■ 賀穎 陳健輝 陳代勝 賴(lài)翔 閆麗君 / 中國(guó)航發(fā)動(dòng)研所

中國(guó)航發(fā)動(dòng)研所構(gòu)建的基于模型的航空發(fā)動(dòng)機(jī)集成研發(fā)系統(tǒng)，可用于支撐航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的研發(fā)迭代過(guò)程，形成航空發(fā)動(dòng)機(jī)多學(xué)科關(guān)聯(lián)的數(shù)字化方案，促進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的知識(shí)積累、共享和傳承。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品研制需要多個(gè)專(zhuān)業(yè)協(xié)同工作，歷經(jīng)方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)等多個(gè)可能反復(fù)迭代的設(shè)計(jì)階段，需要綜合使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）等軟件以及大量專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)、計(jì)算和仿真軟件，執(zhí)行大量復(fù)雜而專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)的、反復(fù)迭代的業(yè)務(wù)流程，并在設(shè)計(jì)迭代過(guò)程中的多種專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)、計(jì)算、仿真軟件之間傳遞數(shù)據(jù)，不斷積累知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。傳統(tǒng)的研發(fā)模式很難支撐航空發(fā)動(dòng)機(jī)自主研發(fā)能力的持續(xù)提升，難以適應(yīng)新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)自主研制的要求。中國(guó)航發(fā)動(dòng)研所多年來(lái)一直致力于研發(fā)流程、研發(fā)數(shù)據(jù)、研發(fā)要素管理方式的探索，構(gòu)建了基于模型的集成研發(fā)系統(tǒng)。

系統(tǒng)架構(gòu)及功能

中國(guó)航發(fā)動(dòng)研所的集成研發(fā)系統(tǒng)基于多層分布式體系架構(gòu)，包括分布式硬件資源層、數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層、基礎(chǔ)邏輯層、核心邏輯和基礎(chǔ)界面層、應(yīng)用管理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換層以及專(zhuān)業(yè)應(yīng)用軟件層等7個(gè)層次[1-2]，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示?；谠摷軜?gòu)的集成研發(fā)平臺(tái)可提供產(chǎn)品的多學(xué)科關(guān)聯(lián)對(duì)象建模，基于產(chǎn)品的多類(lèi)對(duì)象模型，通過(guò)各類(lèi)資源庫(kù)、流程管理、數(shù)據(jù)管理、工具管理的功能模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要素的有效管理。

圖1 動(dòng)研所集成研發(fā)系統(tǒng)架構(gòu)

關(guān)鍵技術(shù)

動(dòng)研所集成研發(fā)系統(tǒng)采用了先進(jìn)的IT基礎(chǔ)技術(shù)，如多層架構(gòu)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（WebService）技術(shù)、XML技術(shù)等。同時(shí)，采用了獨(dú)特的多學(xué)科關(guān)聯(lián)產(chǎn)品對(duì)象建模技術(shù)等核心技術(shù)，是多領(lǐng)域技術(shù)綜合體。其中，多學(xué)科關(guān)聯(lián)建模技術(shù)和基于對(duì)象模型的過(guò)程數(shù)據(jù)管理技術(shù)是較為關(guān)鍵的兩項(xiàng)技術(shù)。

多學(xué)科關(guān)聯(lián)建模技術(shù)

多學(xué)科關(guān)聯(lián)建模技術(shù)首先將研發(fā)產(chǎn)品不同專(zhuān)業(yè)、不同學(xué)科的研發(fā)模型組合為相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)化模型，再基于產(chǎn)品參數(shù)級(jí)多學(xué)科關(guān)聯(lián)對(duì)象模型進(jìn)行參數(shù)解析與文件重構(gòu)，形成不同活動(dòng)間的參數(shù)，進(jìn)一步構(gòu)造參數(shù)級(jí)的多學(xué)科關(guān)聯(lián)對(duì)象模型。在此基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)基于產(chǎn)品參數(shù)級(jí)多學(xué)科關(guān)聯(lián)對(duì)象模型和多維度數(shù)據(jù)管理架構(gòu)的設(shè)計(jì)迭代數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)管理、依賴(lài)性自動(dòng)追溯和設(shè)計(jì)方案自動(dòng)提取。對(duì)象模型可以與流程、規(guī)范、工具等多類(lèi)研發(fā)要素相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)模型與要素的關(guān)聯(lián)管理。

