航空發(fā)動(dòng)機(jī)集成研發(fā)系統(tǒng)需求分析

■ 張彪 譚旭剛 趙靖宇 / 中國(guó)航發(fā)研究院 栗文超 / 中國(guó)航發(fā)商發(fā)

集成研發(fā)系統(tǒng)通過信息化手段將航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)活動(dòng)中的技術(shù)流程、技術(shù)基礎(chǔ)（方法工具、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、工程數(shù)據(jù)）、技術(shù)管理和團(tuán)隊(duì)等要素進(jìn)行集成，形成統(tǒng)一的協(xié)同研發(fā)環(huán)境，有效地解決了航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品研發(fā)體系要素的碎片化問題，實(shí)現(xiàn)流程驅(qū)動(dòng)、工具集成、知識(shí)嵌入和數(shù)據(jù)共享，支撐產(chǎn)品研發(fā)活動(dòng)的規(guī)范、高效開展，加快產(chǎn)品自主研發(fā)能力形成。

從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造全過程來打破傳統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)下的部門分割，通過協(xié)同工作，重構(gòu)產(chǎn)品開發(fā)過程，運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法學(xué)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早期就考慮其后期發(fā)展的所有因素，以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造各項(xiàng)工作任務(wù)的成功率，從而大幅縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低成本，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。在集成研發(fā)系統(tǒng)的論證與建設(shè)過程中，從集團(tuán)層面考慮，航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品研發(fā)體系及相關(guān)信息化平臺(tái)的建設(shè)還存在力量分散、架構(gòu)不統(tǒng)一、內(nèi)容不完整和標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范等問題；從各直屬單位層面看，跨廠所的異地協(xié)同設(shè)計(jì)體系尚未完全建立，覆蓋項(xiàng)目研制全過程的數(shù)字化技術(shù)尚未得到驗(yàn)證，單項(xiàng)應(yīng)用伴生的信息孤島問題依然嚴(yán)峻，信息資源、開發(fā)能力、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等數(shù)字化應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)嚴(yán)重滯后，如圖1 所示。為推進(jìn)集團(tuán)層面的集成研發(fā)系統(tǒng)建設(shè)，解決中國(guó)航發(fā)產(chǎn)品研發(fā)存在的問題，促進(jìn)產(chǎn)品研發(fā)體系的落地實(shí)施。

圖 1 當(dāng)前協(xié)同研制示意

需要圍繞梳理出的問題對(duì)集成研發(fā)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)、功能、集成和其他需求進(jìn)行分析。

集成研發(fā)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求

業(yè)務(wù)需求主要通過“場(chǎng)景”來組織和描述，通過研發(fā)任務(wù)管理主場(chǎng)景以及研發(fā)數(shù)據(jù)管理、研發(fā)協(xié)同、自由協(xié)作、研發(fā)模板管理、多方案、提醒與預(yù)警、審批管理和系統(tǒng)集成，等8個(gè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)場(chǎng)景，捕獲研發(fā)過程中的問題和痛點(diǎn)，組織對(duì)應(yīng)的改善措施。其中，主場(chǎng)景也稱作“公共場(chǎng)景”或“主干場(chǎng)景”，當(dāng)一個(gè)場(chǎng)景會(huì)被其他更多場(chǎng)景復(fù)用時(shí)，則應(yīng)考慮將其作為公共場(chǎng)景，其他場(chǎng)景會(huì)圍繞著此場(chǎng)景展開或作為此場(chǎng)景的分支；關(guān)鍵業(yè)務(wù)場(chǎng)景則梳理了研發(fā)業(yè)務(wù)中最突出的問題和痛點(diǎn)及其改善措施，如圖2所示。

圖2 關(guān)鍵業(yè)務(wù)需求的場(chǎng)景關(guān)系

研發(fā)任務(wù)管理場(chǎng)景描述了研發(fā)任務(wù)流轉(zhuǎn)的一般過程，即從研發(fā)任務(wù)創(chuàng)建到任務(wù)完成的基本過程。通過建立研發(fā)任務(wù)管理，將需要協(xié)調(diào)、協(xié)同等任務(wù)流程在系統(tǒng)上進(jìn)行管控。場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)后，研發(fā)人員在系統(tǒng)中即可完成從創(chuàng)建任務(wù)、任務(wù)下發(fā)、任務(wù)執(zhí)行、任務(wù)提交等一系列任務(wù)管理過程。

