基于流程驅動的商用發動機集成研發系統建設與應用

■ 肖宜軒 王麗 楊怡 吳騰云 / 中國航發商發

商用航空發動機研發是一項高度復雜的系統工程，為滿足可靠性要求需要開展多輪的設計迭代。同時，商用航空發動機研制還需要滿足產品適航要求，向適航當局展示完整、可追溯的研制過程。隨著航空發動機復雜度的提高，迫切需要一個產品集成研發系統,將工具和方法進行有效整合集成、設計流程進行有效管控、設計過程數據版本及成套性進行統一管理。

中國航發商發承擔著我國大型商用航空發動機的自主研制任務，在研發體系建設的推進過程中遇到了一系列的問題和挑戰，有必要通過發動機集成研發系統建設，形成發動機各專業設計子系統，支撐部件系統研發設計。通過有效集成并管控流程、工具、方法、數據等技術要素，實現對研發過程的有效管控，提高設計工作效率和設計質量，保證在設計過程中數據及其關聯信息的可追溯，支撐產品適航審定。

建設內容

中國航發商發從2014年起開展通用設計流程的梳理；2016年6月底完成系統主要功能開發，各部件、系統所有專業內設計流程的模板開發以及集成研發系統V1.0版本上線；2017年9月完成與其他相關信息系統集成接口實施工作，并完成集成研發系統V2.0上線。集成研發系統建設內容包括確立系統框架和在框架上實施的設計流程及專業設計系統。

集成研發系統建設內容主要包括：

● 建立集成研發系統總體框架（見圖1），涵蓋任務管理、流程管理、工具管理、數據管理等模塊，滿足發動機各部件系統的集成設計和分析的基本功能要求。

圖1 集成研發系統總體架構

● 提供組件化、低代碼的開發方式的集成開發環境，實現對設計流程、工具方法、工作指導書、標準等體系要素的有效集成封裝，形成標準化、界面化、可重用的工具模板、活動模板、流程模板，提高過程管控的規范性。

● 建立設計過程數據版本管理、多方案管理功能，實現對設計過程數據的可追溯、可復現，為構建滿足適航審查要求的研發系統打下基礎。

● 通過任務管理和流程管理的融合，實現研發過程的有序管理和資源的整合配置，支持研發過程的精細化管理，實現跨部件系統的有效協同。

● 將集成研發系統和周邊信息化系統，如項目管理系統、高性能系統、試驗數據庫、產品數據管理系統等進行有效集成，建立完整的數字化研發體系。

實施方法

發動機的復雜性決定了集成研發系統是一個復雜的信息化系統，需要采用系統工程的方法來開展。中國航發商發在項目實施過程中將系統建設分為9個階段，且每個階段都形成交付物并通過評審方式進行狀態管控。同時每個階段工作的開展，都要依據相關管理文件來執行。集成研發系統建設實施思路如圖2所示。

圖2 集成研發系統建設實施思路

組建項目團隊并建立溝通機制

基于集成研發系統建設實施與發動機業務高度融合的特點，為提高實施效率以及開發的資源模板的可用性，項目組建立了由設計部門的工程師和信息技術（IT）實施人員聯合的開發團隊，以保障IT實施的業務符合性。此外，為增強項目進度及溝通管理，還建立了分層例會制度，保障項目能夠按計劃順利開展，項目團隊組織架構如圖3所示。

圖3 項目團隊組織架構

采用規范化與靈活性的處理方式

發動機的產品研發過程是一個復雜的迭代過程，存在許多不確定因素。如何在考慮規范性的同時能兼顧靈活性的需求，是集成研發系統需要考慮解決的問題。

面對可預測性的部分，首先，研發業務要以通用的流程為基礎，根據研發場景定義研發流程模板系列，然后依據已經具備的能力，形成產品研發活動模板的全集，包括定義其輸入數據和輸出數據以及工具；其次，形成的數據接口文件需要通過基線發布及變更管理來控制，確保其權威性；再次，活動及流程之間的數據傳遞有審核簽署環節，確保其有效性；最后，對已形成的可復用的在線要素，需要持續的通過應用進行完善。

