固體發(fā)動(dòng)機(jī)精益研發(fā)平臺(tái)的應(yīng)用研究

翁潔鑫、趙永紅、魏翔飛 /內(nèi)蒙動(dòng)力機(jī)械研究所

隨著重大背景預(yù)研型號(hào)和高新四期工程項(xiàng)目逐步轉(zhuǎn)入研制階段，內(nèi)蒙動(dòng)力機(jī)械研究所承擔(dān)的型號(hào)研制任務(wù)量急劇增加，而研制難度大幅提高、研制周期大幅縮減、技術(shù)要求越來(lái)越高、產(chǎn)品服務(wù)對(duì)象越來(lái)越多樣化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同研制能力提出了更高的要求。目前，各部門設(shè)計(jì)、分析和試驗(yàn)人員的協(xié)同研發(fā)、數(shù)據(jù)共享與交換等能力較弱，多數(shù)情況下仍然沿用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)仿真工作模式，導(dǎo)致工程技術(shù)人員協(xié)同設(shè)計(jì)仿真工作效率低，研制周期長(zhǎng)，研制成本高，產(chǎn)品質(zhì)量一致性、穩(wěn)定性差，這些技術(shù)短板已經(jīng)成為制約發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)水平提高的瓶頸問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，研究所依托某導(dǎo)彈動(dòng)力系統(tǒng)研發(fā)保條件建設(shè)了固體發(fā)動(dòng)機(jī)精益研發(fā)平臺(tái)（PERA 平臺(tái)），旨在提升固體發(fā)動(dòng)機(jī)一體化協(xié)同研發(fā)能力，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)研發(fā)項(xiàng)目、研發(fā)流程、設(shè)計(jì)仿真方法、研發(fā)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)仿真工具以及研發(fā)知識(shí)等的協(xié)同應(yīng)用，并使傳統(tǒng)研發(fā)模式逐步向數(shù)字化研發(fā)模式轉(zhuǎn)變，最終達(dá)到提升跨部門、跨專業(yè)多人協(xié)同設(shè)計(jì)與仿真分析能力，大幅提高研制效率，縮短研制周期，降低研制成本，并能確保產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性以及一致性等目的。

一、平臺(tái)主要用途

PERA 平臺(tái)的主要用途體現(xiàn)在以下5 個(gè)方面：

一是將質(zhì)量管理與研發(fā)過(guò)程進(jìn)行融合，開展質(zhì)量策劃，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量預(yù)防、質(zhì)量控制與改進(jìn)以及質(zhì)量監(jiān)督與追溯等；

二是形成知識(shí)型設(shè)計(jì)體系，并將知識(shí)管理與研發(fā)過(guò)程進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)知識(shí)對(duì)研發(fā)活動(dòng)的支撐，避免相同錯(cuò)誤的發(fā)生，提升研發(fā)的效率；

三是將研發(fā)流程的“隨意性”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皹?biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、協(xié)同化”，并協(xié)同共享研發(fā)周期中各個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)與相關(guān)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)生命周期可追溯、研發(fā)知識(shí)可共享；

四是推動(dòng)固體發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展由傳統(tǒng)研發(fā)模式向數(shù)字化研發(fā)模式轉(zhuǎn)變，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的規(guī)格化研制，提高產(chǎn)品的成熟度，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可重復(fù)生產(chǎn)，進(jìn)而推動(dòng)產(chǎn)品更新?lián)Q代；

五是以信息化技術(shù)與手段克服研制資源嚴(yán)重不足的問(wèn)題，提升一體化協(xié)同研發(fā)能力，提升效率、提高精度、降低成本。

二、PERA平臺(tái)應(yīng)用架構(gòu)

PERA 平臺(tái)的應(yīng)用架構(gòu)包括支撐層、資源層、應(yīng)用層、業(yè)務(wù)層及展示層，如圖1 所示。其中，虛線框?yàn)榭蓴U(kuò)展模塊。

