基于航天型號協(xié)同設(shè)計流程的資源共享模式研究

◎北京宇航系統(tǒng)工程研究所 張茜 孫樹森 武園浩 聶蓉梅 趙博

針對航天型號設(shè)計資源管理分散、資源未與研制過程相結(jié)合所導致的資源利用率較低的問題，進行了設(shè)計資源統(tǒng)一管理方法論證，形成了設(shè)計資源二維分類模型，提出了資源綁定和資源推送兩種基于流程的資源共享方式，在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了資源管理系統(tǒng)和協(xié)同流程平臺，并以航天型號管路系統(tǒng)設(shè)計流程為案例進行應(yīng)用實踐，驗證了基于航天型號協(xié)同設(shè)計流程的資源共享模式能夠有效地提高資源的利用率，有利于型號設(shè)計經(jīng)驗的積累，從而提高航天型號的研制效率和質(zhì)量。

一、引言

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，信息資源呈現(xiàn)了爆發(fā)式的增長，國內(nèi)外對于知識資源管理及其服務(wù)的研究也日益豐富，并且關(guān)注的焦點也從資源管理理念和概念的認識轉(zhuǎn)移到了具體的行業(yè)應(yīng)用，解決具體的企業(yè)問題。國內(nèi)外很多大型企業(yè)已經(jīng)建立起了針對自己企業(yè)特點的資源管理系統(tǒng)，將資源管理理論運用到實踐中來獲得競爭優(yōu)勢，如NASA與通用電氣（GE）等公司聯(lián)合建設(shè)了NPSS軟件，其中管理了大量的發(fā)動機設(shè)計相關(guān)資源，幫助快速開展發(fā)動機方案設(shè)計[1]；西門子公司建立了資源管理平臺——ShareNet[2]，通過該平臺將公司積累的資源集合管理，形成了良性的資源共享空間，有效地增加了員工的專業(yè)能力；華為建立了資源管理平臺3MS和共享社區(qū)Hi[3]，實現(xiàn)了高效的組織內(nèi)或組織間的資源管理與交換共享。當前，以航天型號為代表的復雜產(chǎn)品研制企業(yè)正面臨著新技術(shù)、新形勢的挑戰(zhàn)，如何更加充分有效地利用資源，從而推動航天型號設(shè)計模式向智慧研發(fā)轉(zhuǎn)型[4]，是亟需探索的問題。

本文分析了當前航天型號資源管理和利用現(xiàn)狀，論述了

設(shè)計資源統(tǒng)一管理方法以及基于型號協(xié)同設(shè)計流程的兩種資源獲取方式，提出了基于流程的資源共享應(yīng)用模式，在此基礎(chǔ)上，研發(fā)相應(yīng)的信息化平臺，實現(xiàn)了該模式的應(yīng)用驗證，并與傳統(tǒng)的資源管理和利用模式進行對比，分析了基于流程的資源共享模式對航天型號研制的應(yīng)用價值。

二、航天型號設(shè)計資源共享需求分析

航天型號研制是典型的系統(tǒng)工程，多專業(yè)、多單位協(xié)同的過程也是產(chǎn)生知識和成果的過程，經(jīng)過數(shù)十年的研制經(jīng)驗積累，目前航天型號已逐漸形成了一整套研制過程體系和設(shè)計資源體系，無論是設(shè)計報告、經(jīng)驗、標準規(guī)范，還是型號工作流程本身，都是重要的資源財富，但這些資源并未實現(xiàn)充分利用，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

第一，信息系統(tǒng)相互割裂，資源存儲較分散。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，航天型號研制過程中應(yīng)用的信息系統(tǒng)逐漸增多，大量的電子化設(shè)計數(shù)據(jù)、文檔、模型得以受控保存。然而，這些信息系統(tǒng)都是獨立建設(shè)的，不同類別的資源都是在各自系統(tǒng)中存儲，未按照文件體系進行統(tǒng)一資源管理，難以實現(xiàn)有針對性的資源推送、高效的資源檢索等需求。此外，開展型號研制時，設(shè)計師要在工作過程中進入不同的系統(tǒng)環(huán)境查詢相關(guān)資源，不利于資源的高效利用。

