■ 張超睿 吳偉 金招省 孫林 操軍/中國(guó)航發(fā)動(dòng)控所

中國(guó)航發(fā)動(dòng)控所的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建生態(tài)化集成研發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)，形成了數(shù)據(jù)同源的數(shù)字化研發(fā)生態(tài)，為多型號(hào)并行研制提供系統(tǒng)性保障，有效提高了產(chǎn)品研發(fā)效率與研制質(zhì)量。

時(shí)間就是先進(jìn)性、進(jìn)度就是裝備量、周期就是戰(zhàn)斗力、質(zhì)量就是高效益，全力加快航空發(fā)動(dòng)機(jī)科研生產(chǎn)已成為航發(fā)人的時(shí)代命題。電子控制器（ECU）作為全權(quán)限數(shù)字式電子控制（FADEC）系統(tǒng)的核心部件，面臨著日益復(fù)雜的功能要求和可靠性要求，同時(shí)故障數(shù)量也隨著交付數(shù)量的增多而急劇增加，與中國(guó)航發(fā)加快研發(fā)，實(shí)現(xiàn)“一次成功”的要求有較大差距。研發(fā)過(guò)程中，仿真工具之間孤島效應(yīng)明顯、研發(fā)數(shù)據(jù)廣度和深度不足、模型不一致等問(wèn)題嚴(yán)重制約國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器的發(fā)展。針對(duì)上述問(wèn)題，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)基于技術(shù)維度、研發(fā)維度和生產(chǎn)維度，通過(guò)數(shù)據(jù)同源的數(shù)字化研發(fā)體系深入應(yīng)用，構(gòu)建電子控制器生態(tài)化集成研發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)全過(guò)程數(shù)據(jù)管理、工具互通和研發(fā)階段的完整設(shè)計(jì)，有效提高了產(chǎn)品研制質(zhì)量和研發(fā)效率。

生態(tài)化集成研發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)賦能電子控制器研發(fā)全維度

關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)各類研發(fā)仿真工具存在信息孤島、數(shù)字模型和實(shí)際產(chǎn)品存在偏移的現(xiàn)狀，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)圍繞如何提升發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器研發(fā)效率這一核心問(wèn)題，結(jié)合“數(shù)智航發(fā)”中的“三大計(jì)劃”，統(tǒng)一數(shù)據(jù)源、貫通全流程，構(gòu)建了生態(tài)化集成研發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)。其中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括：電子控制器電路功能性能設(shè)計(jì)仿真數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，電子控制器電路安全性設(shè)計(jì)仿真數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，電子控制器可靠性設(shè)計(jì)仿真數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，以及電子控制器可制造性設(shè)計(jì)仿真數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。

電子控制器電路功能性能設(shè)計(jì)仿真數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

功能性能設(shè)計(jì)仿真數(shù)據(jù)集成技術(shù)包括元器件選型數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)計(jì)規(guī)則數(shù)據(jù)庫(kù)、仿真模型庫(kù)和共用基礎(chǔ)模塊電路（CBB）數(shù)據(jù)庫(kù)。

為實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)選型環(huán)節(jié)最優(yōu)化，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析元器件固有參數(shù)及故障種類，建立了一個(gè)全要素、全覆蓋、互聯(lián)互通的元器件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，覆蓋6900個(gè)基礎(chǔ)元器件以及189個(gè)特性參數(shù)。

設(shè)計(jì)規(guī)則數(shù)據(jù)庫(kù)基于麥肯錫的相互獨(dú)立、完全窮盡（MECE）原則，條理化分析所收集的電路原理設(shè)計(jì)規(guī)則，通過(guò)自動(dòng)檢查工具對(duì)元器件約束規(guī)則、走線約束規(guī)則進(jìn)行邏輯分析，將檢查子項(xiàng)拆分為“檢查邏輯+檢查對(duì)象”的算法形式實(shí)現(xiàn)。

