Quản lý Yêu cầu Trong Suốt Chu kỳ Sống của Điện tử Hàng không vũ trụ

Ngành công nghiệp điện tử hàng không vũ trụ hoạt động, như cái tên đã gợi ý, trên bầu trời—một lĩnh vực mà sự cố là điều không thể chấp nhận. Một linh kiện hoạt động không đúng do bỏ sót hoặc quản lý yêu cầu kém có thể dẫn đến hậu quả thảm khốc, đe dọa không chỉ các dự án trị giá hàng triệu đô la mà, quan trọng hơn, là tính mạng con người. Bản chất phức tạp của hệ thống điện tử hàng không hiện đại, cùng với những yêu cầu quy định nghiêm ngặt và chu kỳ sống kéo dài, đặt ra những thách thức lớn đối với việc quản lý yêu cầu một cách thực tế và các đội ngũ nỗ lực để đạt được chúng.

Vòng đời Điện tử Hàng không Vũ trụ và Những Thách thức Đặc biệt

Vòng đời của điện tử hàng không vũ trụ là một quá trình dài và phức tạp, khác biệt đáng kể so với nhiều sản phẩm điện tử khác. Nó thường bao gồm một số giai đoạn rõ ràng, được phân loại rộng rãi như sau:

• Khái niệm & Khả thi: Yêu cầu ban đầu được xác định, và khả năng thực hiện của dự án được đánh giá.
• Thiết kế & Phát triển: Các khái niệm được chuyển thành các giải pháp phần cứng và phần mềm cụ thể.
• Xác minh & Kiểm định: Các bài kiểm tra nghiêm ngặt xác nhận rằng thiết kế đáp ứng tất cả các yêu cầu đã chỉ định.
• Sản xuất: Chế tạo và lắp ráp.
  Triển khai & Vận hành: Đưa hệ thống vào sử dụng.
• Bảo trì & Hỗ trợ: Đảm bảo độ tin cậy và an toàn liên tục thông qua hỗ trợ không ngừng.
• Ngừng hoạt động: Quản lý việc nghỉ hưu an toàn của hệ thống, khi cần thiết.

Chu kỳ sống kéo dài, thường xuyên kéo dài hàng thập kỷ, giới thiệu một bộ thách thức độc đáo yêu cầu quản lý yêu cầu nghiêm ngặt:

• Tuân thủ Quy định: Điện tử hàng không vũ trụ phải tuân thủ một số quy định nghiêm ngặt nhất trong bất kỳ ngành công nghiệp nào. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn như DO-178C (Xem xét Phần mềm trong Hệ thống và Thiết bị Bay - Chứng nhận), DO-254 (Hướng dẫn Đảm bảo Thiết kế cho Phần cứng Điện tử Trên không), ARP4754B (Hướng dẫn Phát triển Máy bay Dân dụng và Hệ thống), và ARP4761A (Hướng dẫn và Phương pháp Tiến hành Quá trình Đánh giá An toàn trên Hệ thống và Thiết bị Trên không Dân dụng) là một yêu cầu pháp lý và an toàn. Những tiêu chuẩn này ảnh hưởng nặng nề đến cách các yêu cầu được định nghĩa, tài liệu hóa, truy vết và xác minh.  
• Vòng đời Dài: Không giống như điện tử tiêu dùng, có thể có tuổi thọ vài năm, hệ thống hàng không vũ trụ có thể được sử dụng trong 20, 30, hoặc thậm chí 40 năm. Điều này đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng về khả năng bảo trì lâu dài, quản lý lỗi thời, và nhu cầu tiềm năng cho các nâng cấp và sửa đổi trong tương lai, tất cả những điều này phải được phản ánh trong các yêu cầu ban đầu.
• Độ Phức Tạp của Hệ Thống: Các hệ thống hàng không hiện đại vô cùng phức tạp, thường liên quan đến việc tích hợp nhiều hệ thống phần cứng và phần mềm từ các nhà cung cấp khác nhau. Việc quản lý yêu cầu giữa những hệ thống liên kết này, đảm bảo tính tương thích và tránh các tương tác không mong muốn là một nhiệm vụ đáng kể.
• Bản Chất Quan Trọng về An Toàn: Hậu quả của sự cố trong điện tử hàng không có thể nghiêm trọng, từ thất bại nhiệm vụ đến mất mạng. Do đó, độ chính xác, tính đầy đủ và nhất quán của các yêu cầu là tối quan trọng. Yêu cầu phải rõ ràng và được kiểm chứng một cách tỉ mỉ để đảm bảo mức độ an toàn cao nhất.

