■ 趙永宣 張彪 汪騰 李金剛/中國航發(fā)研究院

航空發(fā)動機協(xié)同設計水平的提升對研發(fā)流程、標準規(guī)范與方法工具的信息化能力提出了更高要求。通過開展協(xié)同設計管理系統(tǒng)總體架構的研究，有助于推進集設計、仿真于一體的跨地域、跨部門、跨專業(yè)的協(xié)同研發(fā)環(huán)境建設，支撐產(chǎn)品的研發(fā)與管理活動。

航空發(fā)動機協(xié)同設計管理系統(tǒng)總體架構設計，旨在基于可重構的研發(fā)服務分解與協(xié)同理論，在遵循計算機行業(yè)開發(fā)通用標準與中國航發(fā)軟件開發(fā)架構要求的前提下，構建包括應用架構、數(shù)據(jù)架構及技術架構在內(nèi)的IT架構，從而為中國航發(fā)運營管理體系（AEOS）的產(chǎn)品研發(fā)體系信息化平臺建設提供架構開發(fā)及部署實施的參考依據(jù)與指導，滿足跨地域、跨部門、跨專業(yè)協(xié)同的研發(fā)業(yè)務需求。

需求分析

航空發(fā)動機產(chǎn)品研發(fā)過程涉及跨地域、跨部門、跨專業(yè)的技術要素與關鍵信息的交互，信息交互的不暢給精準高效的研發(fā)管理與技術決策帶來難度。與國際上成熟的航空發(fā)動機研發(fā)體系相比，我國在研發(fā)流程、方法工具、標準規(guī)范等研發(fā)要素的管理方面存在明顯的短板，信息孤島和部門隔閡等問題在一定程度上影響了航空發(fā)動機協(xié)同設計的發(fā)展。為解決上述問題，中國航發(fā)開展了產(chǎn)品研發(fā)體系建設工作，各直屬單位已經(jīng)建成或開始建設自身的研發(fā)體系信息化平臺。但目前還存在著力量分散、架構不統(tǒng)一、內(nèi)容不完整、不規(guī)范等諸多問題，通過研究各研發(fā)要素的信息化實現(xiàn)，構建集團統(tǒng)一的協(xié)同設計管理系統(tǒng)，支撐產(chǎn)品研發(fā)體系建設成果的快速落地。

研究各類研發(fā)要素的信息化實踐、構建協(xié)同設計管理系統(tǒng)，應以航空發(fā)動機研發(fā)流程為主線，整合先進的設計方法、流程、知識、工具和資源，提供協(xié)同研發(fā)環(huán)境，從而有力地支撐發(fā)動機產(chǎn)品的研發(fā)與管理活動。

架構設計

協(xié)同設計管理系統(tǒng)的運行邏輯為：以項目工作分解結構（WBS）為輸入，在系統(tǒng)工程方法論指導下對項目計劃進行逐級細分，根據(jù)項目計劃完善航空發(fā)動機總體、系統(tǒng)/部件、零組件等各專業(yè)設計流程；各領域研發(fā)人員基于流程調用方法工具、標準規(guī)范、知識數(shù)據(jù)及高性能計算等資源完成任務，并將設計結果反饋至相關負責人進行審核，若審核通過則任務結束，若審核不通過則重新進行迭代；根據(jù)需要將設計過程中產(chǎn)生的設計報告和產(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，審簽結束后將交付物和任務狀態(tài)反饋至項目管理系統(tǒng)，項目任務完成。

研發(fā)要素信息化實現(xiàn)總體架構研究思路如圖1所示。架構設計以支撐AEOS產(chǎn)品研發(fā)體系建設為目標，以研發(fā)要素協(xié)同管理信息化、研發(fā)流程信息化、方法工具信息化、標準規(guī)范信息化為研究路徑，通過研究各設計模塊間的數(shù)據(jù)互聯(lián)與知識互通，依次構建適用于復雜產(chǎn)品設計過程的業(yè)務邏輯架構、應用架構、技術架構與數(shù)據(jù)架構，借助信息技術實現(xiàn)不同應用之間信息透明平滑的訪問和溝通，實現(xiàn)流程的統(tǒng)一化、規(guī)范化、顯性化，以及業(yè)務、流程、數(shù)據(jù)的協(xié)同，支撐航空發(fā)動機研發(fā)過程的高效協(xié)同。

