探索協(xié)同模式 打造航天產(chǎn)品協(xié)同研制平臺(tái)

◎北京神舟航天軟件技術(shù)有限公司 閆紅軍 耿建光 方進(jìn)濤

國(guó)務(wù)院《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見》中，“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造是重點(diǎn)行動(dòng)之一，旨在推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)融合，提升制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，“智能制造+網(wǎng)絡(luò)協(xié)同”已經(jīng)成為事實(shí)上的未來制造模式。航天產(chǎn)品是構(gòu)成復(fù)雜、技術(shù)復(fù)雜、流程復(fù)雜、試驗(yàn)復(fù)雜、管理復(fù)雜的典型復(fù)雜產(chǎn)品，航天航空裝備是“中國(guó)制造2025”重點(diǎn)突破方向之一。協(xié)同研制是多年來航天工業(yè)依據(jù)系統(tǒng)工程理論指導(dǎo)摸索出來的有效解決方案，對(duì)提高我國(guó)航天工業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力、實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展具有重要意義。隨著數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的深入，不斷探索新的協(xié)同研制模式，構(gòu)建新型協(xié)同研制平臺(tái)，是助推航天工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，邁向航天強(qiáng)國(guó)的必由之路。

一、協(xié)同研制成為大型裝備研制任務(wù)高效完成的基本保障

基于型號(hào)、項(xiàng)目、技術(shù)、商務(wù)、外包、制造、物流等多要素，以及從設(shè)計(jì)、工藝、制造、試驗(yàn)、交付、綜保（運(yùn)維）的全過程并行協(xié)同，已經(jīng)成為大型裝備研制任務(wù)順利完成的基本保障?？湛?、波音、洛·馬公司利用數(shù)字化協(xié)同技術(shù)推動(dòng)了世界航空制造業(yè)的新一輪較量?？湛虯380飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造模式，實(shí)現(xiàn)了法德英西4國(guó)5座城市的數(shù)字化協(xié)同，使這個(gè)空中巨無霸順利地在2005年4月成功首飛。波音B787項(xiàng)目在波音廣域網(wǎng)開發(fā)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了135個(gè)工作地點(diǎn)、180個(gè)供應(yīng)商的協(xié)同作業(yè)，使這個(gè)以復(fù)合材料為主結(jié)構(gòu)的夢(mèng)想飛機(jī)于2007年7月精彩下線。洛·馬公司JSF飛機(jī)研制聯(lián)合體通過構(gòu)建跨越17個(gè)時(shí)區(qū)的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)，把全球30多個(gè)國(guó)家、50多家公司的5萬名工程技術(shù)人員協(xié)同在同一平臺(tái)上，使F-35戰(zhàn)機(jī)總裝一次完成，研制周期從原來的42個(gè)月縮短至24個(gè)月，創(chuàng)造了航空史上的奇跡。

二、航天產(chǎn)品研制協(xié)同需求分析

航天工業(yè)多級(jí)法人的組織架構(gòu)，以及多年來形成的系統(tǒng)工程模式，決定了航天產(chǎn)品研制具有配套單位多、協(xié)同關(guān)系復(fù)雜的特點(diǎn)。當(dāng)前，設(shè)計(jì)與制造之間一定程度上采用了協(xié)同手段，主要采用受控?cái)?shù)據(jù)發(fā)放方式，對(duì)于少數(shù)需要及時(shí)協(xié)同的情況采用同步協(xié)同模式，通過公共協(xié)同區(qū)域進(jìn)行，即通過可視化工具，實(shí)現(xiàn)基于三維模型的技術(shù)交流。要支撐集團(tuán)公司、院、廠所三級(jí)研制過程及信息的上下貫通，實(shí)現(xiàn)廠所級(jí)航天產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)的縱向打通，支撐產(chǎn)品研制過程管理的有效決策與調(diào)度。具體實(shí)現(xiàn)模式是通過數(shù)據(jù)集中的方式來實(shí)現(xiàn)，在產(chǎn)品研制中，各級(jí)單位要依據(jù)產(chǎn)品研制管理的需要分別建設(shè)型號(hào)數(shù)據(jù)中心、產(chǎn)品數(shù)據(jù)中心與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)在三級(jí)間的合理儲(chǔ)存與管理。最終形成以產(chǎn)品數(shù)據(jù)為核心，廠所三級(jí)單位參與協(xié)同的全集團(tuán)多產(chǎn)品協(xié)同研制平臺(tái)。

