基于流程驅(qū)動的商用發(fā)動機集成研發(fā)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用

■ 肖宜軒 王麗 楊怡 吳騰云 / 中國航發(fā)商發(fā)

商用航空發(fā)動機研發(fā)是一項高度復(fù)雜的系統(tǒng)工程，為滿足可靠性要求需要開展多輪的設(shè)計迭代。同時，商用航空發(fā)動機研制還需要滿足產(chǎn)品適航要求，向適航當(dāng)局展示完整、可追溯的研制過程。隨著航空發(fā)動機復(fù)雜度的提高，迫切需要一個產(chǎn)品集成研發(fā)系統(tǒng),將工具和方法進行有效整合集成、設(shè)計流程進行有效管控、設(shè)計過程數(shù)據(jù)版本及成套性進行統(tǒng)一管理。

中國航發(fā)商發(fā)承擔(dān)著我國大型商用航空發(fā)動機的自主研制任務(wù)，在研發(fā)體系建設(shè)的推進過程中遇到了一系列的問題和挑戰(zhàn)，有必要通過發(fā)動機集成研發(fā)系統(tǒng)建設(shè)，形成發(fā)動機各專業(yè)設(shè)計子系統(tǒng)，支撐部件系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計。通過有效集成并管控流程、工具、方法、數(shù)據(jù)等技術(shù)要素，實現(xiàn)對研發(fā)過程的有效管控，提高設(shè)計工作效率和設(shè)計質(zhì)量，保證在設(shè)計過程中數(shù)據(jù)及其關(guān)聯(lián)信息的可追溯，支撐產(chǎn)品適航審定。

建設(shè)內(nèi)容

中國航發(fā)商發(fā)從2014年起開展通用設(shè)計流程的梳理；2016年6月底完成系統(tǒng)主要功能開發(fā)，各部件、系統(tǒng)所有專業(yè)內(nèi)設(shè)計流程的模板開發(fā)以及集成研發(fā)系統(tǒng)V1.0版本上線；2017年9月完成與其他相關(guān)信息系統(tǒng)集成接口實施工作，并完成集成研發(fā)系統(tǒng)V2.0上線。集成研發(fā)系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容包括確立系統(tǒng)框架和在框架上實施的設(shè)計流程及專業(yè)設(shè)計系統(tǒng)。

集成研發(fā)系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容主要包括：

● 建立集成研發(fā)系統(tǒng)總體框架（見圖1），涵蓋任務(wù)管理、流程管理、工具管理、數(shù)據(jù)管理等模塊，滿足發(fā)動機各部件系統(tǒng)的集成設(shè)計和分析的基本功能要求。

圖1 集成研發(fā)系統(tǒng)總體架構(gòu)

● 提供組件化、低代碼的開發(fā)方式的集成開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)對設(shè)計流程、工具方法、工作指導(dǎo)書、標(biāo)準(zhǔn)等體系要素的有效集成封裝，形成標(biāo)準(zhǔn)化、界面化、可重用的工具模板、活動模板、流程模板，提高過程管控的規(guī)范性。

● 建立設(shè)計過程數(shù)據(jù)版本管理、多方案管理功能，實現(xiàn)對設(shè)計過程數(shù)據(jù)的可追溯、可復(fù)現(xiàn)，為構(gòu)建滿足適航審查要求的研發(fā)系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。

● 通過任務(wù)管理和流程管理的融合，實現(xiàn)研發(fā)過程的有序管理和資源的整合配置，支持研發(fā)過程的精細(xì)化管理，實現(xiàn)跨部件系統(tǒng)的有效協(xié)同。

● 將集成研發(fā)系統(tǒng)和周邊信息化系統(tǒng)，如項目管理系統(tǒng)、高性能系統(tǒng)、試驗數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等進行有效集成，建立完整的數(shù)字化研發(fā)體系。

實施方法

發(fā)動機的復(fù)雜性決定了集成研發(fā)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的信息化系統(tǒng)，需要采用系統(tǒng)工程的方法來開展。中國航發(fā)商發(fā)在項目實施過程中將系統(tǒng)建設(shè)分為9個階段，且每個階段都形成交付物并通過評審方式進行狀態(tài)管控。同時每個階段工作的開展，都要依據(jù)相關(guān)管理文件來執(zhí)行。集成研發(fā)系統(tǒng)建設(shè)實施思路如圖2所示。

