中航工業(yè)沈陽發(fā)動機設計研究所 王 震 戰(zhàn) 強 朱麗君

隨著國際形勢的發(fā)展，我國航空發(fā)動機研制的重要程度越來越高，研制型號的種類和數(shù)量也越來越多，難度也越來越大。異地設計、制造、管理與協(xié)同工作是未來航空工業(yè)發(fā)展的必然趨勢[1]。

在國家大力發(fā)展航空發(fā)動機產業(yè)、中航工業(yè)快速發(fā)展的戰(zhàn)略機遇期，中航工業(yè)發(fā)動機院落實中航工業(yè)戰(zhàn)略結構調整的重大決策，轉型升級、加快發(fā)展、順應形勢，加強研究院下屬4個研究所間的溝通，有效實現(xiàn)資源信息互補和共享，發(fā)揮各自研發(fā)優(yōu)勢，為實現(xiàn)中航工業(yè)集團及中航工業(yè)發(fā)動機的宏偉戰(zhàn)略目標而共同奮斗。

為了支持某型號項目研制，需要以發(fā)動機院為牽引，集合各研究所的設計資源，建立型號項目協(xié)同研制平臺，通過異地聯(lián)合研發(fā)模式，在充分利用國防基礎科研以及其他科研項目的成果、總結發(fā)動機型號研發(fā)經驗的基礎上，通過采用先進的數(shù)字化技術，在發(fā)動機院及下屬研究所之間實現(xiàn)發(fā)動機型號產品設計的信息集成和過程集成，形成發(fā)動機型號級的數(shù)字化協(xié)同研發(fā)體系。

總體業(yè)務需求分析

1 研究所間協(xié)同現(xiàn)狀概述

1.1 信息化建設現(xiàn)狀

發(fā)動機院下屬4個研究所都已經根據(jù)發(fā)動機公司的統(tǒng)一協(xié)同平臺要求，基于TC8.3和NX7.5構建相應的產品數(shù)據(jù)管理平臺，目前支撐各自內部業(yè)務的正常開展。

1.2 業(yè)務協(xié)同現(xiàn)狀

發(fā)動機院現(xiàn)有的狀態(tài)是一院五地多點分布，每個地點都建立獨立的PDM系統(tǒng)。PDM系統(tǒng)間協(xié)同目前是基于Teamcenter數(shù)據(jù)包發(fā)送的形式，即在每個站點建立數(shù)據(jù)共享區(qū)，通過數(shù)據(jù)共享區(qū)導出需要協(xié)同和共享的數(shù)據(jù)，通過金航網或光盤刻錄派送的方式進行數(shù)據(jù)傳遞。圖1為目前協(xié)同現(xiàn)狀示例。

目前的協(xié)同模式，協(xié)同效率很低，協(xié)同過程中缺乏溝通和交流，只是設計結果的數(shù)據(jù)發(fā)放和接收，無法滿足新型號航空發(fā)動機協(xié)同研制要求。

圖1 協(xié)同業(yè)務現(xiàn)狀示例

2 發(fā)動機院協(xié)同研制需求

2.1 型號項目的研制需求

集合各研究所研發(fā)優(yōu)勢，突破和掌握型號項目的關鍵設計技術，縮短產品研發(fā)周期。

2.2 數(shù)字化產品設計的需求

通過IPD的模式，整合4個研究所各自資源和優(yōu)勢，提高發(fā)動機的數(shù)字化產品設計的質量和水平。

2.3 發(fā)動機模塊化設計的需求

通過4個研究所的標準協(xié)同、知識協(xié)同，建立發(fā)動機的重用和模塊化（單元體化）機制，提高研發(fā)的質量，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。

2.4 研究所間戰(zhàn)略合作的需求

為了支持發(fā)動機院下屬4個研究所的戰(zhàn)略合作，需要建立協(xié)同設計平臺，通過異地聯(lián)合研發(fā)模式，在充分利用國防基礎科研以及其他科研項目的成果、總結發(fā)動機型號研發(fā)經驗的基礎上，通過采用先進的數(shù)字化技術，在發(fā)動機院及下屬研究所之間，實現(xiàn)發(fā)動機型號設計的信息集成和過程集成，形成發(fā)動機型號產品的數(shù)字化協(xié)同設計體系。

