中國航發(fā)集成研發(fā)系統(tǒng)建設(shè)方案概述

■ 張彪 李嘉欣 于碩 汪騰 / 中國航發(fā)研究院

航空發(fā)動機是典型的復(fù)雜系統(tǒng)，其研制過程是多專業(yè)、長周期、高難度、高標準反復(fù)迭代的過程。構(gòu)建航空發(fā)動機研發(fā)的跨區(qū)域協(xié)同研發(fā)體系，可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)、流程、數(shù)據(jù)的協(xié)同，全面支持產(chǎn)品研發(fā)活動規(guī)范高效開展，支撐產(chǎn)品自主研發(fā)能力形成。

中國航發(fā)集成研發(fā)系統(tǒng)（CDM），通過將AEOS研發(fā)體系中的業(yè)務(wù)、流程、標準、規(guī)范集成到信息化平臺，打通單位、專業(yè)與系統(tǒng)的邊界，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有序流動，從而實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計過程的不斷優(yōu)化、持續(xù)提升，實現(xiàn)集團與各直屬單位任務(wù)與流程的統(tǒng)一，實現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)過程的規(guī)范管控以及研制效率的提升。

建設(shè)內(nèi)容

集成研發(fā)系統(tǒng)建設(shè)包含6個方面的內(nèi)容，如圖1所示。

圖1 6個方面建設(shè)內(nèi)容

一是，落實集團AEOS產(chǎn)品研發(fā)體系。為了打破人員分散、資源無法共享等現(xiàn)狀，通過信息化手段，建立線上虛擬團隊，實現(xiàn)研發(fā)人才資源的自由調(diào)配以及跨地域、跨部門、跨專業(yè)的便捷協(xié)作研發(fā)。

三是，建設(shè)研發(fā)過程數(shù)據(jù)中心?；谘邪l(fā)流程，搭建與之對應(yīng)的研發(fā)過程數(shù)據(jù)中心，通過結(jié)構(gòu)化、模型化的數(shù)據(jù)表達來記錄項目研發(fā)過程中需求、設(shè)計、分析、仿真和驗證數(shù)據(jù)的發(fā)展和變更歷程，實現(xiàn)基于模型的研發(fā)協(xié)同，優(yōu)化協(xié)同效率。

四是，建設(shè)研發(fā)工具模板庫。通過定制開發(fā)、二次開發(fā)、封裝集成等技術(shù)手段豐富研發(fā)軟件工具體系，將航空發(fā)動機產(chǎn)品研發(fā)過程中沉淀的設(shè)計、分析、建模和仿真技術(shù)嵌入工具，形成面向特定業(yè)務(wù)、特定專業(yè)的工具組件體系，打通工具間數(shù)據(jù)流動，提升工具使用效能，全面支持航空發(fā)動機產(chǎn)品快速設(shè)計與分析工作。

五是，建設(shè)研發(fā)標準規(guī)范庫。構(gòu)建面向航空發(fā)動機產(chǎn)品研發(fā)的各類知識數(shù)據(jù)庫，集中存儲各類文檔、標準、規(guī)范等知識，與研發(fā)平臺框架配合，實現(xiàn)知識的智能推送與在線積累，實現(xiàn)知識積累與應(yīng)用的良性循環(huán)。

六是，建設(shè)集成研發(fā)系統(tǒng)的多站點集成。通過該多站點集成機制，使得在應(yīng)用層面中國航發(fā)以及各直屬單位間如同一個整體，實現(xiàn)多站點間任務(wù)、流程、數(shù)據(jù)等研發(fā)要素的交互、共享。

總體方案

集成研發(fā)系統(tǒng)建設(shè)總體方案如圖2所示。

圖2 集成研發(fā)系統(tǒng)建設(shè)總體方案

系統(tǒng)定位

集成研發(fā)系統(tǒng)以航空發(fā)動機設(shè)計流程為主線，把航空發(fā)動機研發(fā)活動組織成有序的關(guān)聯(lián)設(shè)計活動，提供一個集設(shè)計、仿真、優(yōu)化等工具的一體化工作界面，實現(xiàn)設(shè)計流程與設(shè)計工具的整合，滿足發(fā)動機總體、各部件（壓氣機、燃燒室、渦輪等）及系統(tǒng)（控制系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、外部與短艙系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)等）集成設(shè)計和分析；建立統(tǒng)一的航空發(fā)動機設(shè)計數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用環(huán)境，實現(xiàn)設(shè)計各階段和迭代過程的數(shù)據(jù)追溯，顯示從發(fā)動機總體到各部件、子系統(tǒng)的迭代過程。

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系統(tǒng)應(yīng)用范圍

航空發(fā)動機集成研發(fā)系統(tǒng)覆蓋航空發(fā)動機產(chǎn)品全生命周期的設(shè)計、仿真分析過程，支撐流暢的產(chǎn)品研發(fā)過程、高效的項目團隊協(xié)同、跨系統(tǒng)跨組織的技術(shù)狀態(tài)管理。