圖1 航空發(fā)動機研發(fā)要素信息化實現(xiàn)總體架構研究思路

邏輯架構

基于協(xié)同設計理念，梳理形成航空發(fā)動機協(xié)同設計管理系統(tǒng)的主要業(yè)務邏輯架構。邏輯架構由資源層、組件層、環(huán)境層和業(yè)務層構成，通過統(tǒng)一的流程、數(shù)據(jù)模型和適配器，融合工具、數(shù)據(jù)、流程和知識資源等要素，實現(xiàn)用戶的特定需求，具體如圖2所示。

圖2 航空發(fā)動機協(xié)同設計管理系統(tǒng)主要業(yè)務邏輯架構

資源層包括已有和待建的工具、系統(tǒng)、異構數(shù)據(jù)及知識，利用工程中間件適配器技術和方法，實現(xiàn)資源的集成與調用。具體包括設計、建?；蚍治龅能浖肮ぞ?，自研程序算法，自有數(shù)據(jù)庫、知識庫，項目管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、試驗數(shù)據(jù)管理等管理系統(tǒng)以及材料庫、成品庫、高性能計算硬件資源等。

組件層將資源層的數(shù)據(jù)、工具、知識、規(guī)范等進行封裝，形成統(tǒng)一過程建模、方法工具建模、標準規(guī)范建模、研發(fā)數(shù)據(jù)建模等系統(tǒng)的內(nèi)核服務，進而支撐用戶快速實現(xiàn)研發(fā)模板的搭建、工具模板的封裝，同時實現(xiàn)研發(fā)流程、方法工具、標準規(guī)范、研發(fā)要素協(xié)同管理的信息化。

環(huán)境層是直接面向設計、管理部門等各種角色的應用系統(tǒng)環(huán)境。航空發(fā)動機協(xié)同設計管理系統(tǒng)的運行除其自身外，還依賴于協(xié)同設計管理系統(tǒng)與綜合管控系統(tǒng)、多個單位協(xié)同研制平臺、數(shù)據(jù)中心、高性能計算平臺的集成，多系統(tǒng)的集成使得平臺能夠對復雜、瑣碎的研發(fā)過程進行科學高效的管控，形成統(tǒng)一、規(guī)范的研發(fā)流程。

業(yè)務層具體包括發(fā)動機整機及各零部件設計、發(fā)動機各軟件及系統(tǒng)設計、發(fā)動機研發(fā)任務管理及數(shù)據(jù)管理等，該層是企業(yè)研發(fā)與管理業(yè)務的直接體現(xiàn)，也是平臺建設的最終目的。

應用架構

根據(jù)需求分析結果以及協(xié)同設計管理業(yè)務邏輯架構設計的航空發(fā)動機協(xié)同設計管理系統(tǒng)應用架構如圖3所示。

圖3 航空發(fā)動機協(xié)同設計管理系統(tǒng)應用架構

協(xié)同設計管理系統(tǒng)主要由統(tǒng)一門戶、系統(tǒng)管理、任務管理、研發(fā)模板管理、數(shù)據(jù)管理和外部系統(tǒng)集成接口構成。統(tǒng)一門戶是整個平臺的統(tǒng)一入口，是平臺的主界面，提供統(tǒng)一搜索、我的任務、工程看板、數(shù)據(jù)視圖、單點登錄、信息管理、知識資源、溝通協(xié)作、應用集成等功能，并可嵌入第三方系統(tǒng)的WEB頁面。系統(tǒng)管理主要對用戶、組織、角色、權限、密級、審核等進行管理。任務管理是系統(tǒng)基于流程模板快速構建任務的過程。研發(fā)管理模板包括分類管理、屬性管理、研發(fā)流程模板管理、研發(fā)活動模板管理與研發(fā)工具模板管理。數(shù)據(jù)管理是指對基礎數(shù)據(jù)進行管理，對數(shù)據(jù)進行分類、查詢、同步等操作后存儲到數(shù)據(jù)中心，并對過程知識和可視化表達進行管理分類。外部系統(tǒng)集成接口能夠實現(xiàn)多系統(tǒng)集成接口匯總，可以集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）系統(tǒng)、門戶系統(tǒng)、其他院所各系統(tǒng)等。