項目建設內容與目標

1 建設目標

以發(fā)動機院牽頭納總，針對新型號，構建滿足發(fā)動機行業(yè)跨地域多廠所聯(lián)合研制的協(xié)同工作平臺，實現(xiàn)基于信息共享的協(xié)同研制模式，充分發(fā)揮各個研究所技術優(yōu)勢，共享發(fā)動機設計信息和設計資源，縮短發(fā)動機研制周期，提升發(fā)動機院協(xié)同研制能力。

2 建設原則

結合發(fā)動機院的發(fā)展戰(zhàn)略、業(yè)務需求及目前實際情況，本著“總體規(guī)劃、分步實施、效益驅動、平滑過渡”的原則，遵循技術與管理并重、實用與先進并存的實施方法，確定協(xié)同研發(fā)平臺建設方案，逐步形成發(fā)動機院的產品研發(fā)支撐系統(tǒng)。

2.1 管理與技術并重原則

發(fā)動機研發(fā)模式的變革，對信息化建設提出新的需求，特別是對多所聯(lián)合設計的需求日益強烈。建設協(xié)同研發(fā)平臺既要關注協(xié)同技術（應用軟件、硬件）本身，更要關注對業(yè)務流程的改善和對歷史數(shù)據(jù)的整頓，同時，還需將公司知識資產按照統(tǒng)一的業(yè)務規(guī)則，進行整理形成發(fā)動機知識資產數(shù)據(jù)庫，提高知識的重用和對客戶需求的快速響應，降低成本。

2.2 效益最大化原則

發(fā)動機院在信息化投資方面既要考慮滿足公司未來發(fā)展的需求，特別是協(xié)同研發(fā)新模式的需求，也要注重面向目前實際的業(yè)務需求和各廠所已有的信息系統(tǒng)，保持兩者之間的平衡。注重效益同時要求發(fā)動機院選擇成熟化的應用系統(tǒng)，降低風險同時需要保持一定的超前性，避免投資浪費。

2.3 擴展/開放和集成性原則

借助協(xié)同研發(fā)平臺的建設整合各所的信息系統(tǒng)，最大程度地發(fā)揮協(xié)同研發(fā)平臺的作用，提升發(fā)動機院信息整體應用水平，因此，從信息系統(tǒng)的實施到日常的運維，都必須貫穿所所協(xié)同應用集成的理念和實踐。

2.4 安全性原則

發(fā)動機院協(xié)同研制平臺建立涉及到不同的設計所，建設協(xié)同研制平臺過程首先需要高度重視安全性，包括網絡安全、數(shù)據(jù)交換安全、數(shù)據(jù)容災、數(shù)據(jù)使用安全等，從管理制度、技術保障、人員保障等多個方面保證安全。

3 項目主要建設內容

發(fā)動機院型號項目協(xié)同平臺重點任務目標在于：

（1）組建型號協(xié)同設計IPD團隊；

（2）建設設計協(xié)同的IT支撐平臺；

（3）按照協(xié)同研制模式，未來對Teamcenter功能進行擴充，提升型號產品研發(fā)水平。

發(fā)動機院型號協(xié)同研制項目，不僅僅是簡單的IT系統(tǒng)的建設，更重要的是構建新的業(yè)務模式。因此完整的設計協(xié)同的解決方案，應該包含3個方面：

（1）定義合理的IPT[2-3]組織，本著緊密業(yè)務協(xié)同的思想構建出有效的業(yè)務協(xié)同的方法、方式和管理制定，以及相應的標準和規(guī)范；

（2）搭建支持協(xié)同業(yè)務的硬件平臺和軟件系統(tǒng)；

（3）根據(jù)新的業(yè)務流程，固化到新構建的協(xié)同的軟件系統(tǒng)中。

技術方案

1 網絡框架

發(fā)動機院的協(xié)同研制平臺建設以發(fā)動機院為領導，充分借鑒國內外企業(yè)產品協(xié)同研制的最佳實踐，統(tǒng)一研究院成員單位數(shù)字化技術標準和規(guī)范，實現(xiàn)項目進度管理協(xié)同、數(shù)據(jù)協(xié)同、流程協(xié)同、可視化即時協(xié)同以及系統(tǒng)集成。