為了打通電路設(shè)計(jì)與電路仿真之間數(shù)據(jù)傳遞障礙，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)根據(jù)原理圖和仿真模型的數(shù)據(jù)協(xié)議，建立了數(shù)據(jù)交互規(guī)則，開發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具，實(shí)現(xiàn)了原理圖一鍵轉(zhuǎn)換生成電路仿真模型，大幅提升了電路仿真效率。

CBB數(shù)據(jù)庫(kù)是實(shí)現(xiàn)電子控制器功能電路快速迭代和高質(zhì)量設(shè)計(jì)分析的關(guān)鍵工具。通過(guò)分析近5年不同項(xiàng)目不同批次的電子控制器的需求，歸納了基于優(yōu)選元器件、標(biāo)準(zhǔn)化電路和性能最優(yōu)設(shè)計(jì)后的最大模塊化電路，形成CBB數(shù)據(jù)庫(kù)。

電子控制器電路安全性設(shè)計(jì)仿真數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

為提升電子控制器電路安全性，同時(shí)為開展產(chǎn)品的維修性、安全性、測(cè)試性和保障性分析提供基礎(chǔ)，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)開發(fā)構(gòu)建了安全性設(shè)計(jì)仿真數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。數(shù)據(jù)庫(kù)集成技術(shù)包括故障模式、影響及危害性分析（FMECA）數(shù)據(jù)庫(kù)和故障自動(dòng)注入插件。

FMECA數(shù)據(jù)庫(kù)覆蓋國(guó)內(nèi)外7大標(biāo)準(zhǔn)，囊括了控制器采用的所有種類元器件的故障模式和故障原因，還包括故障信息的詳細(xì)描述等高達(dá)50余萬(wàn)條信息，可以實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)和處置設(shè)計(jì)的100%覆蓋。

同時(shí)，開展安全性仿真模型生成和仿真自動(dòng)化技術(shù)攻關(guān)，設(shè)計(jì)開發(fā)了電路故障自動(dòng)注入和可測(cè)試性仿真分析工具，通過(guò)電子控制器FMECA的定量化和自動(dòng)化分析，實(shí)現(xiàn)電路安全性的快速迭代和高質(zhì)量設(shè)計(jì)。

結(jié)構(gòu)可制造性設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)流程

電子控制器可靠性設(shè)計(jì)仿真數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

為保證電子控制器服役環(huán)境（強(qiáng)振動(dòng)和高溫度）條件下工作的可靠性，在設(shè)計(jì)階段就要對(duì)產(chǎn)品的強(qiáng)度、振動(dòng)和散熱效果等可靠性指標(biāo)進(jìn)行模擬評(píng)估。創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)針對(duì)復(fù)雜控制器開展了熱及振動(dòng)仿真優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了從整機(jī)、模塊到元器件級(jí)的精細(xì)化建模和仿真流程搭建，振動(dòng)仿真偏差不超過(guò)10%，熱仿真誤差不超過(guò)5℃。

此外，基于各類元器件可靠性預(yù)計(jì)模型，建立了覆蓋20000余條元器件信息的可靠性預(yù)計(jì)參數(shù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)可靠性預(yù)計(jì)參數(shù)在不同項(xiàng)目之間的復(fù)用，為批量計(jì)算功能提供支撐數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了如下功能：打通了電路圖繪制軟件與可靠性預(yù)計(jì)軟件之間的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)了原理圖元器件清單數(shù)據(jù)自動(dòng)推送并建立可靠性預(yù)計(jì)工程的功能；建立以元器件物料號(hào)為索引的元器件可靠性預(yù)計(jì)參數(shù)庫(kù)；實(shí)現(xiàn)了從電路設(shè)計(jì)到可靠性預(yù)計(jì)的一鍵轉(zhuǎn)換，預(yù)計(jì)時(shí)長(zhǎng)壓縮了99%；建立了元器件應(yīng)用參數(shù)集，開發(fā)元器件應(yīng)用參數(shù)批量設(shè)置功能，達(dá)到了批量計(jì)算元器件失效率的目標(biāo)。

