商用航空發(fā)動機產品研發(fā)體系中臺研究與探索

■ 張衛(wèi)善 方雋 黃博 王文耀 楊博文 王惠 王麗 / 中國航發(fā)商發(fā)

航空發(fā)動機產品研發(fā)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(huán)境異構性強，通過傳統(tǒng)方法獲得足夠完整和準確的信息挑戰(zhàn)極大。在此情況下，利用中臺技術抽取體系要素建、用狀態(tài)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(yōu)化和系統(tǒng)提升。

中國航發(fā)商發(fā)的產品研發(fā)體系已具備一定規(guī)模，被廣泛用來指導、支撐和規(guī)范產品研發(fā)過程。隨著研究的深入和認知的提高，流程架構在改進優(yōu)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(zhàn)持續(xù)增加，如圖1所示。隨著型號研發(fā)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(fā)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(fā)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(tǒng)性、連續(xù)性。要確保體系建設及時正確決策和高效精確執(zhí)行，就要求能夠在統(tǒng)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(zhí)行中做到上下對齊拉通，左右協(xié)同一致。在這種背景下，構建一套在統(tǒng)一邏輯架構下的體系建、用全景透視和應用監(jiān)測系統(tǒng)尤為關鍵。

圖1 產品研發(fā)體系要素及其關系

商發(fā)研發(fā)體系中臺概況

中國航發(fā)商發(fā)的研發(fā)體系中臺是在中國航發(fā)集團AEOS產品研發(fā)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(lián)網行業(yè)，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(fā)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(fā)局部和整體的不同層次的體系要素成效分析與評價。研發(fā)體系中臺主要包括如下功能：可以透視邏輯，明晰研發(fā)體系要素與要素之間的關系；能夠感知狀態(tài)，精準描述要素建設、使用狀態(tài)；輔助管理決策，支持體系工作者從不同層級問題定位、協(xié)調聯(lián)動、精準發(fā)力；推進全局優(yōu)化，通過共享協(xié)同和線上迭代，帶動體系系統(tǒng)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(tǒng)產品架構分解，各業(yè)務領域研制過程的開發(fā)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(jié)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(fā)活動分解（WBS）和研發(fā)體系要素3部分組成。其中，PBS是指按照推進系統(tǒng)級、產品系統(tǒng)級、部件與子系統(tǒng)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(fā)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(fā)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(tài)；體系結構樹視圖配合狀態(tài)燈，透視體系要素邏輯關系，直觀感知每個節(jié)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(jié)點篩選、收放、要素分類統(tǒng)計等基本功能；可配置產品結構節(jié)點各層級管理者，通過“分責到節(jié)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(tài)燈示意

體系結構樹在產品架構分解節(jié)點和開發(fā)活動節(jié)點上設置狀態(tài)燈，呈現體系建設的完整性和成熟度狀態(tài)。亮紅燈的節(jié)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(jié)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(jié)點的成熟度狀態(tài)，節(jié)點顏色體現不同成熟度比例。以指導書為例，如果節(jié)點所屬的指導書為6級或以上達到100%，狀態(tài)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(tǒng)數據源，確保在唯一數據源下業(yè)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(yè)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(fā)實現上，采用如Spring Boot等敏捷開發(fā)工具集，采用如MQ、Redis等中間件，確保技術框架靈活穩(wěn)定，快速響應業(yè)務變化。

圖3 研發(fā)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(guī)范的核心載體，是面向航空發(fā)動機具體設計活動和特定應用場景的關鍵使能資源。研發(fā)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(guī)劃—建設—沉淀—應用—改進的生命周期進行閉環(huán)管理，如圖4所示。在規(guī)劃階段，體系要素主要是基于公司技術研究和型號規(guī)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(xù)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(guī)劃中，從而形成體系要素管理提升閉環(huán)。

圖4 研發(fā)體系要素生命周期業(yè)務視圖

體系要素成熟度管理

研發(fā)體系要素成熟度是研發(fā)體系持續(xù)建設的核心標尺之一，其等級的高低與產品研發(fā)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(tǒng)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(guī)劃中。通過要素持續(xù)提升與沉淀，使得體系的“土壤”越來越肥沃，才會在型號研發(fā)活動中發(fā)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(xù)規(guī)劃、持續(xù)建設、持續(xù)集成、持續(xù)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(tài)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(chuàng)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(tài)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(lián)關系表。整體技術架構的核心是對象和關聯(lián)關系分離，通過這種方式滿足未來持續(xù)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(huán)管理全景視圖，如圖6所示。支持開展要素不同環(huán)節(jié)的整體管理和協(xié)同管理，比如查看建設規(guī)劃新增要素是否齊全，有建設規(guī)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(fā)體系管理的各個環(huán)節(jié)，全面感知要素建用狀態(tài)，真正實現“管得到”；通過對研發(fā)要素生命周期內各環(huán)節(jié)的有序銜接和協(xié)同，支撐關鍵路徑識別和決策，推動精細化和規(guī)范化管理，真正實現“管得好”。

圖6 研發(fā)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(fā)體系要素作為研發(fā)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(tài)。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(lián)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(fā)平臺的動態(tài)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(zhí)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(xié)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(jiān)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(tǒng)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(tǒng)資源運行數據，及時對資源供需情況和健康狀態(tài)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(tài)，同時還采集產品型號研發(fā)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(fā)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(fā)全過程的質量指數變化與體系要素狀態(tài)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(huán)節(jié)要素的效能評價。例如，通過抽取中臺的數據，統(tǒng)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(tài)，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(tài)等；試驗與驗證重點關注試驗任務的實時應用狀態(tài)，不同試驗任務下的試驗數據狀態(tài)等。通過系統(tǒng)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(tài)分析。

結束語

商發(fā)產品研發(fā)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(lián)，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(jié)點匹配，感知體系要素在研發(fā)過程的應用。通過中臺與要素庫和應用系統(tǒng)集成，做到體系建設和運行狀態(tài)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(xù)完善和系統(tǒng)提升。目前，商發(fā)產品研發(fā)體系中臺已完成原型系統(tǒng)開發(fā)，初步具備全景感知和運行監(jiān)測能力，未來體系中臺要發(fā)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(xù)優(yōu)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(fā)銜接，支撐各類體系要素的有序沉淀，持續(xù)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(huán)和演化升級，回答好產品研發(fā)體系“建得怎么樣”和“用得怎么樣”的問題。