協(xié)同研制平臺以WEB技術為基礎的分布式多層次軟件集成平臺，主要功能包括協(xié)同門戶、項目管理、產品協(xié)同工作環(huán)境和集成接口等，為協(xié)同工作提供信息化環(huán)境支撐。通過公共資源為協(xié)同工作提供數(shù)據(jù)保障，通過集成接口實現(xiàn)協(xié)同研制平臺與其他應用系統(tǒng)的業(yè)務集成和數(shù)據(jù)集成。

該協(xié)同研制平臺以統(tǒng)一的業(yè)務規(guī)范、數(shù)據(jù)規(guī)范和專用網絡，采用單一數(shù)據(jù)源的分布式部署，即在發(fā)動機院部署Teamcenter主服務器、主文件服務器和單一數(shù)據(jù)庫實例，發(fā)動機院及下屬4個研究所在同一個Teamcenter環(huán)境內容完成協(xié)同研制。

為了提高各成員單位文件瀏覽的速度和效率，減少對網絡資源的占用，在各成員單位建立本地文件服務器（Teamcenter卷）和緩存服務器，各成員單位文件的上傳和下載優(yōu)先通過本地文件服務器管理，由緩存服務器管理研究院主服務器和各成員單位本地文件服務器間的同步。

考慮到發(fā)動機院各單位現(xiàn)實情況及網絡現(xiàn)狀，擬采用驗證階段和部署階段分步實施的方式,逐步深化和擴展。在驗證階段，擬采用在甲研究所建立Teamcenter主服務器、主文件服務器和單一數(shù)據(jù)庫實例，在乙研究所建立本地文件服務器和緩存服務器，在沈陽和成都兩地測試。在部署階段，以發(fā)動機院本部建立主服務器，其他研究所建立本地服務器（見圖 2）。

2 關鍵協(xié)同能力介紹

2.1 協(xié)同內容

協(xié)同研制平臺協(xié)同內容包括：（1） 設計結果數(shù)據(jù)：三維模型、產品結構、BOM、幾何圖；

圖2 網絡框架

（2） 設計過程數(shù)據(jù)：氣動、 強度、熱、疲勞等設計過程數(shù)據(jù)；

（3） 試驗數(shù)據(jù)：整機、部件、零件等試驗結果數(shù)據(jù)；

（4） 知識數(shù)據(jù)：設計 /仿真 /試驗規(guī)程和規(guī)格、設計/仿真/試驗資源庫等。

2.2 接口標準

協(xié)同研制平臺充分考慮各專業(yè)業(yè)務實際情況，定制協(xié)同接口規(guī)格和內容。

2.3 協(xié)同流程和項目管控

協(xié)同研制平臺充分考慮協(xié)同組織、系統(tǒng)、人員的實際管理需要，統(tǒng)一管控型號研制流程，實現(xiàn)統(tǒng)一型號流程管控下的型號研制。

協(xié)同平臺項目管理包括三部分的功能層次，底層是項目空間及基本數(shù)據(jù)管理，由于與其架構在集成設計平臺框架基礎上，可以直接利用其實現(xiàn)該部分功能；中間層是基于不同的項目管理內容和維度，實現(xiàn)具體功能集，包括計劃管理、資源管理、交付物管理和轉階段審核等功能；最上層是項目的分析和展示層，提供項目各種維度的數(shù)據(jù)分析，并形成看板和圖標展示出來。2.4 自頂向下設計

利用數(shù)據(jù)共享的功能，在設計中可以采用多種優(yōu)化的設計方法，Top-Down即是其中一種實現(xiàn)并行設計的方法。采用Top-Down設計方法，在多人參與的某一產品設計階段，將每個設計人員均需參考的特征搭建在一個骨架模型（Skeleton）中，并加以特征開放處理（Publication）；其他設計人員可以方便地調用共享特征進行并行的局部設計，在設計進行到一定階段后，通過產品裝配或零件布爾運算等方法實現(xiàn)設計整合。與上下游設計過程的關聯(lián)性一樣，如果骨架模型的參數(shù)或特征發(fā)生變化時，所有并行的局部設計都可以實現(xiàn)相應的設計更新。