第二，設(shè)計知識與設(shè)計過程沒有緊密融合。當前研制流程隱性化[5]、設(shè)計資源存儲分散，各類設(shè)計資源不能與設(shè)計過程較為緊密地結(jié)合，航天型號設(shè)計多年積累的核心技術(shù)和經(jīng)驗大多數(shù)以無形資源的形式掌握在各專業(yè)的專家的頭腦中，設(shè)計師在開展一項設(shè)計工作時，難以在短時間內(nèi)找到需要的標準規(guī)范、設(shè)計準則、歷史方案等相關(guān)資源，往往需要設(shè)計師憑借經(jīng)驗查找資源開展工作，導致設(shè)計過程中對已有資源的利用效率較低，甚至導致各項要求與實際工作存在脫節(jié)，影響協(xié)同的效率和質(zhì)量。

因此，如何能夠?qū)σ延械脑O(shè)計資源進行更高效的利用，快速精準獲取航天型號設(shè)計所需的信息，使知識能夠更好的服務(wù)于設(shè)計，提高設(shè)計效率，是航天型號信息化不可回避的問題。通過對當前問題的分析，航天型號設(shè)計資源共享的需求主要為以下兩點：

第一，設(shè)計資源的統(tǒng)一規(guī)范管理。在資源存儲過程中，需要按照文件體系將各類資源建立統(tǒng)一索引，按照專業(yè)、類型等屬性進行有組織的管理和關(guān)聯(lián)，形成資源索引樹，對資源進行統(tǒng)一的有序管理，為實現(xiàn)面向?qū)I(yè)的資源獲取和推薦提供支撐。

第二，將資源與設(shè)計過程緊密結(jié)合。資源充分利用的一個重要渠道就是將資源與設(shè)計過程緊密結(jié)合，在設(shè)計師開展工作時，能夠結(jié)合工作內(nèi)容，高效地提供設(shè)計師需要的資源，使資源更好地服務(wù)于設(shè)計。

三、基于流程的資源共享模式核心功能實現(xiàn)

（一）設(shè)計資源統(tǒng)一管理

航天型號協(xié)同設(shè)計過程積累了大量的設(shè)計資源，具有種類繁多、來源廣泛、數(shù)量龐大的特點，設(shè)計資源的統(tǒng)一規(guī)范管理是實現(xiàn)基于流程的資源共享、提高資源利用率的重要前提。為了更好地實現(xiàn)設(shè)計資源的統(tǒng)一管理，需要建立設(shè)計資源分類模型，能夠覆蓋各類設(shè)計資源，為資源管理的規(guī)范化、體系化提供基礎(chǔ)。此外，需要實現(xiàn)不同來源的資源按照分類模型歸類導入，批量實現(xiàn)現(xiàn)有資源的規(guī)范管理。

為了實現(xiàn)設(shè)計資源的分類規(guī)范化管理，需建立設(shè)計資源二維分類模型：針對資源的數(shù)據(jù)種類多的特點，在橫向上分為文檔資源、三維模型資源、試驗數(shù)據(jù)資源等類別；針對資源產(chǎn)生來源多的特點，縱向上不同的資源類別可分為總體、增壓輸送系統(tǒng)、測量系統(tǒng)等大類，并在這些大類下進一步細分，以文檔類資源為例，可細分為設(shè)計任務(wù)書、方案設(shè)計報告、接口協(xié)調(diào)要求等類別。

航天型號設(shè)計資源存儲在不同的信息系統(tǒng)，為了實現(xiàn)資源的統(tǒng)一管理，需要將不同來源的設(shè)計資源統(tǒng)一導入，并自動按照上述分類模型進行歸類。首先，采用數(shù)據(jù)爬蟲技術(shù)從分散的數(shù)據(jù)中心、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)和抽取相應(yīng)的資源數(shù)據(jù)[6]，采用數(shù)據(jù)聚類方法對采集的數(shù)據(jù)聚集和接入，從而實現(xiàn)跨平臺資源的采集。其次，按照資源的數(shù)據(jù)類型，將采集到的資源對照設(shè)計資源二維分類模型進行橫向分類。最后，結(jié)合資源的原有屬性信息（包括資源名稱、專業(yè)），通過語義匹配實現(xiàn)資源與設(shè)計資源二維分類模型的縱向分類快速關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)資源的歸類管理。