研發(fā)數(shù)據(jù)管理場(chǎng)景描述了研發(fā)數(shù)據(jù)管理的方式以及存儲(chǔ)位置，提供過程數(shù)據(jù)管理機(jī)制，管理設(shè)計(jì)過程中所有與研發(fā)相關(guān)的數(shù)據(jù)，從而解決了過程數(shù)據(jù)未得到有效管理，同時(shí)保存格式不規(guī)范，導(dǎo)致設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)流失的問題。場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)后，工程師執(zhí)行研發(fā)任務(wù)產(chǎn)生的研發(fā)過程數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)到研發(fā)過程數(shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)管理；提供標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、過往、標(biāo)桿型號(hào)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，便于后期應(yīng)用和查找；需要進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比時(shí)，可從數(shù)據(jù)庫(kù)中直接抽取并進(jìn)行對(duì)比。

協(xié)同研發(fā)場(chǎng)景描述了在實(shí)際研發(fā)工作中，存在專業(yè)內(nèi)、跨專業(yè)以及跨域協(xié)同的場(chǎng)景。通過建立集成研發(fā)系統(tǒng)，由系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)分配以及任務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)的分發(fā)、記錄任務(wù)分配的過程和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，詳細(xì)記錄任務(wù)流轉(zhuǎn)以及數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的關(guān)系。場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)后，跨專業(yè)、專業(yè)內(nèi)、跨地域任務(wù)都由部件負(fù)責(zé)人在系統(tǒng)進(jìn)行分發(fā)，任務(wù)之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系在系統(tǒng)中詳細(xì)記錄，所有的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)都通過研發(fā)過程數(shù)據(jù)中心進(jìn)行，在研發(fā)過程數(shù)據(jù)中心對(duì)版本進(jìn)行管理。

自由協(xié)作場(chǎng)景描述了日常工作中對(duì)于新研制或流程不成熟的產(chǎn)品研發(fā)，并沒有事先梳理好的研發(fā)流程可以應(yīng)用，通常采取任務(wù)分解與任務(wù)執(zhí)行并行的協(xié)作模式。通過將過程數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，并詳細(xì)記錄真實(shí)的協(xié)作過程以及過程數(shù)據(jù)，解決自由協(xié)作流程難以復(fù)用和追溯的問題。場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)后，系統(tǒng)提供自由協(xié)作模式的應(yīng)用框架，允許自由創(chuàng)建任務(wù)并將任務(wù)建立關(guān)聯(lián)，同時(shí)對(duì)協(xié)作后的流程以及數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。

多方案場(chǎng)景包括多方案任務(wù)并行和多方案數(shù)據(jù)管理等。通過集成研發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行多方案任務(wù)管理和多方案數(shù)據(jù)管理，以可視化界面對(duì)存儲(chǔ)的多方案數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，解決了多種方案在并行開展時(shí)的過程數(shù)據(jù)無法追溯、存儲(chǔ)在個(gè)人電腦以及上下游數(shù)據(jù)鏈接不對(duì)等的問題。場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)后，在系統(tǒng)中創(chuàng)建多方案任務(wù)并提交審批，審批通過后發(fā)起多方案任務(wù)，否則取消執(zhí)行多方案任務(wù)。在執(zhí)行多方案任務(wù)后，將多方案數(shù)據(jù)發(fā)布存儲(chǔ)到研發(fā)過程數(shù)據(jù)庫(kù)，方便方案數(shù)據(jù)成套管理和數(shù)據(jù)對(duì)比。

研發(fā)模板管理場(chǎng)景存儲(chǔ)和創(chuàng)建數(shù)字化可復(fù)用的研發(fā)要素模板。通過建立數(shù)字化的研發(fā)要素模板庫(kù)，支持模板創(chuàng)建以及入庫(kù)，解決了目前體系要素多以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范文件形式存儲(chǔ)和查看的問題。場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)后，在系統(tǒng)中可以創(chuàng)建研發(fā)要素庫(kù)，可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、流程、活動(dòng)以及工具模板，須由專業(yè)負(fù)責(zé)人以及模板庫(kù)管理員審批后方可入庫(kù)。

