翁潔鑫、趙永紅、魏翔飛 /內(nèi)蒙動力機械研究所

隨著重大背景預(yù)研型號和高新四期工程項目逐步轉(zhuǎn)入研制階段，內(nèi)蒙動力機械研究所承擔(dān)的型號研制任務(wù)量急劇增加，而研制難度大幅提高、研制周期大幅縮減、技術(shù)要求越來越高、產(chǎn)品服務(wù)對象越來越多樣化對發(fā)動機協(xié)同研制能力提出了更高的要求。目前，各部門設(shè)計、分析和試驗人員的協(xié)同研發(fā)、數(shù)據(jù)共享與交換等能力較弱，多數(shù)情況下仍然沿用傳統(tǒng)的設(shè)計仿真工作模式，導(dǎo)致工程技術(shù)人員協(xié)同設(shè)計仿真工作效率低，研制周期長，研制成本高，產(chǎn)品質(zhì)量一致性、穩(wěn)定性差，這些技術(shù)短板已經(jīng)成為制約發(fā)動機設(shè)計技術(shù)水平提高的瓶頸問題。為了解決上述問題，研究所依托某導(dǎo)彈動力系統(tǒng)研發(fā)保條件建設(shè)了固體發(fā)動機精益研發(fā)平臺（PERA 平臺），旨在提升固體發(fā)動機一體化協(xié)同研發(fā)能力，進一步實現(xiàn)研發(fā)項目、研發(fā)流程、設(shè)計仿真方法、研發(fā)數(shù)據(jù)、設(shè)計仿真工具以及研發(fā)知識等的協(xié)同應(yīng)用，并使傳統(tǒng)研發(fā)模式逐步向數(shù)字化研發(fā)模式轉(zhuǎn)變，最終達到提升跨部門、跨專業(yè)多人協(xié)同設(shè)計與仿真分析能力，大幅提高研制效率，縮短研制周期，降低研制成本，并能確保產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性以及一致性等目的。

一、平臺主要用途

PERA 平臺的主要用途體現(xiàn)在以下5 個方面：

一是將質(zhì)量管理與研發(fā)過程進行融合，開展質(zhì)量策劃，實現(xiàn)質(zhì)量預(yù)防、質(zhì)量控制與改進以及質(zhì)量監(jiān)督與追溯等；

二是形成知識型設(shè)計體系，并將知識管理與研發(fā)過程進行融合，實現(xiàn)知識對研發(fā)活動的支撐，避免相同錯誤的發(fā)生，提升研發(fā)的效率；

三是將研發(fā)流程的“隨意性”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皹藴驶⒁?guī)范化、協(xié)同化”，并協(xié)同共享研發(fā)周期中各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)與相關(guān)知識，實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)生命周期可追溯、研發(fā)知識可共享；

四是推動固體發(fā)動機技術(shù)發(fā)展由傳統(tǒng)研發(fā)模式向數(shù)字化研發(fā)模式轉(zhuǎn)變，逐步實現(xiàn)產(chǎn)品的規(guī)格化研制，提高產(chǎn)品的成熟度，實現(xiàn)產(chǎn)品的可重復(fù)生產(chǎn)，進而推動產(chǎn)品更新?lián)Q代；

五是以信息化技術(shù)與手段克服研制資源嚴重不足的問題，提升一體化協(xié)同研發(fā)能力，提升效率、提高精度、降低成本。

二、PERA平臺應(yīng)用架構(gòu)

PERA 平臺的應(yīng)用架構(gòu)包括支撐層、資源層、應(yīng)用層、業(yè)務(wù)層及展示層，如圖1 所示。其中，虛線框為可擴展模塊。

支撐層包括網(wǎng)絡(luò)，計算機以及底層的硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、中間件等，是軟件平臺的基礎(chǔ)保障；資源層包括各種軟件工具和后臺服務(wù)、固體火箭發(fā)動機設(shè)計知識庫等；應(yīng)用層包括工具集成、數(shù)據(jù)管理、知識管理、設(shè)計質(zhì)量管理、指標管理和設(shè)計創(chuàng)新功能模板等，應(yīng)用層具有可擴展性；業(yè)務(wù)層包括專業(yè)設(shè)計分析系統(tǒng)、任務(wù)及流程管理；展示層是平臺門戶系統(tǒng)，具有用戶登錄的統(tǒng)一入口和基本的平臺門戶功能。

三、PERA平臺主要功能簡介

圖1 平臺應(yīng)用架構(gòu)