圖2 集成研發(fā)系統(tǒng)建設(shè)實施思路

組建項目團隊并建立溝通機制

基于集成研發(fā)系統(tǒng)建設(shè)實施與發(fā)動機業(yè)務(wù)高度融合的特點，為提高實施效率以及開發(fā)的資源模板的可用性，項目組建立了由設(shè)計部門的工程師和信息技術(shù)（IT）實施人員聯(lián)合的開發(fā)團隊，以保障IT實施的業(yè)務(wù)符合性。此外，為增強項目進度及溝通管理，還建立了分層例會制度，保障項目能夠按計劃順利開展，項目團隊組織架構(gòu)如圖3所示。

圖3 項目團隊組織架構(gòu)

采用規(guī)范化與靈活性的處理方式

發(fā)動機的產(chǎn)品研發(fā)過程是一個復(fù)雜的迭代過程，存在許多不確定因素。如何在考慮規(guī)范性的同時能兼顧靈活性的需求，是集成研發(fā)系統(tǒng)需要考慮解決的問題。

面對可預(yù)測性的部分，首先，研發(fā)業(yè)務(wù)要以通用的流程為基礎(chǔ)，根據(jù)研發(fā)場景定義研發(fā)流程模板系列，然后依據(jù)已經(jīng)具備的能力，形成產(chǎn)品研發(fā)活動模板的全集，包括定義其輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)以及工具；其次，形成的數(shù)據(jù)接口文件需要通過基線發(fā)布及變更管理來控制，確保其權(quán)威性；再次，活動及流程之間的數(shù)據(jù)傳遞有審核簽署環(huán)節(jié)，確保其有效性；最后，對已形成的可復(fù)用的在線要素，需要持續(xù)的通過應(yīng)用進行完善。

面對不可預(yù)測性的部分，如果需要工具但又沒有工具支撐的情況，產(chǎn)品研發(fā)任務(wù)會轉(zhuǎn)移為技術(shù)研究任務(wù)。對于已有工具支撐的情況，首先，集成研發(fā)系統(tǒng)應(yīng)該具備流程模板、活動模板及工具模板3層架構(gòu)，流程、活動以及工具具有相對的獨立性，任何要素的變化和調(diào)整的影響都實現(xiàn)局部化，不會對系統(tǒng)產(chǎn)生影響，這是靈活性的基礎(chǔ)；其次，全部工具需要提前封裝，這是活動和流程可以快速定制的基礎(chǔ)；最后，業(yè)務(wù)方面在開展不可預(yù)測的任務(wù)時，需要和能力支撐團隊一起進行共同策劃，一方面明確了業(yè)務(wù)協(xié)同的范圍、協(xié)同的對象和步驟，同時也形成了工作的流程及包含的活動方案，為活動模板和流程模板快速定制提供了具體輸入。

對設(shè)計過程的數(shù)據(jù)進行成套管理

航空發(fā)動機研發(fā)過程中，項目從整機到部件系統(tǒng)再到零組件設(shè)計會產(chǎn)生大量的迭代數(shù)據(jù)，這些設(shè)計數(shù)據(jù)在形成過程中產(chǎn)生了多套數(shù)據(jù)集并構(gòu)成設(shè)計方案（見圖4），需要對其成套性及版本進行管理和匹配，方便用戶進行調(diào)用、查看以及管理。

圖4 發(fā)動機設(shè)計過程中的多方案并行

采用多系統(tǒng)架構(gòu)和問題管理系統(tǒng)

隨著發(fā)動機產(chǎn)品研發(fā)體系建設(shè)的不斷完善，方法、流程等體系要素也在不斷優(yōu)化，集成研發(fā)系統(tǒng)的資源模板也隨之變化，此外，系統(tǒng)功能也會根據(jù)業(yè)務(wù)的變化而變更，這些變更內(nèi)容都有可能帶來系統(tǒng)故障。集成研發(fā)系統(tǒng)作為支撐發(fā)動機型號設(shè)計的信息化系統(tǒng)，需要系統(tǒng)穩(wěn)定性好，否則出現(xiàn)問題可能會造成極大的影響。因此，集成研發(fā)系統(tǒng)提出了多系統(tǒng)架構(gòu)的思路（見圖5），除了型號設(shè)計工作使用的生產(chǎn)系統(tǒng)，還構(gòu)建了模板開發(fā)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)測試系統(tǒng)以及系統(tǒng)功能測試系統(tǒng)。系統(tǒng)部署新的功能補丁和模板產(chǎn)生變更需求時，需要在相應(yīng)系統(tǒng)上進行充分測試驗證后，部署至生產(chǎn)系統(tǒng)投入使用，以保證生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