提醒與預(yù)警場(chǎng)景是對(duì)研發(fā)過程中所涉及的提醒或預(yù)警的點(diǎn)進(jìn)行匯總描述。通過在研發(fā)任務(wù)或數(shù)據(jù)狀態(tài)變化時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出提醒或預(yù)警或由用戶手動(dòng)發(fā)出預(yù)警等措施，解決了上下游之間數(shù)據(jù)變更傳遞不及時(shí)導(dǎo)致的數(shù)據(jù)錯(cuò)用等問題。場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)后，上級(jí)向下級(jí)分配任務(wù)時(shí)，下級(jí)會(huì)接到任務(wù)提醒；下級(jí)確認(rèn)接收任務(wù)后，上級(jí)收到任務(wù)被接收的提醒；任務(wù)即將超時(shí)，提醒相關(guān)人員；發(fā)起任務(wù)完成時(shí)，上級(jí)收到任務(wù)完成的提醒。在任務(wù)執(zhí)行過程中，輸出的被下游引用的數(shù)據(jù)可能會(huì)發(fā)生變更時(shí)，可由設(shè)計(jì)員手動(dòng)給下游活動(dòng)發(fā)起預(yù)警。正式提交新版數(shù)據(jù)時(shí)，可由所有下游活動(dòng)責(zé)任人審批。數(shù)據(jù)發(fā)生版本變更時(shí)，系統(tǒng)發(fā)起預(yù)警到曾引用過該數(shù)據(jù)的活動(dòng)。

審批管理場(chǎng)景描述在日常協(xié)同過程中可能存在的審批點(diǎn)。通過顯性化方式將決策點(diǎn)和審批節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，解決了數(shù)據(jù)追溯性差、協(xié)調(diào)混亂的問題。場(chǎng)景建立后，對(duì)發(fā)起跨專業(yè)任務(wù)、發(fā)起多方案、發(fā)布數(shù)據(jù)、提交任務(wù)、調(diào)整任務(wù)、新建標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范目錄等活動(dòng)建立了完善的權(quán)限管理機(jī)制。

系統(tǒng)集成應(yīng)用場(chǎng)景描述了系統(tǒng)與系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過進(jìn)行多系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理及查詢，提高數(shù)據(jù)傳遞效率，規(guī)范數(shù)據(jù)傳遞方式，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，從而解決了多系統(tǒng)孤島、系統(tǒng)太多且沒有集成、相互銜接依靠人力的問題。場(chǎng)景建立后，系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)基于業(yè)務(wù)邏輯的互聯(lián)關(guān)系。

集成研發(fā)系統(tǒng)的功能需求

為了實(shí)現(xiàn)上述業(yè)務(wù)場(chǎng)景，集成研發(fā)系統(tǒng)應(yīng)具備研發(fā)模板建模與管理、研發(fā)任務(wù)及協(xié)同管理、研發(fā)數(shù)據(jù)管理、可視化管理和系統(tǒng)配置管理等5個(gè)功能模塊，如圖3所示。

圖3 平臺(tái)功能需求示意

研發(fā)模板建模與管理模塊對(duì)研發(fā)數(shù)據(jù)、活動(dòng)、流程、工具等研發(fā)要素的梳理，形成文本化的知識(shí)資產(chǎn)，為后續(xù)在系統(tǒng)中建模打下基礎(chǔ)；基于系統(tǒng)功能將文本化的知識(shí)資產(chǎn)轉(zhuǎn)化為數(shù)字化知識(shí)資產(chǎn)，封裝形成數(shù)據(jù)模板、活動(dòng)模板、研發(fā)流程模板和工具模板等研發(fā)體系要素資產(chǎn)存儲(chǔ)到分類管理庫(kù)中，為后續(xù)研發(fā)任務(wù)提供知識(shí)儲(chǔ)備，也是有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)全過程的規(guī)范性、科學(xué)性、嚴(yán)密性、高效性和統(tǒng)一性的重要環(huán)節(jié)。

研發(fā)任務(wù)及協(xié)同管理模塊需要實(shí)現(xiàn)研發(fā)任務(wù)的創(chuàng)建、下發(fā)、執(zhí)行和提交完成等一系列活動(dòng)，可通過系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)人與人之間的協(xié)同研發(fā)、協(xié)同任務(wù)分配、協(xié)同數(shù)據(jù)傳遞和跨域協(xié)同等一系列管理活動(dòng)。

研發(fā)數(shù)據(jù)管理需要實(shí)現(xiàn)研發(fā)過程數(shù)據(jù)的全面管理以及標(biāo)桿型號(hào)/過往型號(hào)的錄入及管理，除此之外，還需要提供數(shù)據(jù)對(duì)比功能，方便工程師利用現(xiàn)有系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和方案甄選。