航天產(chǎn)品研制配套單位多，協(xié)同面廣，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研制整體效率和質(zhì)量的提升，現(xiàn)有基于院間跨地域的圖文檔傳遞模式的協(xié)同，很難全面滿足航天產(chǎn)品研制全部過程控制與協(xié)調(diào)的需要，必須通過統(tǒng)一協(xié)同研制平臺(tái)，才能實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司、院、廠所三級(jí)研制過程的貫通與數(shù)據(jù)的有效流轉(zhuǎn)。

三、航天產(chǎn)品研制協(xié)同模式分析

航天產(chǎn)品研制面臨著知識(shí)和技術(shù)的不斷更新，也面臨著國(guó)際國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)壓力的不斷提升。隨著國(guó)家重大工程的實(shí)施，對(duì)航天產(chǎn)品的質(zhì)量和性能要求越來越高，而協(xié)同是快速提升研制能力的關(guān)鍵。多年來形成了航天產(chǎn)品多單位聯(lián)合研制的模式，協(xié)同模式主要包括：

（一）基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的協(xié)同

支持產(chǎn)品自頂向下設(shè)計(jì)，基于EBOM、PBOM、MBOM等產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化與數(shù)據(jù)傳遞，保障航天產(chǎn)品研制的設(shè)計(jì)、工藝及制造等各專業(yè)人員并行開展協(xié)同工作。通過院級(jí)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)院間跨地域、跨單位的數(shù)據(jù)傳遞、過程協(xié)同，基于此，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品BOM在產(chǎn)品研制不同階段的轉(zhuǎn)換、傳遞，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝、制造間信息的貫通。

跨企業(yè)的協(xié)同研制

（二）基于仿真與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的協(xié)同

除總體、分系統(tǒng)及單機(jī)間的設(shè)計(jì)協(xié)同之外，設(shè)計(jì)與仿真、試驗(yàn)等階段的協(xié)同，也是提升產(chǎn)品質(zhì)量、縮短研制周期的核心。設(shè)計(jì)單位將試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、試?yàn)說明向?qū)I(yè)的仿真、試驗(yàn)單位傳遞，仿真、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)不僅僅通過報(bào)告的形式，將仿真、試驗(yàn)結(jié)果及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)單位，設(shè)計(jì)師通過仿真、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型的優(yōu)化迭代。

（三）基于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的協(xié)同

設(shè)計(jì)與制造之間的協(xié)同，有助于大幅度降低研制成本、縮短研制周期，制造介入的越早，產(chǎn)品制造過程中風(fēng)險(xiǎn)控制越到位。由制造單位產(chǎn)生的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量數(shù)據(jù)（如檢測(cè)數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量報(bào)告等）向設(shè)計(jì)單位進(jìn)行反饋，作為設(shè)計(jì)單位產(chǎn)品設(shè)計(jì)、報(bào)告編制的內(nèi)容和依據(jù)。

四、打造航天產(chǎn)品協(xié)同研制平臺(tái)

神軟公司AVIDM企業(yè)級(jí)協(xié)同研制平臺(tái)支持用戶實(shí)現(xiàn)基于三維模型的多業(yè)務(wù)領(lǐng)域協(xié)同研制，支撐航天產(chǎn)品研制以三維模型為代表的產(chǎn)品定義、仿真、設(shè)計(jì)過程和數(shù)據(jù)管理，支撐自頂向下的協(xié)同設(shè)計(jì)模式。平臺(tái)引入在互聯(lián)網(wǎng)廣泛使用的社交化協(xié)同模式，用戶通過即時(shí)通信工具以及音視頻協(xié)同工具開展實(shí)時(shí)溝通交流。同時(shí)，平臺(tái)提供動(dòng)態(tài)流程協(xié)同能力，實(shí)現(xiàn)任務(wù)、工具、數(shù)據(jù)、知識(shí)的有機(jī)組合，支持企業(yè)多學(xué)科、跨專業(yè)的協(xié)同和自動(dòng)化應(yīng)用。在跨組織協(xié)同方面，為企業(yè)提供了統(tǒng)一的協(xié)同環(huán)境，跨企業(yè)的人員通過平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)跨企業(yè)協(xié)同，協(xié)同范圍和對(duì)象涵蓋了企業(yè)業(yè)務(wù)文檔、三維模型和BOM數(shù)據(jù)。

結(jié)合航天產(chǎn)品協(xié)同研制要求，隨著信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的深入應(yīng)用，AVIDM企業(yè)級(jí)協(xié)同研制平臺(tái)的內(nèi)涵也在不斷地發(fā)展，重點(diǎn)在如下幾方面的協(xié)同能力進(jìn)行增強(qiáng)：

（一）基于MBD的產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)