PERA 平臺是一個專業(yè)集成的、能夠以協(xié)同方式開展發(fā)動機設(shè)計研發(fā)工作的信息化技術(shù)平臺。該平臺主要是基于WBS 工作任務(wù)分解的思想?yún)f(xié)同開展發(fā)動機設(shè)計研發(fā)工作，實現(xiàn)了研發(fā)項目、研發(fā)流程、設(shè)計仿真方法、研發(fā)數(shù)據(jù)、設(shè)計仿真工具以及研發(fā)知識等的協(xié)同應(yīng)用。主要由平臺門戶、研發(fā)管理、知識工程、綜合設(shè)計環(huán)境、研發(fā)過程質(zhì)量管理、系統(tǒng)管理等幾個子系統(tǒng)或軟件模塊組成。

門戶提供信息展示的平臺和常用功能的快速入口；研發(fā)管理實現(xiàn)從項目策劃到流程管理和任務(wù)下發(fā)，再到項目過程管理和監(jiān)控，以支持研發(fā)的規(guī)范化、標準化，支持任務(wù)策劃及研發(fā)協(xié)同/ 滿足對項目整體和執(zhí)行過程等全過程的掌握和把控；知識工程以知識與流程和設(shè)計相融合的思想為指導(dǎo)，在研發(fā)過程中進行知識的推送和復(fù)用，實現(xiàn)將正確的知識在正確的時間呈現(xiàn)給正確的人；綜合設(shè)計環(huán)境是基于知識和仿真驅(qū)動的數(shù)字化集成設(shè)計環(huán)境，支持復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)過程中跨部門、跨專業(yè)、跨學(xué)科分工協(xié)作，支持并行研發(fā)和快速迭代，實現(xiàn)人員協(xié)同、工具協(xié)同和數(shù)據(jù)協(xié)同；研發(fā)過程質(zhì)量管理以產(chǎn)品設(shè)計為核心，實現(xiàn)面向型號WBS 的質(zhì)量策劃、產(chǎn)品設(shè)計過程預(yù)防、產(chǎn)品設(shè)計過程質(zhì)量控制、產(chǎn)品需求與指標管理、質(zhì)量問題歸零、質(zhì)量追溯監(jiān)控；系統(tǒng)管理為平臺的運行提供保障，主要包括平臺運行的組織結(jié)構(gòu)、人員管理、角色/ 權(quán)限管理、三員管理、日志管理等。

四、PERA平臺的應(yīng)用

1.PREA 平臺基礎(chǔ)應(yīng)用

在平臺中設(shè)置研究所的組織機構(gòu)，定義了系統(tǒng)角色，為各研究室技術(shù)人員與部分機關(guān)人員配置系統(tǒng)使用權(quán)限；集成了一些研究所內(nèi)目前應(yīng)用成熟的自研軟件與CAD 軟件，如熱力學(xué)計算軟件、內(nèi)彈道計算軟件、關(guān)于殼體的一些設(shè)計計算軟件、關(guān)于噴管的一些設(shè)計計算軟件、Pro/E、Autocad2007 等；集成了一些顯性研發(fā)知識，如與燃燒室設(shè)計、殼體設(shè)計、噴管設(shè)計、安全點火裝置設(shè)計、可靠性設(shè)計等相關(guān)的標準，以及研究所技術(shù)人員近幾年所撰寫的論文等。

2.型號研制在PREA 平臺上的應(yīng)用

研制型號在PERA 平臺上的應(yīng)用場景與應(yīng)用流程如下：

·總師/副總師新建項目，定義項目的基本信息（項目的名稱、編號、密級項目的負責(zé)人、項目的計劃開始時間和計劃完成時間）、指定項目的參與部門、指定項目的研制階段、指定項目的主要成員（技術(shù)指揮、行政指揮）、指定項目需要的其他系統(tǒng)的接口（如PDM 等）、定義項目的需求（如研制總要求/合同文件等）；

·總師/副總師根據(jù)項目實際情況分解項目WBS，按專業(yè)進行項目WBS 結(jié)構(gòu)分解，指定每個專業(yè)的負責(zé)人；

·各專業(yè)負責(zé)人根據(jù)項目需要指定專業(yè)團隊成員，并定義其在當(dāng)中的角色（如主管設(shè)計師和設(shè)計師）；

·各專業(yè)負責(zé)人定義各自的需求（如總體專業(yè)是大總體給的需求，分系統(tǒng)專業(yè)是總體專業(yè)給的需求），可從需求模板庫中快速選擇完成；

·各專業(yè)負責(zé)人根據(jù)需求定義其需要交付的結(jié)果文件和研究所內(nèi)質(zhì)量文件要求的歸檔管理文件，可從標準交付物模板庫中快速選擇完成；定義完成后，將需求和其驗證需求的結(jié)果文件進行關(guān)聯(lián)；