（1）自頂向下骨架協(xié)同設計定義。

在發(fā)動機設計過程中，上、下游設計往往存在著某種依賴關系，如結構設計依賴于外形設計，系統(tǒng)設計依賴于結構設計，這種依賴關系的存在，使得上游設計驅動下游設計，這種依賴關系的建立可通過上下游設計間的幾何特征、參數(shù)化等技術進行實現(xiàn)，通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行管理，從而可實現(xiàn)在統(tǒng)一樣機下的關聯(lián)設計，提高設計效率，規(guī)范設計過程。

在發(fā)動機設計的頂層建立發(fā)動機全局位置基準，全局位置基準包括主幾何基準和界面接口基準。

（2）主幾何基準。

定義發(fā)動機的幾何外形，主要幾何定位基準，表達發(fā)動機總體外形和空間站位劃分，主幾何基準向設計下游分解傳遞到下游協(xié)同單位，協(xié)同單位在繼續(xù)建立本身單元主幾何基準。

（3）界面接口基準。

定義發(fā)動機部件結構接口界面，包括銜接基準位置，接口參數(shù)信息等，表達和傳遞部件之間的空間界面關系，部件之間的相互位置是由界面接口基準劃分和確定的。

（4）骨架分解方式與數(shù)據(jù)協(xié)同方式。

全局位置基準分解為部件主幾何基準和部件界面接口基準，部件主幾何基準、部件接口基準在向下游劃分為組件接口基準和組件主幾何基準，組件節(jié)點、組件接口基準和組件主幾何基準分別發(fā)放到協(xié)同單位，協(xié)同單位在本地展開組件協(xié)同設計，設計完成后根據(jù)各自節(jié)點數(shù)據(jù)上傳到主數(shù)據(jù)服務器，當需要參考其他協(xié)同單位數(shù)據(jù)時從主服務器中撿入到本地緩存中，重復使用參考該協(xié)同數(shù)據(jù)時將直接從本地緩存中調用數(shù)據(jù)，本地向主服務器中上載數(shù)據(jù)根據(jù)分配的組件節(jié)點在該節(jié)點上進行數(shù)據(jù)增量更新。

2.5 設計制造協(xié)同

設計制造協(xié)同過程重點關注：新材料、新工藝、新技術的應用；制造長線零組件、關重件、總體裝配結構的協(xié)同。

設計和制造的協(xié)同主要應用以下理念，來達到提高產品研制的質量、縮短產品研制周期的目的：

·通過產品成熟度的定義，提高設計制造并行工作的效率；

·樹立面向用戶的產品研制思想，設計制造共同促進提升，提高產品客戶滿意度；

·組建IPT團隊，設計制造緊密協(xié)同，實現(xiàn)產品研制過程中的問題的快速響應機制。

表1 發(fā)動機院硬件配置

表2 各研究所硬件配置

3 協(xié)同平臺軟硬件要求

3.1 發(fā)動機院硬件要求

（1）協(xié)同研制平臺（PDM）：Teamcenter服務器端。

（2） 硬件配置，如表 1所示。

3.2 各研究所硬件要求

（1）協(xié)同研制平臺（PDM）：Teamcenter 客戶端。

（2） CAD 設計工具： NX。（3） 硬件配置，如表 2所示。

結束語

航空發(fā)動機作為制造業(yè)“皇冠上的明珠”，產品復雜，設計難度大，通過航空發(fā)動機協(xié)同設計平臺的建設，為航空發(fā)動機行業(yè)的設計資源整合提供了可行的基礎條件，提高型號研制的研制效率，降低研制成本，減少研制周期。

[1]王普，飛機異地協(xié)同數(shù)字化設計制造技術，航空制造技術，2010(4):3l-34.

[2]李清，馬宇寧. 航空產品IPT 團隊群運行模式研究 . 航空制造技術，2002，2(12)：44-46.

[3]邱述斌. IPT工作模式在飛機研制中的應用.海軍航空工程學院學報，2009，24(4)：23-28.