商用航空發動機產品研發體系中臺研究與探索

■ 張衛善 方雋 黃博 王文耀 楊博文 王惠 王麗 / 中國航發商發

航空發動機產品研發體系的層次和結構關系復雜，要素應用過程差異性大，信息化支撐環境異構性強，通過傳統方法獲得足夠完整和準確的信息挑戰極大。在此情況下，利用中臺技術抽取體系要素建、用狀態信息，以多視圖方式透視體系全景，感知體系運行，帶動體系全局優化和系統提升。

中國航發商發的產品研發體系已具備一定規模，被廣泛用來指導、支撐和規范產品研發過程。隨著研究的深入和認知的提高，流程架構在改進優化，體系要素在成熟完善，要素之間耦合關系日趨復雜，給體系管理工作帶來的挑戰持續增加，如圖1所示。隨著型號研發全面進入試制和試驗驗證階段，過程中暴露的設計問題、試制和裝配問題、試驗和測試問題等，都會直接反映研發體系要素的缺陷與不足，試制和試驗也會成為體系要素成熟度評估的直接證據。此外，隨著公司管理機制日益成熟，研發體系要素管理從單點、局部管理模式，向要素生命周期管理和全局管理過渡，亟待借助數字化手段保障體系建設和應用的系統性、連續性。要確保體系建設及時正確決策和高效精確執行，就要求能夠在統一視圖下及時準確地感知宏觀、中觀和微觀各層面的體系建設及應用的情況，促使公司各層級體系工作者在決策和執行中做到上下對齊拉通，左右協同一致。在這種背景下，構建一套在統一邏輯架構下的體系建、用全景透視和應用監測系統尤為關鍵。

圖1 產品研發體系要素及其關系

商發研發體系中臺概況

中國航發商發的研發體系中臺是在中國航發集團AEOS產品研發體系框架下對體系全景的一次探索和實踐。中臺概念來源于互聯網行業，一般是搭建一個靈活、快速應對變化的架構，快速響應前端需求，避免重復建設，提高重用共享能力。利用中臺技術將研發過程的質量、周期和成本等信息與支撐過程的體系要素對象進行綜合，支撐產品研發局部和整體的不同層次的體系要素成效分析與評價。研發體系中臺主要包括如下功能：可以透視邏輯，明晰研發體系要素與要素之間的關系；能夠感知狀態，精準描述要素建設、使用狀態；輔助管理決策，支持體系工作者從不同層級問題定位、協調聯動、精準發力；推進全局優化，通過共享協同和線上迭代，帶動體系系統建設和整體提高。

體系中臺透視體系全景

體系全景透視基本原理

為支撐對體系全景的透視管理，對推進系統產品架構分解，各業務領域研制過程的開發活動和體系要素通過一定的邏輯關系整合起來，通過逐層分解和節點掛載方式構建出體系結構樹。體系結構樹由產品分解結構（PBS）、產品開發活動分解（WBS）和研發體系要素3部分組成。其中，PBS是指按照推進系統級、產品系統級、部件與子系統級逐層對產品結構分解，明確產品結構分解的樹形結構；WBS是指在產品架構分解最末端有與之對應的研制活動，基于不同層級構建出活動分解的樹形結構。

體系中臺在一套關系數據下建立研發流程與支撐要素邏輯視圖和體系結構樹邏輯視圖，支持 “廣角鏡頭”方式透視體系全景。研發流程與支撐要素視圖可直觀感受流程各層級的邏輯耦合關系，感知產品不同層級在需求、設計、制造集成和試驗驗證過程需要的全部要素及其即時狀態；體系結構樹視圖配合狀態燈，透視體系要素邏輯關系，直觀感知每個節點要素完整性和成熟度情況，如圖2所示。體系中臺可通過導入和界面操作等方式支撐快速建立體系結構樹；具備節點篩選、收放、要素分類統計等基本功能；可配置產品結構節點各層級管理者，通過“分責到節點”，確保體系融入組織，層層壓實責任。