多學(xué)科關(guān)聯(lián)建模技術(shù)的實(shí)現(xiàn)效果是基于設(shè)計(jì)對(duì)象[3]、對(duì)象層次關(guān)系、設(shè)計(jì)對(duì)象技術(shù)狀態(tài)/版本、流程、工況、應(yīng)用程序及其迭代調(diào)用次數(shù)等維度，在研發(fā)活動(dòng)執(zhí)行過(guò)程中，對(duì)研發(fā)迭代過(guò)程數(shù)據(jù)（文件/參數(shù)）進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)管理，并保持其關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而形成可以體現(xiàn)設(shè)計(jì)迭代過(guò)程的多學(xué)科關(guān)聯(lián)產(chǎn)品數(shù)字化模型[4-5]。

基于原理對(duì)象建模和結(jié)構(gòu)對(duì)象建模技術(shù)的關(guān)聯(lián)使用，可以將原理對(duì)象和結(jié)構(gòu)對(duì)象相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。結(jié)構(gòu)對(duì)象可以將建模工具生成的結(jié)構(gòu)方案模型及其物理屬性、設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)，自動(dòng)提交到結(jié)構(gòu)對(duì)象管理器，進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)管理；將部件模型裝配層次關(guān)系自動(dòng)提交到結(jié)構(gòu)對(duì)象管理器，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)物料清單（BOM）的實(shí)時(shí)自動(dòng)匯總，并通過(guò)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的檢入檢出機(jī)制實(shí)現(xiàn)模型自動(dòng)更新與推送，從而支持團(tuán)隊(duì)協(xié)同結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和迭代，其應(yīng)用方式如圖2所示。

圖2 性能、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度多專(zhuān)業(yè)模型的關(guān)聯(lián)管理

基于對(duì)象模型的過(guò)程數(shù)據(jù)管理技術(shù)

動(dòng)研所集成研發(fā)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理機(jī)制是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理技術(shù)[6]，會(huì)自動(dòng)檢入檢出，數(shù)據(jù)通過(guò)流程、活動(dòng)關(guān)聯(lián)到對(duì)象模型上。針對(duì)每一個(gè)工程項(xiàng)目實(shí)例，首先可以基于對(duì)象模型與參數(shù)體系庫(kù)，逐步建立產(chǎn)品的原理設(shè)計(jì)對(duì)象組成層次；每一個(gè)原理設(shè)計(jì)對(duì)象均有自己的技術(shù)狀態(tài)隊(duì)列，上級(jí)對(duì)象的技術(shù)狀態(tài)為所有下級(jí)對(duì)象的特定技術(shù)狀態(tài)的組合。對(duì)于每一個(gè)原理設(shè)計(jì)對(duì)象模型，基于其特定的技術(shù)狀態(tài)，關(guān)聯(lián)一個(gè)或多個(gè)原理研發(fā)流程；每個(gè)研發(fā)流程執(zhí)行時(shí)，均可以基于不同的工況，調(diào)用一個(gè)或多個(gè)自研程序和商業(yè)化的原理研發(fā)工具軟件；針對(duì)每一個(gè)工具軟件所生成的原理研發(fā)模型文件和解析提取出的計(jì)算結(jié)果參數(shù)，區(qū)分其迭代調(diào)用的次數(shù)。