Định Nghĩa và Ghi Nhận Yêu Cầu

Nền tảng của sự phát triển thành công trong điện tử hàng không nằm ở việc định nghĩa và ghi nhận rõ ràng các yêu cầu. Điều này bao gồm việc hiểu các loại yêu cầu khác nhau, sử dụng các kỹ thuật thu thập hiệu quả và sản xuất tài liệu toàn diện.

Loại Yêu Cầu

Kỹ thuật Khai thác Yêu cầu

Tài liệu Đặc tả Yêu cầu

Tất cả các yêu cầu thu thập được phải được tài liệu hóa một cách rõ ràng, ngắn gọn và không mơ hồ. Các tài liệu phổ biến bao gồm Bản Mô Tả Yêu Cầu Hệ Thống (SysRS), nắm bắt các yêu cầu hệ thống cấp cao, và Bản Mô Tả Yêu Cầu Phần Mềm (SRS), chi tiết hóa các yêu cầu đối với các thành phần phần mềm. Những tài liệu này phục vụ như là nguồn thông tin duy nhất cho toàn bộ quá trình phát triển.

Công Cụ Ghi Nhận Yêu Cầu

Trong khi các tài liệu và bảng tính đơn giản có thể được sử dụng, các công cụ quản lý yêu cầu chuyên dụng mang lại những lợi ích đáng kể, đặc biệt là đối với các dự án phức tạp. Những công cụ này cung cấp các tính năng cho việc ghi nhận yêu cầu, khả năng truy vết, kiểm soát phiên bản, phân tích tác động và báo cáo. Mỗi công cụ thúc đẩy sự hợp tác và đảm bảo rằng các yêu cầu dễ dàng truy cập và quản lý trong suốt vòng đời. Lợi ích của việc tích hợp, đặc biệt là với một công cụ thiết kế PCB, là nó cung cấp một con đường thông suốt từ yêu cầu đến hiện thực hóa vật lý.

Quản Lý Yêu Cầu Qua Quá Trình Thiết Kế và Phát Triển

Sau khi yêu cầu được định nghĩa và ghi nhận, trọng tâm chuyển sang quản lý chúng một cách hiệu quả trong suốt các giai đoạn thiết kế và phát triển, bao gồm việc thiết lập khả năng truy vết vững chắc, quản lý thay đổi và sự hợp tác giữa các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau.

• Tính dễ truy vết: Việc tạo và duy trì các liên kết giữa các yêu cầu cấp cao, các yếu tố thiết kế chi tiết (sơ đồ mạch, bố trí PCB, mô-đun mã), các trường hợp kiểm tra và các thành phần liên quan khác. Điều này chứng minh rằng mỗi yêu cầu được giải quyết bởi thiết kế và có thể được xác minh.
  • Ma trận Dễ truy vết: Một ma trận dễ truy vết thường được sử dụng để biểu diễn các liên kết này một cách trực quan. Nó thường liệt kê các yêu cầu ở các hàng và các yếu tố thiết kế/ trường hợp kiểm tra ở các cột, với các ô chỉ ra mối quan hệ giữa chúng.
  • Tính dễ truy vết từ dưới lên và từ trên xuống: Tính dễ truy vết từ dưới lên liên kết các yếu tố thiết kế cấp thấp trở lại với các yêu cầu cấp cao ban đầu của chúng, đảm bảo rằng mỗi quyết định thiết kế được biện minh. Tính dễ truy vết từ trên xuống liên kết các yêu cầu cấp cao với các yếu tố thiết kế và trường hợp kiểm tra tương ứng của chúng, đảm bảo rằng tất cả các yêu cầu được thực hiện và kiểm tra.
• Phân rã Yêu cầu: Các yêu cầu hệ thống cấp cao thường cần được phân rã thành các yêu cầu cấp thấp hơn, chi tiết hơn có thể được giao cho các nhóm kỹ thuật cụ thể (phần cứng, phần mềm, cơ khí). Quá trình phân rã này phải được quản lý cẩn thận để đảm bảo rằng các yêu cầu cấp thấp phản ánh chính xác ý định của các yêu cầu cấp cao và không có khoảng trống hoặc mâu thuẫn nào được giới thiệu.
• Phân tích Tác động: Việc thay đổi yêu cầu là không thể tránh khỏi trong quá trình phát triển. Phân tích tác động đánh giá hậu quả tiềm ẩn của một thay đổi đề xuất đối với các yêu cầu khác, các yếu tố thiết kế, các trường hợp kiểm tra, và lịch trình cũng như chi phí của dự án tổng thể. Một ma trận theo dõi chặt chẽ là vô giá để thực hiện phân tích tác động hiệu quả.
• Quản lý Phiên bản: Yêu cầu, giống như bất kỳ thành phần thiết kế nào khác, nên được kiểm soát phiên bản một cách nghiêm ngặt để đảm bảo rằng mọi người đều làm việc với phiên bản yêu cầu chính xác và một lịch sử đầy đủ về các thay đổi được bảo quản. Việc tích hợp với các hệ thống kiểm soát phiên bản thiết kế đơn giản hóa quá trình này và ngăn chặn sự không nhất quán giữa yêu cầu và thiết kế.
• Hợp tác: Quản lý yêu cầu hiệu quả đòi hỏi sự hợp tác chặt chẽ giữa các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau. Các nhà thiết kế PCB, kỹ sư phần mềm, kiến trúc sư hệ thống, và các bên liên quan khác phải có quyền truy cập vào các yêu cầu mới nhất và có khả năng giao tiếp hiệu quả về các thay đổi và vấn đề. Các công cụ hỗ trợ kho lưu trữ chung, quy trình xem xét cộng tác, và các kênh giao tiếp tích hợp (ví dụ, tính năng bình luận trong một công cụ quản lý yêu cầu) là cần thiết.