面對不可預測性的部分，如果需要工具但又沒有工具支撐的情況，產品研發任務會轉移為技術研究任務。對于已有工具支撐的情況，首先，集成研發系統應該具備流程模板、活動模板及工具模板3層架構，流程、活動以及工具具有相對的獨立性，任何要素的變化和調整的影響都實現局部化，不會對系統產生影響，這是靈活性的基礎；其次，全部工具需要提前封裝，這是活動和流程可以快速定制的基礎；最后，業務方面在開展不可預測的任務時，需要和能力支撐團隊一起進行共同策劃，一方面明確了業務協同的范圍、協同的對象和步驟，同時也形成了工作的流程及包含的活動方案，為活動模板和流程模板快速定制提供了具體輸入。

對設計過程的數據進行成套管理

航空發動機研發過程中，項目從整機到部件系統再到零組件設計會產生大量的迭代數據，這些設計數據在形成過程中產生了多套數據集并構成設計方案（見圖4），需要對其成套性及版本進行管理和匹配，方便用戶進行調用、查看以及管理。

圖4 發動機設計過程中的多方案并行

采用多系統架構和問題管理系統

隨著發動機產品研發體系建設的不斷完善，方法、流程等體系要素也在不斷優化，集成研發系統的資源模板也隨之變化，此外，系統功能也會根據業務的變化而變更，這些變更內容都有可能帶來系統故障。集成研發系統作為支撐發動機型號設計的信息化系統，需要系統穩定性好，否則出現問題可能會造成極大的影響。因此，集成研發系統提出了多系統架構的思路（見圖5），除了型號設計工作使用的生產系統，還構建了模板開發系統、業務測試系統以及系統功能測試系統。系統部署新的功能補丁和模板產生變更需求時，需要在相應系統上進行充分測試驗證后，部署至生產系統投入使用，以保證生產系統的穩定運行。

圖5 集成研發系統多系統架構邏輯圖

在集成研發系統運行使用過程中，因為應用范圍覆蓋了發動機全部部件系統和專業，有業務運行場景復雜、用戶人數多的特點，所以實際使用中會出現系統功能、模板開發及使用等方面的問題及需求。此外，不同的問題可能需要不同角色的人員來處理，如模板開發人員、系統管理員、業務數據管理員等。因此，集成研發系統使用了問題管理系統來進行問題的收集和處理，用戶通過統一的系統提交問題，由相關人員根據問題的分類分派給對應問題處理人員解決問題，并在用戶確認后關閉問題。問題流轉及處理的全過程都可被跟蹤記錄，并且問題解決措施和經驗也可以積累沉淀下來。

采取建用結合的方式進行推廣

通過信息化系統集成體系技術要素并開展型號研制工作，是中國航發商發數字化轉型的重大變革。在項目實施的過程中選取了渦輪部件進行試點，首先拉通了渦輪專業內及跨專業的協同，其他部件以渦輪部件為標桿也隨后完成了專業子系統的建設。在系統基本功能具備后就開始投入使用，同時使用過程中不斷產生的業務新需求也促進了系統建設的優化完善。

應用效果

通過集成研發系統的建設，已完成發動機各部件系統共224個流程模板、803個活動模板、540個工具模板的封裝搭建，共有800余用戶在系統中完成超過5000項設計任務。通過集成研發系統在型號項目上的推廣使用，實現了對產品研發過程的有效管控，取得了一定的成效，建立了任務流程一體化、分工明確、協作有序的研發系統；通過數字化手段規范了設計流程，有效地集成和管控了標準、工具、數據等技術要素，實現了人員、專業、業務間的協同和規范有序執行，提升了整體工作質量；通過對工具的封裝開發，統一設計許用工具的版本和界面，減少了學習成本及數據處理時間，降低了人為出錯的可能性，提高了設計效率；通過對數據的成套性管理及多方案管理，實現了數據的結構化存儲及管理，保證了設計過程數據的可追溯、可復現、可重用，為未來適航審定提供支撐；通過將體系要素不斷沉淀和固化，使知識能夠不斷積累和重用，識別問題和差距，推動體系持續優化；通過項目管理和流程管理的緊密集成，解決了項目監控實時性不足以及項目任務內部運行機制不可控的問題，也克服了流程管理中缺少任務工期優化、計劃管控不足等方面的問題，為發動機的研發帶來了管理理念和方法的改善提升。

結束語

集成研發系統是實現AEOS建設成果落地運行的核心載體，是打通企業數字化轉型“最后一公里”的關鍵所在，是正向自主研發能力的集中呈現。集成研發系統的構建，為發動機產品研發奠定了堅實的數字化基礎，提升了發動機研制整體的工程和管理水平。