基于原理設(shè)計(jì)對(duì)象模型，可以創(chuàng)建與其關(guān)聯(lián)的參數(shù)級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)象模型；與原理設(shè)計(jì)對(duì)象模型一樣，針對(duì)每一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)象模型的特定技術(shù)狀態(tài)，也可以關(guān)聯(lián)一個(gè)或多個(gè)“基于結(jié)構(gòu)模型的研發(fā)流程”；每個(gè)流程執(zhí)行時(shí)，均可以基于不同的工況，調(diào)用一個(gè)或多個(gè)自研程序和商業(yè)化仿真軟件，并能夠自動(dòng)獲取結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)象所關(guān)聯(lián)的三維結(jié)構(gòu)方案模型，以及所需要的研發(fā)數(shù)據(jù)，作為輸入數(shù)據(jù)；同時(shí)，針對(duì)每一個(gè)活動(dòng)所生成的結(jié)構(gòu)模型和解析提取出的計(jì)算結(jié)果參數(shù)，區(qū)分其迭代調(diào)用的次數(shù)。

基于多維度關(guān)聯(lián)的迭代數(shù)據(jù)管理架構(gòu)[7]，針對(duì)每一個(gè)對(duì)象模型，均可以基于其迭代流程中的輸入輸出數(shù)據(jù)流關(guān)系，自動(dòng)逆向追溯出有效的方案數(shù)據(jù)；基于不同對(duì)象模型之間發(fā)布、接收的數(shù)據(jù)流關(guān)系，方案數(shù)據(jù)管理視圖可以自動(dòng)維系發(fā)動(dòng)機(jī)的不同層次設(shè)計(jì)對(duì)象的方案之間的映射關(guān)系，形成完整的發(fā)動(dòng)機(jī)方案數(shù)據(jù)視圖。

典型應(yīng)用場(chǎng)景

集成研發(fā)系統(tǒng)中開(kāi)展研發(fā)工作涉及到項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、科研部項(xiàng)目主管、各個(gè)專(zhuān)業(yè)的各級(jí)設(shè)計(jì)師，不同角色人員負(fù)責(zé)不同的工作。

科研部項(xiàng)目主管負(fù)責(zé)在集成研發(fā)系統(tǒng)中創(chuàng)建項(xiàng)目、選擇項(xiàng)目類(lèi)型，填寫(xiě)項(xiàng)目的基本信息，并定義項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員及其權(quán)限。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)進(jìn)行產(chǎn)品的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、定義主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，完成設(shè)計(jì)對(duì)象建模。各專(zhuān)業(yè)的主任設(shè)計(jì)師在其專(zhuān)業(yè)對(duì)象下新建研發(fā)流程，定義本專(zhuān)業(yè)的不同活動(dòng)執(zhí)行人，并實(shí)現(xiàn)本專(zhuān)業(yè)活動(dòng)任務(wù)的下發(fā)。不同對(duì)象模型之間的數(shù)據(jù)傳遞通過(guò)跨對(duì)象間的數(shù)據(jù)發(fā)布與接收實(shí)現(xiàn)，圖3給出了一個(gè)較為完整的典型應(yīng)用場(chǎng)景。

圖3 集成研發(fā)系統(tǒng)典型應(yīng)用場(chǎng)景

結(jié)束語(yǔ)

動(dòng)研所經(jīng)過(guò)十多年的集成研發(fā)平臺(tái)建設(shè)，逐步實(shí)現(xiàn)了研發(fā)要素和研發(fā)過(guò)程數(shù)據(jù)的管理，通過(guò)流程的約束實(shí)現(xiàn)了不同型號(hào)按同一套流程開(kāi)展工作，但在不同型號(hào)應(yīng)用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品構(gòu)型和要素的改變會(huì)帶來(lái)部分設(shè)計(jì)內(nèi)容的更改。隨著應(yīng)用規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，集成研發(fā)系統(tǒng)的運(yùn)行效率問(wèn)題急需解決。后續(xù)，集成研發(fā)平臺(tái)應(yīng)用需要在流程主干剛性、末端靈活的原則下，不斷按實(shí)際情況對(duì)應(yīng)用方式和平臺(tái)運(yùn)行效率進(jìn)行優(yōu)化。