Xác minh và Kiểm định (V&V)

V&V là một giai đoạn quan trọng trong chu kỳ sống của điện tử hàng không vũ trụ, đảm bảo rằng hệ thống đáp ứng các yêu cầu đã được xác định và thực hiện đúng chức năng dự định. Việc hiểu rõ sự khác biệt giữa hai quá trình liên quan nhưng khác biệt này là cần thiết.

Xác minh trả lời câu hỏi, "Chúng ta có đang xây dựng hệ thống đúng cách không?" Nó tập trung vào việc đảm bảo rằng thiết kế và triển khai tuân thủ các yêu cầu đã được xác định. Đây chủ yếu là một đánh giá kỹ thuật.

Ngược lại, Kiểm định trả lời câu hỏi, "Chúng ta có đang xây dựng đúng hệ thống không?" Nó tập trung vào việc đảm bảo rằng hệ thống đáp ứng nhu cầu của các bên liên quan và yêu cầu vận hành, kể cả những yêu cầu có thể không được nêu rõ trong các tài liệu yêu cầu chính thức. Điều này bao gồm một đánh giá rộng lớn hơn về tính phù hợp của hệ thống cho mục đích sử dụng dự định.

Quá trình V&V toàn diện bao gồm nhiều hoạt động, mỗi hoạt động đều liên kết trở lại với các yêu cầu cụ thể.

Hoạt động V&V

• Đánh giá và Kiểm tra: Đánh giá và kiểm tra chính thức các tài liệu yêu cầu, tài liệu thiết kế, mã nguồn và trường hợp kiểm thử để xác định lỗi, mâu thuẫn và những điểm không rõ ràng.
• Kiểm tra: Điều này bao gồm một hệ thống kiểm tra từ kiểm tra đơn vị (xác minh từng thành phần hoặc mô-đun riêng lẻ) đến kiểm tra tích hợp (xác minh sự tương tác giữa các thành phần), kiểm tra hệ thống (xác minh toàn bộ hệ thống so với yêu cầu của nó), và kiểm tra chấp nhận (chứng minh cho khách hàng rằng hệ thống đáp ứng nhu cầu của họ).
• Phân tích: Sử dụng các kỹ thuật như mô phỏng, mô hình hóa, và phương pháp chính thức để xác minh yêu cầu về hiệu suất và các đặc tính không chức năng khác.
• Minh họa: Chứng minh rằng hệ thống đáp ứng yêu cầu trong một môi trường hoạt động thực tế hoặc được mô phỏng. Điều này có thể bao gồm các bài kiểm tra bay, kiểm tra môi trường, hoặc các minh họa khác.

Phát sinh Trường hợp Kiểm tra

Các trường hợp kiểm tra nên được rút ra trực tiếp từ yêu cầu để đảm bảo phạm vi kiểm tra toàn diện. Mỗi yêu cầu nên có ít nhất một trường hợp kiểm tra tương ứng xác minh việc triển khai của nó.

Phạm vi Yêu cầu

Phân tích phạm vi yêu cầu đo lường mức độ các yêu cầu đã được xác minh và kiểm định. Điều này bao gồm việc theo dõi các yêu cầu nào đã được giải quyết bởi các trường hợp kiểm tra, đánh giá, hoặc các hoạt động V&V khác. Đạt được 100% phạm vi yêu cầu là một mục tiêu điển hình, đặc biệt là đối với các hệ thống quan trọng về an toàn.