圖2 體系結構樹及狀態燈示意

體系結構樹在產品架構分解節點和開發活動節點上設置狀態燈，呈現體系建設的完整性和成熟度狀態。亮紅燈的節點意味著這里體系能力問題嚴重，需要決策者采取及時行動，改變現狀；亮綠燈的節點相當于完整性和成熟度滿足型號基本要求。具體來講，完整性的綠色表示解決所需的100%，即解決了有無問題；紅色表示所需的要素是100%缺失；橙色表示不完整。把體系結構樹切換到成熟度視圖，便可直觀地感知每個節點的成熟度狀態，節點顏色體現不同成熟度比例。以指導書為例，如果節點所屬的指導書為6級或以上達到100%，狀態燈為綠色，這個比例是50%及以上為藍色，50%以下為橙色，占比為0的為紅色。

體系全景透視技術架構

體系中臺技術架構，借鑒了軟件服務化（SaaS）與中臺架構思想，主要分中臺層、應用層和表現層，如圖3所示。中臺層以體系結構樹為核心，打通體系要素關系鏈，通過通用技術組件獲取異構系統數據源，確保在唯一數據源下業務全局可視可管，構建體系能力共享服務中心；應用層根據業務邏輯不同，支持開展決策管理，數據維護管理，過程數據管理；表現層主要通過HTML5、Flutter界面構建工具包提供桌面端和移動端可視管理頁面。在中臺開發實現上，采用如Spring Boot等敏捷開發工具集，采用如MQ、Redis等中間件，確保技術框架靈活穩定，快速響應業務變化。

圖3 研發體系中臺技術架構原理示意

體系中臺支撐體系要素生命周期

體系要素生命周期管理

體系要素是沉淀知識經驗、工具方法、標準規范的核心載體，是面向航空發動機具體設計活動和特定應用場景的關鍵使能資源。研發體系建設中最基本的單元是體系要素，對要素開展生命周期管理是體系能力提升的核心抓手。為確保體系要素“建所用、用所建”，構建體系要素從規劃—建設—沉淀—應用—改進的生命周期進行閉環管理，如圖4所示。在規劃階段，體系要素主要是基于公司技術研究和型號規劃提前布局，結合成熟度評估結果進行策劃；根據不同的成熟度，通過型號基礎研究、關鍵技術攻關和體系攻關等項目開展體系要素提升；完成建設后，按要素管理要求完成入庫，只有在庫要素才允許在型號中采用，才可以開展流程級或平臺級的集成應用。在型號應用中持續開展完整性和成熟度評價，收集提升需求，按需納入成熟度提升策劃和建設規劃中，從而形成體系要素管理提升閉環。

圖4 研發體系要素生命周期業務視圖

體系要素成熟度管理

研發體系要素成熟度是研發體系持續建設的核心標尺之一，其等級的高低與產品研發的風險高低有直接的關系。公司對工作指導書等體系要素建立一套成熟度評價方法和流程，用于指導設計方法的系統改進和提升。如工作指導書制訂9級成熟度等級定義，分類確定每級詳細評價細則，每年按照成熟度評價程序由設計部門自評估，公司層面組織專家組對自評結果進行評審，各部門依據最終的成熟度等級制訂下一年的等級目標，并綜合各類資源分析，形成成熟度提升策劃報告，納入到體系要素提升規劃中。通過要素持續提升與沉淀，使得體系的“土壤”越來越肥沃，才會在型號研發活動中發揮更關鍵、更核心作用。

體系要素生命周期管理

體系要素生命周期管理是一個持續規劃、持續建設、持續集成、持續完善的過程，技術架構設計的重點是要保證體系要素生命周期過程狀態清晰，組織有序，同時要保證框架的靈活性和擴展性，具備快速數據獲取和應用創新能力。體系要素生命周期管理技術架構設計思路是以體系結構樹為核心，把體系結構樹組成中的研制活動、體系要素作為獨立的核心數據對象，如圖5所示。核心數據對象向下對接要素庫（流程庫、標準庫、工具庫和工程數據庫），獲取各要素對象的多維度屬性信息，包括基礎數據信息（對象名稱、編號、密級、入庫的相關信息等）、生命周期過程數據（要素生命周期管理的過程數據信息）、狀態數據（運行場景和應用效能數據）和集成拉通對象全量數據。向上以全景透視視圖為驅動，抽取對象屬性信息構建支撐視圖的關聯關系表。整體技術架構的核心是對象和關聯關系分離，通過這種方式滿足未來持續擴展的管理視圖需求。