圖5 集成研發(fā)系統(tǒng)多系統(tǒng)架構(gòu)邏輯圖

在集成研發(fā)系統(tǒng)運行使用過程中，因為應(yīng)用范圍覆蓋了發(fā)動機全部部件系統(tǒng)和專業(yè)，有業(yè)務(wù)運行場景復(fù)雜、用戶人數(shù)多的特點，所以實際使用中會出現(xiàn)系統(tǒng)功能、模板開發(fā)及使用等方面的問題及需求。此外，不同的問題可能需要不同角色的人員來處理，如模板開發(fā)人員、系統(tǒng)管理員、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理員等。因此，集成研發(fā)系統(tǒng)使用了問題管理系統(tǒng)來進行問題的收集和處理，用戶通過統(tǒng)一的系統(tǒng)提交問題，由相關(guān)人員根據(jù)問題的分類分派給對應(yīng)問題處理人員解決問題，并在用戶確認(rèn)后關(guān)閉問題。問題流轉(zhuǎn)及處理的全過程都可被跟蹤記錄，并且問題解決措施和經(jīng)驗也可以積累沉淀下來。

采取建用結(jié)合的方式進行推廣

通過信息化系統(tǒng)集成體系技術(shù)要素并開展型號研制工作，是中國航發(fā)商發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重大變革。在項目實施的過程中選取了渦輪部件進行試點，首先拉通了渦輪專業(yè)內(nèi)及跨專業(yè)的協(xié)同，其他部件以渦輪部件為標(biāo)桿也隨后完成了專業(yè)子系統(tǒng)的建設(shè)。在系統(tǒng)基本功能具備后就開始投入使用，同時使用過程中不斷產(chǎn)生的業(yè)務(wù)新需求也促進了系統(tǒng)建設(shè)的優(yōu)化完善。

應(yīng)用效果

通過集成研發(fā)系統(tǒng)的建設(shè)，已完成發(fā)動機各部件系統(tǒng)共224個流程模板、803個活動模板、540個工具模板的封裝搭建，共有800余用戶在系統(tǒng)中完成超過5000項設(shè)計任務(wù)。通過集成研發(fā)系統(tǒng)在型號項目上的推廣使用，實現(xiàn)了對產(chǎn)品研發(fā)過程的有效管控，取得了一定的成效，建立了任務(wù)流程一體化、分工明確、協(xié)作有序的研發(fā)系統(tǒng)；通過數(shù)字化手段規(guī)范了設(shè)計流程，有效地集成和管控了標(biāo)準(zhǔn)、工具、數(shù)據(jù)等技術(shù)要素，實現(xiàn)了人員、專業(yè)、業(yè)務(wù)間的協(xié)同和規(guī)范有序執(zhí)行，提升了整體工作質(zhì)量；通過對工具的封裝開發(fā)，統(tǒng)一設(shè)計許用工具的版本和界面，減少了學(xué)習(xí)成本及數(shù)據(jù)處理時間，降低了人為出錯的可能性，提高了設(shè)計效率；通過對數(shù)據(jù)的成套性管理及多方案管理，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化存儲及管理，保證了設(shè)計過程數(shù)據(jù)的可追溯、可復(fù)現(xiàn)、可重用，為未來適航審定提供支撐；通過將體系要素不斷沉淀和固化，使知識能夠不斷積累和重用，識別問題和差距，推動體系持續(xù)優(yōu)化；通過項目管理和流程管理的緊密集成，解決了項目監(jiān)控實時性不足以及項目任務(wù)內(nèi)部運行機制不可控的問題，也克服了流程管理中缺少任務(wù)工期優(yōu)化、計劃管控不足等方面的問題，為發(fā)動機的研發(fā)帶來了管理理念和方法的改善提升。

結(jié)束語

集成研發(fā)系統(tǒng)是實現(xiàn)AEOS建設(shè)成果落地運行的核心載體，是打通企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型“最后一公里”的關(guān)鍵所在，是正向自主研發(fā)能力的集中呈現(xiàn)。集成研發(fā)系統(tǒng)的構(gòu)建，為發(fā)動機產(chǎn)品研發(fā)奠定了堅實的數(shù)字化基礎(chǔ)，提升了發(fā)動機研制整體的工程和管理水平。