Tài liệu về Kết quả V&V

Việc ghi chép cẩn thận tất cả các hoạt động và kết quả của V&V là rất quan trọng, đặc biệt là cho tuân thủ quy định. Tài liệu này cung cấp bằng chứng rằng hệ thống đã được kiểm tra một cách nghiêm ngặt và đáp ứng tất cả các yêu cầu áp dụng. Các báo cáo kiểm tra, hồ sơ kiểm tra, và kết quả phân tích nên được bảo quản một cách cẩn thận và liên kết trở lại với các yêu cầu tương ứng.

Quản lý Thay Đổi và Duy Trì Yêu Cầu

Dù có kế hoạch kỹ lưỡng đến đâu, việc thay đổi yêu cầu là không thể tránh khỏi: nhu cầu của khách hàng thay đổi, yêu cầu quy định mới, lỗi thiết kế, hoặc lỗi thời của linh kiện. Vậy, làm thế nào các đội nhóm có thể duy trì tính toàn vẹn và tuân thủ của hệ thống? Có lẽ, một quy trình quản lý thay đổi chính thức, được định nghĩa rõ ràng là cần thiết, thường bao gồm các bước sau:

• Yêu Cầu Thay Đổi: Các bên liên quan (kỹ sư, khách hàng, và người quản lý quy định) chính thức gửi yêu cầu thay đổi, ghi rõ sự thay đổi đề xuất, lý do, và bất kỳ tác động tiềm năng nào.
• Phê Duyệt Thay Đổi: Một hội đồng kiểm soát thay đổi được chỉ định hoặc một cơ quan tương tự xem xét yêu cầu thay đổi và phân tích tác động và đưa ra quyết định phê duyệt, từ chối, hoặc hoãn thay đổi.
• Triển khai và Xác minh: Nếu được chấp thuận, sự thay đổi sẽ được triển khai, và các yêu cầu, tài liệu thiết kế, và mã bị ảnh hưởng sẽ được cập nhật. Các hoạt động xác minh và kiểm định nghiêm ngặt sau đó được thực hiện để đảm bảo rằng sự thay đổi đã được triển khai một cách chính xác và không giới thiệu bất kỳ vấn đề mới nào.
• Quản lý Cấu hình: Quản lý cấu hình, kỷ luật kiểm soát sự phát triển của một hệ thống, đảm bảo rằng tất cả các phiên bản của yêu cầu, tài liệu thiết kế, mã, và các sản phẩm kiểm thử được theo dõi và quản lý. Điều này cần thiết cho việc duy trì khả năng truy vết và để có khả năng quay trở lại các phiên bản trước nếu cần thiết.
• Quản lý Lỗi thời: Với chu kỳ sống dài của các hệ thống hàng không vũ trụ, lỗi thời của thành phần là một mối quan tâm đáng kể. Khi một thành phần trở nên không khả dụng, nó có thể thay đổi thiết kế và, có thể, các yêu cầu. Một kế hoạch quản lý lỗi thời chủ động, bao gồm việc theo dõi chu kỳ sống của thành phần và xác định các thay thế tiềm năng, là chìa khóa.
• Giám sát Liên tục: Ngay cả sau khi triển khai, hiệu suất của hệ thống nên được giám sát liên tục để xác định các yêu cầu mới hoặc các thay đổi cần thiết liên quan đến hiệu suất, độ tin cậy của điện tử, hoặc nhu cầu vận hành phát triển. Vòng lặp phản hồi này đảm bảo rằng hệ thống vẫn phù hợp với mục đích suốt quãng đời hoạt động của nó.

Kết luận

Quản lý yêu cầu trong suốt vòng đời của điện tử hàng không vũ trụ là một dự án khó khăn nhưng cực kỳ quan trọng. Mặc dù thách thức là đáng kể, nhưng một cách tiếp cận có cấu trúc và kỷ luật sẽ giúp giảm thiểu rủi ro và cải thiện cơ hội thành công. Điều quan trọng là phải xem quản lý yêu cầu không như một hoạt động riêng biệt mà như một phần không thể tách rời của toàn bộ hành trình phát triển, từ khái niệm ban đầu đến việc ngừng hoạt động cuối cùng. Và, bất kể những phát triển và xu hướng tương lai, các nguyên tắc cơ bản của việc giao tiếp rõ ràng, tài liệu cẩn thận, và quản lý chủ động sẽ vẫn là trung tâm của quy trình.

Sẵn sàng tạo ra các yêu cầu rõ ràng hơn với sự hỗ trợ tự động của AI? Hãy thử Altium 365 Requirements & Systems Portal ngay hôm nay và trải nghiệm một cách tiếp cận thông minh hơn, kết nối hơn đối với thiết kế hệ thống và quản lý yêu cầu.