支撐層包括網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)以及底層的硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件等，是軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)保障；資源層包括各種軟件工具和后臺(tái)服務(wù)、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)等；應(yīng)用層包括工具集成、數(shù)據(jù)管理、知識(shí)管理、設(shè)計(jì)質(zhì)量管理、指標(biāo)管理和設(shè)計(jì)創(chuàng)新功能模板等，應(yīng)用層具有可擴(kuò)展性；業(yè)務(wù)層包括專業(yè)設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)、任務(wù)及流程管理；展示層是平臺(tái)門戶系統(tǒng)，具有用戶登錄的統(tǒng)一入口和基本的平臺(tái)門戶功能。

三、PERA平臺(tái)主要功能簡(jiǎn)介

圖1 平臺(tái)應(yīng)用架構(gòu)

PERA 平臺(tái)是一個(gè)專業(yè)集成的、能夠以協(xié)同方式開展發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)工作的信息化技術(shù)平臺(tái)。該平臺(tái)主要是基于WBS 工作任務(wù)分解的思想?yún)f(xié)同開展發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)工作，實(shí)現(xiàn)了研發(fā)項(xiàng)目、研發(fā)流程、設(shè)計(jì)仿真方法、研發(fā)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)仿真工具以及研發(fā)知識(shí)等的協(xié)同應(yīng)用。主要由平臺(tái)門戶、研發(fā)管理、知識(shí)工程、綜合設(shè)計(jì)環(huán)境、研發(fā)過(guò)程質(zhì)量管理、系統(tǒng)管理等幾個(gè)子系統(tǒng)或軟件模塊組成。

門戶提供信息展示的平臺(tái)和常用功能的快速入口；研發(fā)管理實(shí)現(xiàn)從項(xiàng)目策劃到流程管理和任務(wù)下發(fā)，再到項(xiàng)目過(guò)程管理和監(jiān)控，以支持研發(fā)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，支持任務(wù)策劃及研發(fā)協(xié)同/ 滿足對(duì)項(xiàng)目整體和執(zhí)行過(guò)程等全過(guò)程的掌握和把控；知識(shí)工程以知識(shí)與流程和設(shè)計(jì)相融合的思想為指導(dǎo)，在研發(fā)過(guò)程中進(jìn)行知識(shí)的推送和復(fù)用，實(shí)現(xiàn)將正確的知識(shí)在正確的時(shí)間呈現(xiàn)給正確的人；綜合設(shè)計(jì)環(huán)境是基于知識(shí)和仿真驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化集成設(shè)計(jì)環(huán)境，支持復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中跨部門、跨專業(yè)、跨學(xué)科分工協(xié)作，支持并行研發(fā)和快速迭代，實(shí)現(xiàn)人員協(xié)同、工具協(xié)同和數(shù)據(jù)協(xié)同；研發(fā)過(guò)程質(zhì)量管理以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為核心，實(shí)現(xiàn)面向型號(hào)WBS 的質(zhì)量策劃、產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程預(yù)防、產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程質(zhì)量控制、產(chǎn)品需求與指標(biāo)管理、質(zhì)量問(wèn)題歸零、質(zhì)量追溯監(jiān)控；系統(tǒng)管理為平臺(tái)的運(yùn)行提供保障，主要包括平臺(tái)運(yùn)行的組織結(jié)構(gòu)、人員管理、角色/ 權(quán)限管理、三員管理、日志管理等。

四、PERA平臺(tái)的應(yīng)用

1.PREA 平臺(tái)基礎(chǔ)應(yīng)用

在平臺(tái)中設(shè)置研究所的組織機(jī)構(gòu)，定義了系統(tǒng)角色，為各研究室技術(shù)人員與部分機(jī)關(guān)人員配置系統(tǒng)使用權(quán)限；集成了一些研究所內(nèi)目前應(yīng)用成熟的自研軟件與CAD 軟件，如熱力學(xué)計(jì)算軟件、內(nèi)彈道計(jì)算軟件、關(guān)于殼體的一些設(shè)計(jì)計(jì)算軟件、關(guān)于噴管的一些設(shè)計(jì)計(jì)算軟件、Pro/E、Autocad2007 等；集成了一些顯性研發(fā)知識(shí)，如與燃燒室設(shè)計(jì)、殼體設(shè)計(jì)、噴管設(shè)計(jì)、安全點(diǎn)火裝置設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)等相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，以及研究所技術(shù)人員近幾年所撰寫的論文等。