集成研發(fā)系統(tǒng)通過建立設(shè)計流程標準化、設(shè)計規(guī)范嵌入化、設(shè)計應(yīng)用集成化的環(huán)境，支持知識驅(qū)動的創(chuàng)新性研發(fā)工作，促進系統(tǒng)功能和性能需求快速轉(zhuǎn)化為物理方案，并進行高效的一致性評估。

集成研發(fā)系統(tǒng)的運行圍繞研發(fā)任務(wù)和專業(yè)設(shè)計兩個核心，以項目工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）為輸入，對項目計劃進行逐級細分，形成航空發(fā)動機整機、部件/系統(tǒng)、零組件各專業(yè)設(shè)計流程。設(shè)計人員基于流程調(diào)用工具完成任務(wù)，將設(shè)計結(jié)果反饋給相關(guān)負責(zé)人進行審核。根據(jù)需要將設(shè)計過程中產(chǎn)生的設(shè)計報告和產(chǎn)品模型發(fā)送到產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中進行審簽，最終將交付物和任務(wù)狀態(tài)反饋給項目管理人員。在各專業(yè)設(shè)計流程執(zhí)行過程中，根據(jù)流程中任務(wù)需要，獲得相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（如材料數(shù)據(jù)）、知識經(jīng)驗（如標準規(guī)范等）、試驗數(shù)據(jù)、產(chǎn)品模型等，同時還會調(diào)用高性能計算等資源。

業(yè)務(wù)方案

研發(fā)任務(wù)管理

以壓氣機研發(fā)業(yè)務(wù)為例，集團壓氣機中心對上承接集團項目管理系統(tǒng)下發(fā)的任務(wù)包，由集團壓氣機中心相關(guān)人員制訂整體項目計劃，在集成研發(fā)系統(tǒng)中定義頂層的研發(fā)流程并進行流程分解，將分解的流程分發(fā)給各壓氣機分部。當壓氣機分部接到流程后，按需對流程節(jié)點進行再分解，并把分解后的流程同步至集團壓氣機中心，在集團壓氣機中心進行流程匯總合并。隨后，集團壓氣機中心和各單位壓氣機分部分別在本單位部署的系統(tǒng)上開展設(shè)計活動，過程數(shù)據(jù)存儲在本單位的過程數(shù)據(jù)中心，并同步到集團過程數(shù)據(jù)中心，結(jié)果數(shù)據(jù)提交到集團壓氣機中心產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行審批和歸檔，并反饋數(shù)據(jù)審批狀態(tài)到集團的集成研發(fā)系統(tǒng)，再將任務(wù)狀態(tài)回傳給集團的項目管理系統(tǒng)，做到整個研發(fā)過程的閉環(huán)管理。

專業(yè)研發(fā)

專業(yè)研發(fā)業(yè)務(wù)在產(chǎn)品研發(fā)整體視圖中設(shè)置工業(yè)應(yīng)用（App）支撐點，使用專業(yè)研發(fā)活動卡片梳理工業(yè)App需求，設(shè)置專業(yè)研發(fā)場景改善研發(fā)活動，使用平臺封裝工業(yè)App實現(xiàn)專業(yè)場景。以葉片造型優(yōu)化場景為例，葉片造型優(yōu)化場景如圖3所示。

圖3 專業(yè)場景示例——葉片造型優(yōu)化場景

葉片優(yōu)化是在S2流場詳細設(shè)計計算的基礎(chǔ)上，結(jié)合S1流場分析、強度、振動評估結(jié)果等調(diào)整葉形設(shè)計參數(shù)及其徑向分布，優(yōu)化轉(zhuǎn)子葉片和靜子葉片造型。葉片優(yōu)化完成后，生成的是葉片各截面線上點的坐標數(shù)據(jù)，需要人工操作生成曲線、曲面和葉片實體，進行結(jié)構(gòu)和強度的再次校驗。在未來流程中新增了圖形化處理和編輯功能、自動生成葉片實體模型功能，通過設(shè)置的新功能，省略大量的人工拷貝和操作工作，更快地獲得較優(yōu)的設(shè)計方案。

集成研發(fā)系統(tǒng)IT方案

集成研發(fā)系統(tǒng)信息技術(shù)（IT）方案主要包含數(shù)據(jù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)和系統(tǒng)方案。

數(shù)據(jù)架構(gòu)

數(shù)據(jù)架構(gòu)方案的核心設(shè)計點包括關(guān)鍵數(shù)據(jù)識別方案和數(shù)據(jù)流方案。

項目主管在創(chuàng)建項目管理（PPM）系統(tǒng)頂層計劃后，將計劃任務(wù)信息下發(fā)至專業(yè)負責(zé)人，專業(yè)負責(zé)人在集成研發(fā)系統(tǒng)進行任務(wù)分解后將任務(wù)信息及任務(wù)輸入下發(fā)給專業(yè)工程師，專業(yè)工程師在CDM系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)。專業(yè)工程師完成任務(wù)后將結(jié)果數(shù)據(jù)上傳給科室主任在協(xié)同研制（PDM）系統(tǒng)進行任務(wù)審批，并將任務(wù)完成情況的說明、審批的結(jié)果數(shù)據(jù)上傳，進行計劃完成情況提交。計劃完成情況提交后，一方面將計劃完成情況說明反饋至PPM系統(tǒng)給項目主管；另一方面將歸檔的結(jié)果數(shù)據(jù)上傳至PDM完成數(shù)據(jù)歸檔。