電子控制器可制造性設(shè)計(jì)仿真數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

基于可制造性設(shè)計(jì)仿真數(shù)據(jù)集成技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)全過(guò)程的仿真工具鏈集成?？芍圃煨栽O(shè)計(jì)仿真數(shù)據(jù)集成技術(shù)包括結(jié)構(gòu)可制造性設(shè)計(jì)和生產(chǎn)可制造性設(shè)計(jì)兩大方向。

基于結(jié)構(gòu)可制造性設(shè)計(jì)仿真數(shù)據(jù)集成技術(shù)，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可視化、顯性化，實(shí)現(xiàn)了從印制電路板（PCB）到整機(jī)結(jié)構(gòu)的可制造性設(shè)計(jì)互聯(lián)互通。

DFM可制造性仿真分析 DFM軟件主要用于PCB設(shè)計(jì)過(guò)程的可制造性檢查，同時(shí)可將模型轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件使用的印制電路板組裝（PCBA）實(shí)物模型。DFM軟件可制造性仿真分析技術(shù)的應(yīng)用，從PCB可加工性、PCBA可裝焊性、整機(jī)的可裝配性3個(gè)層面提升產(chǎn)品的可制造性設(shè)計(jì)，將制造性問(wèn)題解決在設(shè)計(jì)端，降低問(wèn)題泄露到后端的概率。

NX mentor 模型轉(zhuǎn)換及快速建?；陂_發(fā)的NX mentor 模型轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過(guò)快速構(gòu)建電路板級(jí)三維模型及控制器級(jí)三維實(shí)體模型，實(shí)現(xiàn)了從三維模型到結(jié)構(gòu)三維模型的自動(dòng)轉(zhuǎn)換和模型數(shù)據(jù)的復(fù)用，打通PCB級(jí)到控制器級(jí)的各類屬性數(shù)據(jù)傳遞通路。為提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作效率及規(guī)范化應(yīng)用，開發(fā)了結(jié)構(gòu)模型特征參數(shù)全自動(dòng)標(biāo)注技術(shù)及定制工具包，實(shí)現(xiàn)三維自動(dòng)標(biāo)注、快速建模和快速裝配以及PDM屬性填寫和檢查等功能。

結(jié)構(gòu)可制造性仿真分析 通過(guò)應(yīng)用結(jié)構(gòu)可制造性仿真分析技術(shù)，PCBA設(shè)計(jì)結(jié)果以三維模型的形式傳遞到結(jié)構(gòu)仿真軟件，仿真分析時(shí)不需要設(shè)計(jì)人員自主建模，相比之前仿真分析時(shí)只能顧及主要元器件（大尺寸、大功耗），仿真置信度得到很大提升。

在生產(chǎn)可制造性設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方面，針對(duì)電子控制器現(xiàn)有生產(chǎn)制造流程，主要從工藝知識(shí)庫(kù)構(gòu)建技術(shù)、工藝回流焊仿真分析技術(shù)和電子控制器的三維虛擬組裝仿真技術(shù)3個(gè)方面實(shí)現(xiàn)工藝全過(guò)程的仿真工具鏈集成。

工藝知識(shí)庫(kù)構(gòu)建 為解決現(xiàn)有工藝技術(shù)的無(wú)序化、數(shù)據(jù)應(yīng)用自動(dòng)化程度較低的問(wèn)題，從工藝知識(shí)、技術(shù)、應(yīng)用需求3個(gè)維度著力打造維護(hù)受控、查詢便利、使用快捷的工藝知識(shí)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存放、文件自動(dòng)生成、數(shù)據(jù)信息互通互聯(lián)的知識(shí)體系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化，解決了工藝技術(shù)應(yīng)用中的可重復(fù)利用問(wèn)題及質(zhì)量一致性問(wèn)題。