在上述設(shè)計資源統(tǒng)一管理方法的基礎(chǔ)上，開發(fā)了資源管理系統(tǒng)，以標簽頁導航的形式實現(xiàn)資源的分類型查看，在每一大類下，以結(jié)構(gòu)樹形式分級分類展示資源，實現(xiàn)資源的規(guī)范化管理，如圖1所示。

圖1 資源管理系統(tǒng)

（二）基于型號協(xié)同設(shè)計流程的資源獲取

基于型號協(xié)同設(shè)計流程的資源獲取功能是保障設(shè)計過程與設(shè)計資源緊密結(jié)合的重要手段，使已有的成果積累能夠為設(shè)計師提供更強的支撐，幫助設(shè)計師更加高質(zhì)量、高效率地開展設(shè)計活動。首先面向型號協(xié)同設(shè)計需求，構(gòu)建了協(xié)同流程平臺，能夠支持型號研制流程的建模，定義流程任務(wù)的輸入輸出、執(zhí)行人，實現(xiàn)流程驅(qū)動的協(xié)同設(shè)計，如圖2所示。

圖2 協(xié)同流程平臺

其次，將協(xié)同流程平臺與資源管理系統(tǒng)集成，實現(xiàn)用戶統(tǒng)一認證，協(xié)同流程平臺能夠獲取資源管理系統(tǒng)的資源模型結(jié)構(gòu)樹并調(diào)用資源管理系統(tǒng)的檢索服務(wù)，并在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)兩種基于流程的資源獲取模式：

（1）基于流程任務(wù)的資源綁定

基于流程任務(wù)的資源綁定應(yīng)用于流程建模階段和流程執(zhí)行階段，在該方式下，流程創(chuàng)建者（一般為專業(yè)負責人）可通過在任務(wù)下綁定資源的方式，為任務(wù)執(zhí)行者定向推送必備資源，具體實現(xiàn)過程如圖所示。首先在流程建模階段，流程創(chuàng)建者在協(xié)同流程平臺創(chuàng)建流程任務(wù)，通過調(diào)用資源管理系統(tǒng)的檢索服務(wù)查找該任務(wù)所必備的資源，資源管理系統(tǒng)利用基于語義的全文檢索技術(shù)，實現(xiàn)資源的檢索，并將檢索到的資源鏈接反饋給協(xié)同流程平臺，流程創(chuàng)建者根據(jù)需要將資源綁定在任務(wù)中；在流程執(zhí)行階段，任務(wù)執(zhí)行人執(zhí)行該任務(wù)時，能夠直接查看綁定的資源詳情。此外，對于綁定在流程任務(wù)下的資源，可以作為附件保存在流程模板中，方便后續(xù)復用。

（2）基于流程任務(wù)的資源自動推送

基于流程任務(wù)的資源自動推送方式應(yīng)用于流程執(zhí)行階段，在該方式下，設(shè)計師在平臺執(zhí)行流程任務(wù)時，通過任務(wù)驅(qū)動的研發(fā)設(shè)計資源智能匹配[7]，實現(xiàn)高效的資源推送，具體實現(xiàn)過程如圖所示。首先，設(shè)計師進入到任務(wù)執(zhí)行頁面，點擊資源推送標簽頁，協(xié)同流程平臺會自動發(fā)送任務(wù)名稱給資源管理系統(tǒng)作為檢索關(guān)鍵詞，資源管理系統(tǒng)基于關(guān)鍵詞開展資源的檢索，并將檢索到的資源鏈接以及資源所屬的結(jié)構(gòu)樹，反饋給協(xié)同流程平臺。設(shè)計師能夠按照結(jié)構(gòu)樹分類查看資源，并通過鏈接跳轉(zhuǎn)到資源管理系統(tǒng)中獲取資源詳情。

