其家人在知情同意的基础上做出终止妊娠或继续妊娠的决定。

(2)根据需求的复杂程度进行结构分解，并定义成大小不同的开发子项目;

(3)项目数据的安全访问控制;

(4)实时项目管理的执行、协同和协调;

(5)管理跨部门和企业的协同团队，紧密结合产品开发需求。

2.4 定义产品结构和分配需求

产品团队按照产品线、平台以及技术模块进行需求的满足性跟踪(图9)

(1)定义产品组合、产品线、平台和产品版本;在PLM里定义产品功能模块与需求的关系;

(2)分配需求到产品模型A①分配可选需求;

②需求满足性承诺;

图9 需求的满足性跟踪

(3)分配需求到产品版本;

(4)分配需求到产品功能模块;

2.5 需求管理指导产品设计

产品团队能够准确地将客户和技术需求转化成产品质量保障和功能需求，并指导设计(见图10)。

2.6 需求满足追溯矩阵

产品团队通过PLM系统容易从底层的需求和测试用例进行满足性追溯

(1)从需求到需求，可以:

(2)需求到测试用例，包括:

图10 需求分析与分配

①需求的符合性报告展示测试用例是否满足需求(见图11)

②不同的颜色Red/Green/Yellow展示测试用例验证状态。

2.7 需求与产品设计功能模块之间的匹配性追溯

系统工程师确认不同层面的系统需求匹配到不同的产品功能模块，可以做到:

(1)从选择的产品配置生成需求满足性报告;

(2)浏览功能模块关联的需求(见图12);

图11 需求的测试案例

图12 需求与配置匹配

(3)需求与产品平台结构关联

(4)浏览需求与功能模块的匹配性状态red/green/ yellow(见图13)。

2.8 根据开发项目进展情况，可时时生成跟踪文档

产品团队直接从PLM系统产生需求规格描述技术文档，系统工程师能够输出需求的整体规格描述和跟踪状态，提供给其他用户审查(图14)。

3 安全认证流程及需求管理的效益

通过对产品实施安全认证及需求管理，可最大程度降低产品危险因素，保障产品设计质量、提高产品安全性。同时收集客户需求并进行筛选和理解，结合当前行业发展动态、竞争对手信息、客户群信息、国家宏观政策、渠道信息、市场信息和内部需求进行整理，通过分解和分析、过滤，提炼出符合企业发展规划和用户需要的需求，从而保证需求的准确性。通过PLM系统需求管理，公司从源头提高设计效率，增加设计创新，量化的需求管理可以满足全生命周期的追溯。

图13 需求的满足度展示

图14 自动生成文档

4 结束语

借助PLM系统进行安全认证流程和需求追踪体系的管理，可把大量无规律、杂乱无章的各种需求文档充分条目化，并使所有需求条目与系统功能关联映射。实现需求全追溯;实现需求驱动产品开发各流程;实现需求覆盖率等参数全部可量化，从而满足安全认证的要求。

［1］ 朱战备.产品生命周期管理－－PLM的理论与实务［M］.北京:电子工业出版社，2004.

［2］ 高柏.高铁与中国21世纪大战略［M］.北京:社会科学文献出版社，2012.

［3］ 乌尔里希·森德勒.工业4.0［M］.北京:机械工业出版社，2014.

PLM Contributing to Safety Certification Process and Requirements Traceability System

JIA Jianrong，GAN Dunwen
(Locomotive＆Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

This paper briefly describes the relationship between safety certification and requirements management，emphasizes that requirements management is the important part of product information management，and realizes the overall process of product safety certification from requirements confirmation to final product validation.This paper also realizes the association and mapping of the user requirements and system requirements in PLM system，as well as the requirement decomposition，management and tracking.

PLM;safety certification;requirements;management

TH166

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.02.06

1008－7842(2015)02－0023－06

2—)女，高级工程师(

2015－02－09)