應(yīng)用架構(gòu)

應(yīng)用架構(gòu)明確系統(tǒng)本身的功能模塊以及其他應(yīng)用之間的集成關(guān)系。以壓氣機產(chǎn)品研發(fā)業(yè)務(wù)為例，集成研發(fā)系統(tǒng)支持跨域協(xié)同的應(yīng)用模式。

集團壓氣機中心作為核心數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，各直屬單位根據(jù)任務(wù)緊急程度，隨時/定時同步更新數(shù)據(jù)，直至集團壓氣機中心與各直屬單位的數(shù)據(jù)庫完全同步，最終實現(xiàn)任務(wù)、流程與數(shù)據(jù)的可跨域協(xié)同。

為了滿足跨域協(xié)同的應(yīng)用模式，需要進行多點數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)同步，其中典型跨域協(xié)同應(yīng)用場景應(yīng)包含跨域流程同步、跨域過程數(shù)據(jù)同步（見圖4）、跨域工具同步以及跨域任務(wù)同步等。

圖4 跨域協(xié)同方案——數(shù)據(jù)庫同步

產(chǎn)品功能架構(gòu)如圖5所示。

圖5 產(chǎn)品功能架構(gòu)示意

研發(fā)流程管理承接多項目管理中的任務(wù)信息，并細化多項目管理中的任務(wù)和活動，可以直觀、方便地定義任務(wù)的邏輯關(guān)系并執(zhí)行任務(wù)設(shè)計模板。

集成設(shè)計管理實現(xiàn)了任務(wù)和活動中軟件集成、模塊化建模、統(tǒng)一關(guān)聯(lián)模型、多學(xué)科優(yōu)化、知識工程等技術(shù)的融合，并與主流工程軟件環(huán)境實現(xiàn)無縫集成，通過設(shè)計、分析、優(yōu)化環(huán)境的統(tǒng)一，創(chuàng)造了一種真正符合工程習(xí)慣的設(shè)計過程模式。

過程數(shù)據(jù)管理主要對工程設(shè)計過程中設(shè)計參數(shù)、設(shè)計模型、分析模型、分析結(jié)果、試驗數(shù)據(jù)、報告等過程數(shù)據(jù)管理以及產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)的操作和過程進行管理。

集成研發(fā)系統(tǒng)主要由統(tǒng)一門戶、任務(wù)管理、研發(fā)模板管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、過程數(shù)據(jù)中心、過程知識、可視化管理、外部系統(tǒng)集成接口以及系統(tǒng)管理構(gòu)成。

技術(shù)架構(gòu)

技術(shù)架構(gòu)提出了系統(tǒng)的運行環(huán)境，明確了部署模式。以中國航發(fā)為核心，通過航發(fā)網(wǎng)實現(xiàn)各單位集成研發(fā)系統(tǒng)間的連接，系統(tǒng)內(nèi)各單位均可接收到來自集團的任務(wù)。

系統(tǒng)方案

集成研發(fā)系統(tǒng)通過研發(fā)模板建模與管理、研發(fā)任務(wù)及協(xié)同管理、研發(fā)數(shù)據(jù)管理、可視化管理和系統(tǒng)配置管理等5個功能模塊共23項功能實現(xiàn)業(yè)務(wù)場景。各項功能特性及其支持的業(yè)務(wù)場景如表1所示。

表1 集成研發(fā)系統(tǒng)功能特性及其支持的場景

每項功能都包含若干技術(shù)特征，分別進行設(shè)計。以多方案管理功能為例，包含IT原型界面設(shè)計和數(shù)據(jù)庫表設(shè)計兩項技術(shù)特征。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計依據(jù)邏輯數(shù)據(jù)模型設(shè)計及技術(shù)方案中的數(shù)據(jù)庫選型，增加主外鍵、索引、存儲過程、視圖，設(shè)計全部屬性、數(shù)據(jù)列、數(shù)據(jù)約束，得到物理數(shù)據(jù)模型。經(jīng)過物理數(shù)據(jù)模型設(shè)計，已經(jīng)具備將設(shè)計轉(zhuǎn)換為具體的數(shù)據(jù)庫腳本的能力。

結(jié)束語

AEOS建設(shè)對航空發(fā)動機研制工作提出了新的要求。作為AEOS產(chǎn)品研發(fā)體系落地重點項目之一，開展航空發(fā)動機集成研發(fā)系統(tǒng)建設(shè)，為航空發(fā)動機研制能力、效率與質(zhì)量提升奠定了基礎(chǔ)。在研發(fā)流程的固化與優(yōu)化、軟件的標準化和復(fù)用、過程數(shù)據(jù)的管理與研發(fā)環(huán)節(jié)的可追溯等方面，實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。