MBD應(yīng)用促進(jìn)三維模型作為生產(chǎn)制造過程中的唯一依據(jù)，改變了傳統(tǒng)以工程圖紙為主、以三維模型為輔的協(xié)同研制方法。工藝設(shè)計(jì)與仿真都將在三維數(shù)字化環(huán)境下開展，以產(chǎn)品EBOM和三維數(shù)字樣機(jī)為基礎(chǔ)，以工藝數(shù)字化并行定義為核心，開展工藝總方案的制定，進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)字化三維工藝設(shè)計(jì)、數(shù)字化工藝容差分配、仿真和優(yōu)化、數(shù)字化三維工藝仿真驗(yàn)證等應(yīng)用。

在工藝審查階段，對(duì)零件、組件、部件組成的制造單元進(jìn)行可制造性、可裝配性分析，檢查結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性；在工藝規(guī)劃階段，通過裝配工藝仿真，確定零部件之間的裝配順序和運(yùn)動(dòng)路徑；在工裝設(shè)計(jì)階段，工藝、工序與工步采用裝配、組件與視圖方式實(shí)現(xiàn)三級(jí)描述，集成工裝資源庫與工藝知識(shí)庫，通過制造資源仿真，定義零件加工工藝信息，設(shè)計(jì)出合格的工裝資源；在工藝編制階段，通過建立起產(chǎn)品、工藝、資源等數(shù)字化工藝數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)基于模型的工藝分離面劃分、裝配工位設(shè)計(jì)、裝配流程設(shè)計(jì)、三維工藝指令設(shè)計(jì)等。

（二）基于三維模型的工藝協(xié)同設(shè)計(jì)

利用設(shè)計(jì)三維模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)，關(guān)聯(lián)產(chǎn)品、資源、工廠等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到工藝、制造的業(yè)務(wù)集成。在數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)方面，可以及時(shí)獲取準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)MBD模型，維護(hù)工藝與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的一致性，提高工藝編制質(zhì)量與效率，減少錯(cuò)誤與返工；相關(guān)部門獲取實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的工藝數(shù)據(jù)，有利于工作質(zhì)量和效率的提高；通過豐富、直觀的工藝報(bào)表，減少了無效工作時(shí)間和出錯(cuò)機(jī)會(huì)。在數(shù)控編程及管理方面，面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)三維模型的編程，便于識(shí)別零件特征與公差要求，通過典型零件和特征的模板化編程，可極大地提高編程效率，改善加工質(zhì)量。

（三）采用互聯(lián)網(wǎng)機(jī)制的社區(qū)協(xié)同

提供消息、白板、音視頻等協(xié)同手段，支持社區(qū)協(xié)同。引入互聯(lián)網(wǎng)機(jī)制，支持開放式社區(qū)協(xié)同，支持群組即時(shí)通信、社區(qū)論壇、博客以及在線會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)視頻等應(yīng)用模式。企業(yè)社區(qū)可為協(xié)同研制人員提供即時(shí)消息、音視頻、群組協(xié)同，以及視頻會(huì)議等多種方式。企業(yè)社區(qū)協(xié)同的特點(diǎn)包括：覆蓋互聯(lián)網(wǎng)主流協(xié)同方式、結(jié)合工業(yè)特征突出可視化應(yīng)用、增強(qiáng)對(duì)IPT/CDF等設(shè)計(jì)模式的支持。廣泛采用的“發(fā)布訂閱”、群組化、社交化工作方式，將產(chǎn)品研制任務(wù)碎片化、具體化、簡(jiǎn)單化。

（四）基于動(dòng)態(tài)流程驅(qū)動(dòng)的協(xié)同

基于業(yè)務(wù)活動(dòng)，建立人員、角色/組織、業(yè)務(wù)流程與工作對(duì)象的關(guān)聯(lián)。以動(dòng)態(tài)流程為牽引，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)、多學(xué)科間的相互協(xié)同。研制人員針對(duì)各階段研制目標(biāo)，利用專業(yè)知識(shí)和多樣化的工具軟件，按照邊執(zhí)行邊確定的動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)流程開展設(shè)計(jì)、仿真、試驗(yàn)驗(yàn)證等工作，形成具有復(fù)雜邏輯關(guān)系和版本體系的過程數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)，結(jié)果數(shù)據(jù)可表征產(chǎn)品的多個(gè)可用技術(shù)狀態(tài)。通過深度集成多樣化工具軟件，支持業(yè)務(wù)流程的動(dòng)態(tài)化構(gòu)建與驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)跨部門、跨專業(yè)的協(xié)同研制。

