中國航發集成研發系統建設方案概述

■ 張彪 李嘉欣 于碩 汪騰 / 中國航發研究院

航空發動機是典型的復雜系統，其研制過程是多專業、長周期、高難度、高標準反復迭代的過程。構建航空發動機研發的跨區域協同研發體系，可以實現業務、流程、數據的協同，全面支持產品研發活動規范高效開展，支撐產品自主研發能力形成。

中國航發集成研發系統（CDM），通過將AEOS研發體系中的業務、流程、標準、規范集成到信息化平臺，打通單位、專業與系統的邊界，實現數據的有序流動，從而實現產品設計過程的不斷優化、持續提升，實現集團與各直屬單位任務與流程的統一，實現產品研發過程的規范管控以及研制效率的提升。

建設內容

集成研發系統建設包含6個方面的內容，如圖1所示。

圖1 6個方面建設內容

一是，落實集團AEOS產品研發體系。為了打破人員分散、資源無法共享等現狀，通過信息化手段，建立線上虛擬團隊，實現研發人才資源的自由調配以及跨地域、跨部門、跨專業的便捷協作研發。

三是，建設研發過程數據中心。基于研發流程，搭建與之對應的研發過程數據中心，通過結構化、模型化的數據表達來記錄項目研發過程中需求、設計、分析、仿真和驗證數據的發展和變更歷程，實現基于模型的研發協同，優化協同效率。

四是，建設研發工具模板庫。通過定制開發、二次開發、封裝集成等技術手段豐富研發軟件工具體系，將航空發動機產品研發過程中沉淀的設計、分析、建模和仿真技術嵌入工具，形成面向特定業務、特定專業的工具組件體系，打通工具間數據流動，提升工具使用效能，全面支持航空發動機產品快速設計與分析工作。

五是，建設研發標準規范庫。構建面向航空發動機產品研發的各類知識數據庫，集中存儲各類文檔、標準、規范等知識，與研發平臺框架配合，實現知識的智能推送與在線積累，實現知識積累與應用的良性循環。

六是，建設集成研發系統的多站點集成。通過該多站點集成機制，使得在應用層面中國航發以及各直屬單位間如同一個整體，實現多站點間任務、流程、數據等研發要素的交互、共享。

總體方案

集成研發系統建設總體方案如圖2所示。

圖2 集成研發系統建設總體方案

系統定位

集成研發系統以航空發動機設計流程為主線，把航空發動機研發活動組織成有序的關聯設計活動，提供一個集設計、仿真、優化等工具的一體化工作界面，實現設計流程與設計工具的整合，滿足發動機總體、各部件（壓氣機、燃燒室、渦輪等）及系統（控制系統、機械系統、外部與短艙系統、空氣系統等）集成設計和分析；建立統一的航空發動機設計數據管理和應用環境，實現設計各階段和迭代過程的數據追溯，顯示從發動機總體到各部件、子系統的迭代過程。

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系統應用范圍

航空發動機集成研發系統覆蓋航空發動機產品全生命周期的設計、仿真分析過程，支撐流暢的產品研發過程、高效的項目團隊協同、跨系統跨組織的技術狀態管理。

集成研發系統通過建立設計流程標準化、設計規范嵌入化、設計應用集成化的環境，支持知識驅動的創新性研發工作，促進系統功能和性能需求快速轉化為物理方案，并進行高效的一致性評估。

集成研發系統的運行圍繞研發任務和專業設計兩個核心，以項目工作分解結構（WBS）為輸入，對項目計劃進行逐級細分，形成航空發動機整機、部件/系統、零組件各專業設計流程。設計人員基于流程調用工具完成任務，將設計結果反饋給相關負責人進行審核。根據需要將設計過程中產生的設計報告和產品模型發送到產品數據管理系統中進行審簽，最終將交付物和任務狀態反饋給項目管理人員。在各專業設計流程執行過程中，根據流程中任務需要，獲得相關的基礎數據（如材料數據）、知識經驗（如標準規范等）、試驗數據、產品模型等，同時還會調用高性能計算等資源。

業務方案

研發任務管理

以壓氣機研發業務為例，集團壓氣機中心對上承接集團項目管理系統下發的任務包，由集團壓氣機中心相關人員制訂整體項目計劃，在集成研發系統中定義頂層的研發流程并進行流程分解，將分解的流程分發給各壓氣機分部。當壓氣機分部接到流程后，按需對流程節點進行再分解，并把分解后的流程同步至集團壓氣機中心，在集團壓氣機中心進行流程匯總合并。隨后，集團壓氣機中心和各單位壓氣機分部分別在本單位部署的系統上開展設計活動，過程數據存儲在本單位的過程數據中心，并同步到集團過程數據中心，結果數據提交到集團壓氣機中心產品數據管理系統進行審批和歸檔，并反饋數據審批狀態到集團的集成研發系統，再將任務狀態回傳給集團的項目管理系統，做到整個研發過程的閉環管理。