四、基于流程的資源共享模式應(yīng)用效果

為了驗證基于流程的資源共享模式的實用性和應(yīng)用價值，本文以航天型號管路系統(tǒng)設(shè)計為典型案例開展應(yīng)用驗證。首先按照設(shè)計資源二維分類模型，在資源管理系統(tǒng)中建立航天型號設(shè)計資源統(tǒng)一索引庫，并將文檔等資源統(tǒng)一接入到系統(tǒng)中，通過自動索引、自動分類和自動標識等，實現(xiàn)航天型號設(shè)計資源的統(tǒng)一集成管理，形成面向航天型號研制過程的研發(fā)設(shè)計資源空間。其次，管路系統(tǒng)及總裝設(shè)計專業(yè)負責人結(jié)合實際業(yè)務(wù)過程，在型號協(xié)同流程系統(tǒng)中創(chuàng)建管路系統(tǒng)設(shè)計流程模型，并在流程任務(wù)中綁定設(shè)計師完成該項任務(wù)所必備的資源，如標準規(guī)范、設(shè)計準則等。最后，在上述準備工作基礎(chǔ)上，管路系統(tǒng)專業(yè)設(shè)計師基于流程開展設(shè)計工作，在執(zhí)行工作任務(wù)時，能夠在系統(tǒng)中看到專業(yè)負責人綁定的必備資源，也能夠看到系統(tǒng)推送的設(shè)計師可能感興趣的資源，從而實現(xiàn)面向設(shè)計過程的設(shè)計資源共享，如圖5所示。

圖3 基于流程任務(wù)的資源綁定模式

圖5 基于管路設(shè)計流程的資源利用

通過在航天型號典型案例的應(yīng)用，可見基于協(xié)同設(shè)計流程的資源共享模式與傳統(tǒng)的設(shè)計師自行查找資源的方式相比，實現(xiàn)了以下兩個方面的提升：

圖4 基于流程任務(wù)的資源自動推送

（1）基于協(xié)同設(shè)計流程的資源共享模式能夠結(jié)合設(shè)計流程，在設(shè)計師開展任務(wù)的過程中實現(xiàn)資源的精準推送，便于設(shè)計師快速獲取所需資源，顯著縮短了資源查找的時間。與設(shè)計師自己查找所需的知識這種被動服務(wù)方式相比，資源推送的方式能夠主動滿足設(shè)計師對知識資源的需求，能夠更好地為設(shè)計師開展設(shè)計工作提供規(guī)范化的指導，極大地提高了資源利用率，有助于提高設(shè)計質(zhì)量；

（2）通過資源與流程的綁定，型號協(xié)同設(shè)計的流程體系和資源體系以顯性化的方式相結(jié)合，并形成流程模板，作為新的資源保存下來，實現(xiàn)了設(shè)計經(jīng)驗的積累和復用，從而更有效地為后續(xù)的型號研制工作提供資源支撐。

五、結(jié)束語

本文面向航天型號設(shè)計資源共享需求，論證了基于協(xié)同設(shè)計流程的資源共享模式，以設(shè)計資源統(tǒng)一管理、基于流程的資源獲取為核心功能，建設(shè)了協(xié)同流程平臺和資源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于流程的資源推送、資源綁定，并以航天型號管路系統(tǒng)設(shè)計為典型案例驗證了該模式的應(yīng)用價值。在當前建設(shè)航天強國的時代背景下，推進研發(fā)設(shè)計模式創(chuàng)新、推動形成知識型研發(fā)企業(yè)勢在必行，基于協(xié)同設(shè)計流程的資源共享模式能夠整合型號研制中大量分散在不同系統(tǒng)中的資源，使得型號設(shè)計流程和資源充分地融合，促使了設(shè)計資源的高效共享和利用，能夠有效地促進航天型號創(chuàng)新研發(fā)能力的提升，從而推動航天型號研發(fā)模式的轉(zhuǎn)型升級。