圖5 體系要素生命周期管理技術架構示意

體系中臺匯聚、集成、拉通要素生命周期過程數據，構建多維度的要素閉環管理全景視圖，如圖6所示。支持開展要素不同環節的整體管理和協同管理，比如查看建設規劃新增要素是否齊全，有建設規劃的要素是否已進入項目實施建設，建設完成的要素是否都已經入庫，入庫的要素是否有實際的應用，已應用的要素帶來的實際成果和問題等。體系中臺編織一張體系要素管理網，覆蓋研發體系管理的各個環節，全面感知要素建用狀態，真正實現“管得到”；通過對研發要素生命周期內各環節的有序銜接和協同，支撐關鍵路徑識別和決策，推動精細化和規范化管理，真正實現“管得好”。

圖6 研發體系要素多維度視圖示意

體系中臺感知體系應用成效

體系運行場景數據

研發體系要素作為研發活動使能資源，需要知道在型號科研中有沒有使用，使用了哪些，使用得好不好或者有沒有問題，需要采用“微距鏡頭”感知要素運行狀態。體系中臺收集體系要素全量數據，從不同維度抽取對象屬性信息構建關聯關系表，支撐不同運行場景視圖的呈現，如圖7所示。例如，通過抽取集成研發平臺的動態活動數據，感知流程模板、活動模板、工具模板的使用情況，包括模板使用活躍度及其分布特點、對應的型號任務、執行人員、活動周期、迭代次數、交付物等。其中，迭代次數高、數據等待時間長的，可能存在團隊間的協調問題，活動周期延遲過長可能是技術瓶頸或者資源瓶頸的問題，各級管理者通過應用監測，可以即時感知問題和風險，及時采取應對措施；通過感知設計工具實時使用情況，及時獲取和統計軟件使用人數、使用時長，支持多維度柔性呈現；通過感知高性能平臺和云桌面系統資源運行數據，及時對資源供需情況和健康狀態做出判斷。

圖7 體系運行場景數據獲取示意

體系應用效能分析

體系場景數據除了感知體系要素的應用狀態，同時還采集產品型號研發的各層級過程特征數據，包括質量（設計更改、超差、偏離）、周期、成本等數據，及其隨任務、資源和時間的變化特點，建立要素與研發過程關系矩陣，支撐成效指數分析和評價診斷。宏觀層面可以綜合型號研發全過程的質量指數變化與體系要素狀態的變化，支撐體系效能的綜合評價和內因分析；在微觀層面，可以綜合設計中的更改數據和體系要素運行情況支撐具體設計環節要素的效能評價。例如，通過抽取中臺的數據，統計體系要素在需求與設計、制造與集成、試驗與驗證過程的應用狀態，如需求與設計過程關注需求條目數，設計方案及更改數；制造與集成過程關注的臺份和批次數，給供應商提供的文件數，供應商試制交付狀態等；試驗與驗證重點關注試驗任務的實時應用狀態，不同試驗任務下的試驗數據狀態等。通過系統和數據集成分析，最終支撐對體系能力在產品研制過程從需求與設計—制造與集成—試驗與驗證的應用狀態分析。

結束語

商發產品研發體系中臺通過體系結構樹構建體系要素與設計活動的關聯，以場景為對象拉通體系建設；以產品為核心，通過要素與活動節點匹配，感知體系要素在研發過程的應用。通過中臺與要素庫和應用系統集成，做到體系建設和運行狀態的全面顯性化；通過實時數據匯集和分析，做到體系建設和運行過程的顯性化，推動體系持續完善和系統提升。目前，商發產品研發體系中臺已完成原型系統開發，初步具備全景感知和運行監測能力，未來體系中臺要發揮樞紐和大腦作用，滿足體系管理者、體系建設者、體系使用者不同場景需要，持續優化體系全景透視和運行感知能力，做好技術研究和產品開發銜接，支撐各類體系要素的有序沉淀，持續健全“顆粒歸倉”和成熟度評價機制，實現建用互促的良性循環和演化升級，回答好產品研發體系“建得怎么樣”和“用得怎么樣”的問題。