專業研發

專業研發業務在產品研發整體視圖中設置工業應用（App）支撐點，使用專業研發活動卡片梳理工業App需求，設置專業研發場景改善研發活動，使用平臺封裝工業App實現專業場景。以葉片造型優化場景為例，葉片造型優化場景如圖3所示。

圖3 專業場景示例——葉片造型優化場景

葉片優化是在S2流場詳細設計計算的基礎上，結合S1流場分析、強度、振動評估結果等調整葉形設計參數及其徑向分布，優化轉子葉片和靜子葉片造型。葉片優化完成后，生成的是葉片各截面線上點的坐標數據，需要人工操作生成曲線、曲面和葉片實體，進行結構和強度的再次校驗。在未來流程中新增了圖形化處理和編輯功能、自動生成葉片實體模型功能，通過設置的新功能，省略大量的人工拷貝和操作工作，更快地獲得較優的設計方案。

集成研發系統IT方案

集成研發系統信息技術（IT）方案主要包含數據架構、應用架構、技術架構和系統方案。

數據架構

數據架構方案的核心設計點包括關鍵數據識別方案和數據流方案。

項目主管在創建項目管理（PPM）系統頂層計劃后，將計劃任務信息下發至專業負責人，專業負責人在集成研發系統進行任務分解后將任務信息及任務輸入下發給專業工程師，專業工程師在CDM系統執行任務。專業工程師完成任務后將結果數據上傳給科室主任在協同研制（PDM）系統進行任務審批，并將任務完成情況的說明、審批的結果數據上傳，進行計劃完成情況提交。計劃完成情況提交后，一方面將計劃完成情況說明反饋至PPM系統給項目主管；另一方面將歸檔的結果數據上傳至PDM完成數據歸檔。

應用架構

應用架構明確系統本身的功能模塊以及其他應用之間的集成關系。以壓氣機產品研發業務為例，集成研發系統支持跨域協同的應用模式。

集團壓氣機中心作為核心數據中轉站，各直屬單位根據任務緊急程度，隨時/定時同步更新數據，直至集團壓氣機中心與各直屬單位的數據庫完全同步，最終實現任務、流程與數據的可跨域協同。

為了滿足跨域協同的應用模式，需要進行多點數據庫數據同步，其中典型跨域協同應用場景應包含跨域流程同步、跨域過程數據同步（見圖4）、跨域工具同步以及跨域任務同步等。

圖4 跨域協同方案——數據庫同步

產品功能架構如圖5所示。

圖5 產品功能架構示意

研發流程管理承接多項目管理中的任務信息，并細化多項目管理中的任務和活動，可以直觀、方便地定義任務的邏輯關系并執行任務設計模板。

集成設計管理實現了任務和活動中軟件集成、模塊化建模、統一關聯模型、多學科優化、知識工程等技術的融合，并與主流工程軟件環境實現無縫集成，通過設計、分析、優化環境的統一，創造了一種真正符合工程習慣的設計過程模式。

過程數據管理主要對工程設計過程中設計參數、設計模型、分析模型、分析結果、試驗數據、報告等過程數據管理以及產生這些數據的操作和過程進行管理。

集成研發系統主要由統一門戶、任務管理、研發模板管理、基礎數據管理、過程數據中心、過程知識、可視化管理、外部系統集成接口以及系統管理構成。

技術架構

技術架構提出了系統的運行環境，明確了部署模式。以中國航發為核心，通過航發網實現各單位集成研發系統間的連接，系統內各單位均可接收到來自集團的任務。

系統方案

集成研發系統通過研發模板建模與管理、研發任務及協同管理、研發數據管理、可視化管理和系統配置管理等5個功能模塊共23項功能實現業務場景。各項功能特性及其支持的業務場景如表1所示。

表1 集成研發系統功能特性及其支持的場景

每項功能都包含若干技術特征，分別進行設計。以多方案管理功能為例，包含IT原型界面設計和數據庫表設計兩項技術特征。

數據庫設計依據邏輯數據模型設計及技術方案中的數據庫選型，增加主外鍵、索引、存儲過程、視圖，設計全部屬性、數據列、數據約束，得到物理數據模型。經過物理數據模型設計，已經具備將設計轉換為具體的數據庫腳本的能力。

結束語

AEOS建設對航空發動機研制工作提出了新的要求。作為AEOS產品研發體系落地重點項目之一，開展航空發動機集成研發系統建設，為航空發動機研制能力、效率與質量提升奠定了基礎。在研發流程的固化與優化、軟件的標準化和復用、過程數據的管理與研發環節的可追溯等方面，實現了質的飛躍。