2.型號(hào)研制在PREA 平臺(tái)上的應(yīng)用

研制型號(hào)在PERA 平臺(tái)上的應(yīng)用場(chǎng)景與應(yīng)用流程如下：

·總師/副總師新建項(xiàng)目，定義項(xiàng)目的基本信息（項(xiàng)目的名稱、編號(hào)、密級(jí)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人、項(xiàng)目的計(jì)劃開始時(shí)間和計(jì)劃完成時(shí)間）、指定項(xiàng)目的參與部門、指定項(xiàng)目的研制階段、指定項(xiàng)目的主要成員（技術(shù)指揮、行政指揮）、指定項(xiàng)目需要的其他系統(tǒng)的接口（如PDM 等）、定義項(xiàng)目的需求（如研制總要求/合同文件等）；

·總師/副總師根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況分解項(xiàng)目WBS，按專業(yè)進(jìn)行項(xiàng)目WBS 結(jié)構(gòu)分解，指定每個(gè)專業(yè)的負(fù)責(zé)人；

·各專業(yè)負(fù)責(zé)人根據(jù)項(xiàng)目需要指定專業(yè)團(tuán)隊(duì)成員，并定義其在當(dāng)中的角色（如主管設(shè)計(jì)師和設(shè)計(jì)師）；

·各專業(yè)負(fù)責(zé)人定義各自的需求（如總體專業(yè)是大總體給的需求，分系統(tǒng)專業(yè)是總體專業(yè)給的需求），可從需求模板庫(kù)中快速選擇完成；

·各專業(yè)負(fù)責(zé)人根據(jù)需求定義其需要交付的結(jié)果文件和研究所內(nèi)質(zhì)量文件要求的歸檔管理文件，可從標(biāo)準(zhǔn)交付物模板庫(kù)中快速選擇完成；定義完成后，將需求和其驗(yàn)證需求的結(jié)果文件進(jìn)行關(guān)聯(lián)；

·各專業(yè)負(fù)責(zé)人根據(jù)結(jié)果文件定義任務(wù)（工作項(xiàng)/工作活動(dòng)）完成相應(yīng)的結(jié)果文件，可從標(biāo)準(zhǔn)工作項(xiàng)模板庫(kù)中選擇，快速進(jìn)行項(xiàng)目策劃。定義工作項(xiàng)的基本屬性（名稱、編號(hào)、密級(jí)、階段、專業(yè)、計(jì)劃開始時(shí)間/計(jì)劃完成時(shí)間、工作項(xiàng)負(fù)責(zé)人、參與人），將工作項(xiàng)進(jìn)行派發(fā)；

·主管設(shè)計(jì)師（或工作項(xiàng)負(fù)責(zé)人）繼續(xù)定義工作項(xiàng)的輸入（可新建或選擇其他工作項(xiàng)的輸出）、輸出（選擇結(jié)果文件）、工作活動(dòng)（可將工作項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行繼續(xù)分解，指派設(shè)計(jì)師共同完成任務(wù)；定義工作活動(dòng)的基本信息、輸入、輸出、知識(shí)和工具）、定義工作項(xiàng)的質(zhì)量檢查表（如標(biāo)準(zhǔn)化要求等）、關(guān)聯(lián)相關(guān)知識(shí)等?？牲c(diǎn)擊相關(guān)工作項(xiàng)，查看與其有數(shù)據(jù)關(guān)系的上下游工作項(xiàng)，查看其他工作項(xiàng)的進(jìn)度狀態(tài)和數(shù)據(jù)狀態(tài)；

圖2 平臺(tái)應(yīng)用場(chǎng)景與流程

·主管設(shè)計(jì)師（或工作項(xiàng)負(fù)責(zé)人）啟動(dòng)任務(wù)，進(jìn)行任務(wù)下發(fā)；

·主管設(shè)計(jì)師/設(shè)計(jì)師在其待辦任務(wù)中查看該任務(wù)，點(diǎn)擊任務(wù)名稱，進(jìn)入?yún)f(xié)同工作臺(tái)，查看任務(wù)的基本信息；