（五）基于統(tǒng)一平臺(tái)的跨組織協(xié)同

為多專業(yè)、跨領(lǐng)域、跨組織協(xié)同提供支持。通過統(tǒng)一平臺(tái)支撐跨組織的科研生產(chǎn)與管理協(xié)作。通過統(tǒng)一的入口和基于即時(shí)消息的任務(wù)交互方式，體現(xiàn)以人為中心的全新研制任務(wù)組織方式；通過實(shí)時(shí)的協(xié)同和應(yīng)用程序共享，提供良好的協(xié)同環(huán)境，便于在產(chǎn)品生命周期的所有主要參與者之間快速地溝通產(chǎn)品和流程；通過音視頻等多種協(xié)同媒介，打破產(chǎn)品研發(fā)過程中存在的職能團(tuán)隊(duì)壁壘，將眾多不同來源的產(chǎn)品全生命周期管理數(shù)據(jù)安全地集成到單個(gè)易于使用的界面中，建立起以人為中心的全新組織模式，建立起有利于個(gè)人創(chuàng)新的設(shè)計(jì)空間。

跨組織的科研生產(chǎn)與管理協(xié)作

（六）基于BOM轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞與過程協(xié)同

航天產(chǎn)品研制過程中，達(dá)到一定成熟度的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，需要向工藝、制造等后續(xù)環(huán)節(jié)有效傳遞，基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視圖轉(zhuǎn)化的技術(shù)，是支撐數(shù)據(jù)傳遞一種有效模式。在設(shè)計(jì)視圖向工藝視圖轉(zhuǎn)化時(shí)，轉(zhuǎn)化內(nèi)容包括零部件及其關(guān)聯(lián)的技術(shù)文檔、三維模型等數(shù)據(jù)，同時(shí)將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳遞。通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的傳遞，不但基于統(tǒng)一的產(chǎn)品對(duì)象實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝、制造等環(huán)節(jié)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，同時(shí)支持研制過程的協(xié)同。

具體轉(zhuǎn)化與傳遞過程包括：第一步按照設(shè)計(jì)視圖中零部件構(gòu)件情況，在工藝視圖中產(chǎn)生新的工藝視圖版本構(gòu)件。首先基于規(guī)則檢查哪些構(gòu)件需要?jiǎng)?chuàng)建新版本，如工藝視圖中標(biāo)準(zhǔn)件或外購(gòu)件不生成新版本，則不為它們創(chuàng)建新版本對(duì)象。其次，檢查設(shè)計(jì)視圖中哪些構(gòu)件已經(jīng)在工藝視圖中有了對(duì)應(yīng)版本對(duì)象，如果已經(jīng)有了修訂版本，則不新生成零部件的工藝視圖版本，而是直接使用工藝視圖中對(duì)應(yīng)版本。第二步是創(chuàng)建零部件之間關(guān)系，即將設(shè)計(jì)BOM中零部件的關(guān)系復(fù)制到新生成的零部件的工藝BOM版本。第三步是關(guān)聯(lián)零部件下的文檔，將設(shè)計(jì)BOM中零部件構(gòu)件相關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)文件關(guān)聯(lián)到新生成的零部件工藝版本下。

（七）基于視圖的更改影響通知及處理

航天產(chǎn)品研制過程中，設(shè)計(jì)更改不可避免，為確保更改前后數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可控，保證產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)的一致性，必須對(duì)更改過程進(jìn)行嚴(yán)格控制。基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視圖實(shí)現(xiàn)多階段數(shù)據(jù)管理后，當(dāng)上游產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視圖（設(shè)計(jì)）屬性或數(shù)據(jù)更改后，系統(tǒng)可及時(shí)通知受影響的視圖（工藝等），動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)到受影響的下游視圖配置項(xiàng)，并自動(dòng)發(fā)送通知（郵件、任務(wù)、提醒等）到該產(chǎn)品對(duì)象具體的負(fù)責(zé)人或型號(hào)負(fù)責(zé)人處，當(dāng)相應(yīng)的負(fù)責(zé)人接收到更改通知后，可依據(jù)產(chǎn)品研制進(jìn)度做出處理決定，平臺(tái)能夠有效支撐和提示操作。

五、結(jié)束語

協(xié)同研制是航天工業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新研發(fā)和生產(chǎn)制造的重要手段，AVIDM協(xié)同研制平臺(tái)在航天科技已經(jīng)普遍應(yīng)用。本文深入分析航天產(chǎn)品協(xié)同研制的業(yè)務(wù)需求及協(xié)同模式，指出AVIDM協(xié)同研制平臺(tái)在未來應(yīng)具備的核心協(xié)同支撐能力，從而有效支撐先進(jìn)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)與信息技術(shù)深度融合，拓展航天產(chǎn)品協(xié)同研制技術(shù)方法，提高航天工業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。