數(shù)據(jù)架構

基于前期對航空發(fā)動機協(xié)同設計管理業(yè)務調研與架構設計中邏輯架構及應用架構的分析，對航空發(fā)動機協(xié)同設計管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構進行分析設計。

數(shù)據(jù)架構分為6個層次，分別是底層企業(yè)內(nèi)外部數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)采集與轉換層、數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)計算層、數(shù)據(jù)服務層以及數(shù)據(jù)管理層。

企業(yè)內(nèi)外部數(shù)據(jù)層是數(shù)據(jù)架構中的數(shù)據(jù)源，主要為科研項目管控平臺、協(xié)同研制平臺、協(xié)同設計管理系統(tǒng)、仿真中心、數(shù)據(jù)中心、高性能計算平臺等提供結構化、半結構化、非結構化數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集與轉換層主要進行批量數(shù)據(jù)的多種方案采集以及轉換；數(shù)據(jù)存儲層在數(shù)據(jù)采集轉換的基礎上將數(shù)據(jù)進行高效存儲；數(shù)據(jù)計算層的數(shù)據(jù)經(jīng)過存儲和轉換處理，形成各種類型的數(shù)據(jù)集；數(shù)據(jù)服務層在對數(shù)據(jù)進行處理的基礎上，為用戶提供數(shù)據(jù)訂閱、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)挖掘以及數(shù)據(jù)可視化等服務；數(shù)據(jù)管理層將各類數(shù)據(jù)進行有效管理，主要包含元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)標準管理、數(shù)據(jù)質量管理和數(shù)據(jù)安全管理等模塊。

技術架構

技術架構包括應用層、API層、服務層、數(shù)據(jù)存儲層、運行環(huán)境層和第三方系統(tǒng)集成層，如圖4所示。

圖4 航空發(fā)動機協(xié)同設計管理系統(tǒng)技術架構

應用層主要處理系統(tǒng)業(yè)務邏輯，包括頁面渲染、負載均衡等。API層為技術架構的橫向分層及平臺與第三方系統(tǒng)集成提供基于標準規(guī)范的接口。服務層主要提供基礎服務，以供應用層調用。數(shù)據(jù)存儲層提供數(shù)據(jù)、文件的持久化存儲訪問與管理服務。運行環(huán)境層指整合平臺運行的軟硬件環(huán)境。第三方系統(tǒng)集成層是協(xié)同設計管理系統(tǒng)與其他信息化系統(tǒng)進行集成，主要通過Web Service接口實現(xiàn)，可根據(jù)實際情況采用點對點的集成方式和基于中間件的集成方式。

平臺演進策略

為了更好地滿足用戶個性化、多樣化的產(chǎn)品全生命周期管理需求，在航空發(fā)動機協(xié)同設計管理系統(tǒng)總體架構設計的基礎上，提出了設計-制造-服務保障一體化協(xié)同的平臺演進策略，其架構如圖5所示。

圖5 設計-制造-服務保障一體化協(xié)同方法的體系構架

平臺的演進策略，本質上是基于以往產(chǎn)品設計、制造、服務保障過程中反饋的信息與知識，對下一代產(chǎn)品和服務進行根本性的重新設計與改進，最終實現(xiàn)整體業(yè)務流程的閉環(huán)協(xié)作創(chuàng)新和優(yōu)化協(xié)同運作。

結束語

航空發(fā)動機研發(fā)要素信息化實現(xiàn)總體架構研究可以為AEOS產(chǎn)品研發(fā)體系建設工作提供技術支撐，同時為協(xié)同設計管理系統(tǒng)的開發(fā)與部署奠定基礎，在系統(tǒng)建設過程中，可針對操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫與中間件等關鍵軟件產(chǎn)品進行國產(chǎn)化適配，進而在集團層面，基于國產(chǎn)化環(huán)境組織開展跨單位、跨域的系統(tǒng)驗證與應用。