·主管設(shè)計(jì)師/設(shè)計(jì)師查看完成該任務(wù)所需要用到的輸入數(shù)據(jù)（各個(gè)版本）；

·主管設(shè)計(jì)師/ 設(shè)計(jì)師利用關(guān)聯(lián)的知識(shí)和工具，輔助工作的完成；在任務(wù)執(zhí)行中，可在其執(zhí)行頁(yè)面直接搜索查看知識(shí)工程中的知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用、可以添加軟件清冊(cè)中軟件進(jìn)行應(yīng)用；同時(shí)記錄相關(guān)的工作日志和問(wèn)題報(bào)告；可將相關(guān)數(shù)據(jù)和過(guò)程文件保存到工作文件中（相當(dāng)于云盤，可在線編輯自動(dòng)保存），以防因保密、文件夾繁多，時(shí)間過(guò)久而找不到相關(guān)文件；

·主管設(shè)計(jì)師/設(shè)計(jì)師上傳所需要提交的輸出數(shù)據(jù)（可將本地計(jì)算機(jī)中的文件上傳到平臺(tái)中，也可以將工作文件區(qū)的文件直接引入到輸出數(shù)據(jù)中）；下游工作項(xiàng)實(shí)時(shí)收到其輸出數(shù)據(jù)作為自己的輸入數(shù)據(jù)，并通知其任務(wù)執(zhí)行人有新數(shù)據(jù)更新；

·質(zhì)量人員可對(duì)各專業(yè)的交付物質(zhì)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量檢查、檢查輸入輸出數(shù)據(jù)的版本是否一致、檢查所需要提交歸檔的文檔是否齊全、檢查結(jié)果是否滿足其需求。

在型號(hào)產(chǎn)品研發(fā)期間，總設(shè)計(jì)師/副總設(shè)計(jì)師、技術(shù)指揮、行政指揮、主任設(shè)計(jì)師、副主任設(shè)計(jì)師可全程監(jiān)控產(chǎn)品整體研發(fā)進(jìn)度和相關(guān)數(shù)據(jù)或文件的狀態(tài)；可以監(jiān)控各研究室所負(fù)責(zé)的工作項(xiàng)的進(jìn)展情況，包括工作項(xiàng)狀態(tài)、交付物狀態(tài)、工時(shí)、問(wèn)題報(bào)告等。平臺(tái)應(yīng)用場(chǎng)景與流程如圖2 所示。

基于上述應(yīng)用場(chǎng)景與流程，通過(guò)實(shí)際研制型號(hào)，如XXX 導(dǎo)彈主發(fā)動(dòng)機(jī)、XXX 導(dǎo)彈動(dòng)力裝置等對(duì)該平臺(tái)開展測(cè)試應(yīng)用工作，初步探索基于WBS 工作任務(wù)分解思想，以流程化、協(xié)同化方式開展發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)工作的數(shù)字化研發(fā)模式，并為PERA 平臺(tái)在研究所內(nèi)的全面推廣使用奠定了基礎(chǔ)。

通過(guò)PERA 平臺(tái)的應(yīng)用研究，內(nèi)蒙動(dòng)力機(jī)械研究所初步實(shí)現(xiàn)了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)過(guò)程中部分設(shè)計(jì)流程、仿真流程、算法工具的集成封裝，增加了研發(fā)過(guò)程管理信息化手段，提升了協(xié)同研發(fā)設(shè)計(jì)模式實(shí)踐水平，積累了多學(xué)科過(guò)程耦合及協(xié)同仿真技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，掌握了模塊化方法思路及工具，落實(shí)了仿真計(jì)算過(guò)程模板化技術(shù)思路，降低了仿真工具應(yīng)用門檻，加快了設(shè)計(jì)迭代，初步形成了基于流程化的協(xié)同設(shè)計(jì)、仿真與優(yōu)化能力，使研究所具備一定的研發(fā)過(guò)程管控能力?！?/p>