可視化管理模塊針對(duì)系統(tǒng)中存在多種類數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)不同角色的關(guān)注點(diǎn)展示不同數(shù)據(jù)的功能。例如，項(xiàng)目管理者更多關(guān)心任務(wù)狀態(tài)、資源分配等數(shù)據(jù)；研發(fā)設(shè)計(jì)工程師更關(guān)心的是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可視化。因此，系統(tǒng)須支持按不同層次用戶需求提供不同層次用戶的使用界面和展示圖。

系統(tǒng)配置管理應(yīng)該支持在系統(tǒng)中根據(jù)航發(fā)集團(tuán)組織架構(gòu)和項(xiàng)目角色創(chuàng)建團(tuán)隊(duì)架構(gòu)。

集成研發(fā)系統(tǒng)的集成需求

集成研發(fā)系統(tǒng)應(yīng)能夠與各廠所已有的門戶系統(tǒng)、項(xiàng)目管控系統(tǒng)、協(xié)同研制平臺(tái)、高性能計(jì)算平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心以及需求管理系統(tǒng)、知識(shí)管理系統(tǒng)、材料數(shù)據(jù)庫(kù)等其他系統(tǒng)集成；應(yīng)具備高擴(kuò)展性，各功能之間要求松耦合，盡量保證功能之間沒有依賴性，產(chǎn)品各功能可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行各功能模塊的任意組合。

圖4 平臺(tái)集成場(chǎng)景示意

集成研發(fā)系統(tǒng)還應(yīng)具備易用性，系統(tǒng)的人機(jī)界面友好、界面設(shè)計(jì)科學(xué)合理和操作簡(jiǎn)單，操作按扭、快捷鍵、圖標(biāo)遵循一致的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，按鈕的位置、顏色符合其重要程度；用戶可以直接根據(jù)界面提示使用，無需過多地參考使用說明書和參加培訓(xùn)；內(nèi)容輸入的順序、查詢的方式和顯示格式，重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的相關(guān)性排列順序等符合用戶習(xí)慣及常見標(biāo)準(zhǔn)；系統(tǒng)要提供及時(shí)、清晰的信息反饋，包括狀態(tài)變化、下一步操作、異常、錯(cuò)誤等，能引導(dǎo)用戶正確快捷地進(jìn)行后續(xù)處理，提示類信息清晰具體, 并且可在管理界面進(jìn)行維護(hù)，常用提示信息要完整列出并統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)方式、統(tǒng)一資源定位器（URL）或案例。

集成研發(fā)系統(tǒng)的可維護(hù)性，主要從模塊化劃分、可重用、問題可定位、軟件變更和可測(cè)試等方面考慮，便于對(duì)軟件進(jìn)行長(zhǎng)期維護(hù)；可采取增加系統(tǒng)配置界面，減少通過后臺(tái)人工修改；盡量避免系統(tǒng)重啟，采用能及時(shí)修復(fù)的技術(shù)；增加系統(tǒng)定期自檢程序，防患于未然等措施。

集成研發(fā)系統(tǒng)的可靠性，主要從系統(tǒng)穩(wěn)定性、容錯(cuò)性和可恢復(fù)性等方面分析。系統(tǒng)穩(wěn)定性主要從持續(xù)服務(wù)時(shí)長(zhǎng)、系統(tǒng)主要功能可用度等方面考慮；容錯(cuò)性主要從系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，從故障的檢測(cè)、故障處理對(duì)策等方面的考慮；可恢復(fù)性主要考慮系統(tǒng)故障導(dǎo)致系統(tǒng)重啟或者故障消失后的系統(tǒng)表現(xiàn)是否確?；謴?fù)至正?？刂?。

結(jié)束語(yǔ)

通過航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品研發(fā)環(huán)節(jié)中的用戶需求梳理出航發(fā)產(chǎn)品研發(fā)中的關(guān)鍵業(yè)務(wù)需求，整理、匯總為功能模塊，以支撐后續(xù)方案編制與系統(tǒng)建設(shè)工作，所形成的綱領(lǐng)性文件，代表業(yè)務(wù)與信息技術(shù)的初步結(jié)合，為后續(xù)的高階方案、詳細(xì)方案以及系統(tǒng)建設(shè)提供明確的輸入，使之具備不遜于業(yè)界主流系統(tǒng)的運(yùn)行指標(biāo)。