·各專業(yè)負責(zé)人根據(jù)結(jié)果文件定義任務(wù)（工作項/工作活動）完成相應(yīng)的結(jié)果文件，可從標準工作項模板庫中選擇，快速進行項目策劃。定義工作項的基本屬性（名稱、編號、密級、階段、專業(yè)、計劃開始時間/計劃完成時間、工作項負責(zé)人、參與人），將工作項進行派發(fā)；

·主管設(shè)計師（或工作項負責(zé)人）繼續(xù)定義工作項的輸入（可新建或選擇其他工作項的輸出）、輸出（選擇結(jié)果文件）、工作活動（可將工作項任務(wù)進行繼續(xù)分解，指派設(shè)計師共同完成任務(wù)；定義工作活動的基本信息、輸入、輸出、知識和工具）、定義工作項的質(zhì)量檢查表（如標準化要求等）、關(guān)聯(lián)相關(guān)知識等?？牲c擊相關(guān)工作項，查看與其有數(shù)據(jù)關(guān)系的上下游工作項，查看其他工作項的進度狀態(tài)和數(shù)據(jù)狀態(tài)；

圖2 平臺應(yīng)用場景與流程

·主管設(shè)計師（或工作項負責(zé)人）啟動任務(wù)，進行任務(wù)下發(fā)；

·主管設(shè)計師/設(shè)計師在其待辦任務(wù)中查看該任務(wù)，點擊任務(wù)名稱，進入?yún)f(xié)同工作臺，查看任務(wù)的基本信息；

·主管設(shè)計師/設(shè)計師查看完成該任務(wù)所需要用到的輸入數(shù)據(jù)（各個版本）；

·主管設(shè)計師/ 設(shè)計師利用關(guān)聯(lián)的知識和工具，輔助工作的完成；在任務(wù)執(zhí)行中，可在其執(zhí)行頁面直接搜索查看知識工程中的知識進行應(yīng)用、可以添加軟件清冊中軟件進行應(yīng)用；同時記錄相關(guān)的工作日志和問題報告；可將相關(guān)數(shù)據(jù)和過程文件保存到工作文件中（相當(dāng)于云盤，可在線編輯自動保存），以防因保密、文件夾繁多，時間過久而找不到相關(guān)文件；

·主管設(shè)計師/設(shè)計師上傳所需要提交的輸出數(shù)據(jù)（可將本地計算機中的文件上傳到平臺中，也可以將工作文件區(qū)的文件直接引入到輸出數(shù)據(jù)中）；下游工作項實時收到其輸出數(shù)據(jù)作為自己的輸入數(shù)據(jù)，并通知其任務(wù)執(zhí)行人有新數(shù)據(jù)更新；

·質(zhì)量人員可對各專業(yè)的交付物質(zhì)量進行標準化質(zhì)量檢查、檢查輸入輸出數(shù)據(jù)的版本是否一致、檢查所需要提交歸檔的文檔是否齊全、檢查結(jié)果是否滿足其需求。

在型號產(chǎn)品研發(fā)期間，總設(shè)計師/副總設(shè)計師、技術(shù)指揮、行政指揮、主任設(shè)計師、副主任設(shè)計師可全程監(jiān)控產(chǎn)品整體研發(fā)進度和相關(guān)數(shù)據(jù)或文件的狀態(tài)；可以監(jiān)控各研究室所負責(zé)的工作項的進展情況，包括工作項狀態(tài)、交付物狀態(tài)、工時、問題報告等。平臺應(yīng)用場景與流程如圖2 所示。

基于上述應(yīng)用場景與流程，通過實際研制型號，如XXX 導(dǎo)彈主發(fā)動機、XXX 導(dǎo)彈動力裝置等對該平臺開展測試應(yīng)用工作，初步探索基于WBS 工作任務(wù)分解思想，以流程化、協(xié)同化方式開展發(fā)動機設(shè)計研發(fā)工作的數(shù)字化研發(fā)模式，并為PERA 平臺在研究所內(nèi)的全面推廣使用奠定了基礎(chǔ)。

通過PERA 平臺的應(yīng)用研究，內(nèi)蒙動力機械研究所初步實現(xiàn)了固體火箭發(fā)動機研發(fā)過程中部分設(shè)計流程、仿真流程、算法工具的集成封裝，增加了研發(fā)過程管理信息化手段，提升了協(xié)同研發(fā)設(shè)計模式實踐水平，積累了多學(xué)科過程耦合及協(xié)同仿真技術(shù)經(jīng)驗，掌握了模塊化方法思路及工具，落實了仿真計算過程模板化技術(shù)思路，降低了仿真工具應(yīng)用門檻，加快了設(shè)計迭代，初步形成了基于流程化的協(xié)同設(shè)計、仿真與優(yōu)化能力，使研究所具備一定的研發(fā)過程管控能力?！?/p>