工藝回流焊仿真分析 開展印制電路板組件回流焊工藝的桌面驗(yàn)證，通過(guò)仿真軟件建立溫區(qū)回流爐的爐腔模型并進(jìn)行溫度響應(yīng)仿真計(jì)算分析，獲得PCBA在回流焊過(guò)程中任意點(diǎn)處的溫度響應(yīng)，持續(xù)對(duì)模型進(jìn)行修正和迭代完善，總結(jié)建立PCBA回流焊仿真的流程、方法和準(zhǔn)則，提升PCBA回流焊溫度曲線有限元仿真在實(shí)際生產(chǎn)制造中的可實(shí)施性。

電子控制器的三維虛擬組裝仿真 利用電子控制器的零組件三維模型及三維虛擬組裝軟件，按照實(shí)際裝配方法和流程，對(duì)裝配序列規(guī)劃和路徑規(guī)劃進(jìn)行條件約束，實(shí)現(xiàn)整機(jī)虛擬組裝。通過(guò)虛擬組裝技術(shù)的應(yīng)用，解決了結(jié)構(gòu)件在設(shè)計(jì)階段的裝配干涉性、操作便利性等問(wèn)題。

創(chuàng)新效能

通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器生態(tài)化集成研發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，從多維度驅(qū)動(dòng)電子控制器的研發(fā)，打通了電子控制器研發(fā)過(guò)程中多設(shè)計(jì)維度間的傳遞壁壘，大幅提升模型轉(zhuǎn)化效率，有效降低了模型和產(chǎn)品間誤差，使電子控制器數(shù)智化研制邁向新的高度。

技術(shù)突破“4個(gè)首次”

生態(tài)化集成研發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了電子控制器多專業(yè)維度的數(shù)字孿生，使電子控制器數(shù)智化研制邁向新的高度。在技術(shù)創(chuàng)新上，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)首次構(gòu)建了控制器生態(tài)化研發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)研發(fā)全過(guò)程的數(shù)字化；國(guó)內(nèi)首次開發(fā)基于制造模型的驗(yàn)收體系，實(shí)現(xiàn)仿真效能可視化；業(yè)內(nèi)首次開發(fā)全流程的電路仿真數(shù)據(jù)鏈，應(yīng)用效果全國(guó)領(lǐng)先；業(yè)內(nèi)首次突破控制器安全性集成仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了安全性仿真分析100%覆蓋。

創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)“加速研發(fā)”

完成了基于研發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)的電子控制器數(shù)字模型一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了電路設(shè)計(jì)維度、結(jié)構(gòu)/工藝設(shè)計(jì)維度和通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)維度之間的桌面化設(shè)計(jì)分析及數(shù)據(jù)傳遞功能，為多型號(hào)并行研制提供體系性保障，已在多個(gè)重點(diǎn)型號(hào)成功應(yīng)用。與應(yīng)用前相比，設(shè)計(jì)錯(cuò)誤檢出率提升了120%，可靠性設(shè)計(jì)和元器件選型時(shí)間縮短99%，科研產(chǎn)品外場(chǎng)故障率降低了38%，產(chǎn)品研發(fā)效率提升了50%。

結(jié)束語(yǔ)

創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)以提升研發(fā)效率、加速研制為目標(biāo)，在保證電子控制器質(zhì)量的前提下，通過(guò)構(gòu)建生態(tài)化集成研發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)，打破仿真軟件間信息孤島與多設(shè)計(jì)維度傳遞壁壘，提升模型轉(zhuǎn)化效率和精準(zhǔn)度，形成了數(shù)據(jù)同源的數(shù)字化研發(fā)體系，為多型號(hào)并行研制提供體系性保障，同時(shí)實(shí)現(xiàn)研發(fā)階段的完整設(shè)計(jì)，使電子控制器數(shù)智化研制邁向新高度。