航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)要素信息化實(shí)現(xiàn)總體架構(gòu)研究

■ 趙永宣 張彪 汪騰 李金剛/中國(guó)航發(fā)研究院

航空發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)水平的提升對(duì)研發(fā)流程、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與方法工具的信息化能力提出了更高要求。通過開展協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)的研究，有助于推進(jìn)集設(shè)計(jì)、仿真于一體的跨地域、跨部門、跨專業(yè)的協(xié)同研發(fā)環(huán)境建設(shè)，支撐產(chǎn)品的研發(fā)與管理活動(dòng)。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，旨在基于可重構(gòu)的研發(fā)服務(wù)分解與協(xié)同理論，在遵循計(jì)算機(jī)行業(yè)開發(fā)通用標(biāo)準(zhǔn)與中國(guó)航發(fā)軟件開發(fā)架構(gòu)要求的前提下，構(gòu)建包括應(yīng)用架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)及技術(shù)架構(gòu)在內(nèi)的IT架構(gòu)，從而為中國(guó)航發(fā)運(yùn)營(yíng)管理體系（AEOS）的產(chǎn)品研發(fā)體系信息化平臺(tái)建設(shè)提供架構(gòu)開發(fā)及部署實(shí)施的參考依據(jù)與指導(dǎo)，滿足跨地域、跨部門、跨專業(yè)協(xié)同的研發(fā)業(yè)務(wù)需求。

需求分析

航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品研發(fā)過程涉及跨地域、跨部門、跨專業(yè)的技術(shù)要素與關(guān)鍵信息的交互，信息交互的不暢給精準(zhǔn)高效的研發(fā)管理與技術(shù)決策帶來難度。與國(guó)際上成熟的航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)體系相比，我國(guó)在研發(fā)流程、方法工具、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等研發(fā)要素的管理方面存在明顯的短板，信息孤島和部門隔閡等問題在一定程度上影響了航空發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)的發(fā)展。為解決上述問題，中國(guó)航發(fā)開展了產(chǎn)品研發(fā)體系建設(shè)工作，各直屬單位已經(jīng)建成或開始建設(shè)自身的研發(fā)體系信息化平臺(tái)。但目前還存在著力量分散、架構(gòu)不統(tǒng)一、內(nèi)容不完整、不規(guī)范等諸多問題，通過研究各研發(fā)要素的信息化實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建集團(tuán)統(tǒng)一的協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)，支撐產(chǎn)品研發(fā)體系建設(shè)成果的快速落地。

研究各類研發(fā)要素的信息化實(shí)踐、構(gòu)建協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)，應(yīng)以航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)流程為主線，整合先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法、流程、知識(shí)、工具和資源，提供協(xié)同研發(fā)環(huán)境，從而有力地支撐發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的研發(fā)與管理活動(dòng)。

架構(gòu)設(shè)計(jì)

協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)的運(yùn)行邏輯為：以項(xiàng)目工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）為輸入，在系統(tǒng)工程方法論指導(dǎo)下對(duì)項(xiàng)目計(jì)劃進(jìn)行逐級(jí)細(xì)分，根據(jù)項(xiàng)目計(jì)劃完善航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體、系統(tǒng)/部件、零組件等各專業(yè)設(shè)計(jì)流程；各領(lǐng)域研發(fā)人員基于流程調(diào)用方法工具、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、知識(shí)數(shù)據(jù)及高性能計(jì)算等資源完成任務(wù)，并將設(shè)計(jì)結(jié)果反饋至相關(guān)負(fù)責(zé)人進(jìn)行審核，若審核通過則任務(wù)結(jié)束，若審核不通過則重新進(jìn)行迭代；根據(jù)需要將設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的設(shè)計(jì)報(bào)告和產(chǎn)品模型發(fā)送到產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中進(jìn)行審簽，審簽結(jié)束后將交付物和任務(wù)狀態(tài)反饋至項(xiàng)目管理系統(tǒng)，項(xiàng)目任務(wù)完成。

研發(fā)要素信息化實(shí)現(xiàn)總體架構(gòu)研究思路如圖1所示。架構(gòu)設(shè)計(jì)以支撐AEOS產(chǎn)品研發(fā)體系建設(shè)為目標(biāo)，以研發(fā)要素協(xié)同管理信息化、研發(fā)流程信息化、方法工具信息化、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范信息化為研究路徑，通過研究各設(shè)計(jì)模塊間的數(shù)據(jù)互聯(lián)與知識(shí)互通，依次構(gòu)建適用于復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的業(yè)務(wù)邏輯架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)與數(shù)據(jù)架構(gòu)，借助信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用之間信息透明平滑的訪問和溝通，實(shí)現(xiàn)流程的統(tǒng)一化、規(guī)范化、顯性化，以及業(yè)務(wù)、流程、數(shù)據(jù)的協(xié)同，支撐航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)過程的高效協(xié)同。

圖1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)要素信息化實(shí)現(xiàn)總體架構(gòu)研究思路

邏輯架構(gòu)

基于協(xié)同設(shè)計(jì)理念，梳理形成航空發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)邏輯架構(gòu)。邏輯架構(gòu)由資源層、組件層、環(huán)境層和業(yè)務(wù)層構(gòu)成，通過統(tǒng)一的流程、數(shù)據(jù)模型和適配器，融合工具、數(shù)據(jù)、流程和知識(shí)資源等要素，實(shí)現(xiàn)用戶的特定需求，具體如圖2所示。

圖2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)邏輯架構(gòu)

資源層包括已有和待建的工具、系統(tǒng)、異構(gòu)數(shù)據(jù)及知識(shí)，利用工程中間件適配器技術(shù)和方法，實(shí)現(xiàn)資源的集成與調(diào)用。具體包括設(shè)計(jì)、建?；蚍治龅能浖肮ぞ撸匝谐绦蛩惴?，自有數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)，項(xiàng)目管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理等管理系統(tǒng)以及材料庫(kù)、成品庫(kù)、高性能計(jì)算硬件資源等。

組件層將資源層的數(shù)據(jù)、工具、知識(shí)、規(guī)范等進(jìn)行封裝，形成統(tǒng)一過程建模、方法工具建模、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建模、研發(fā)數(shù)據(jù)建模等系統(tǒng)的內(nèi)核服務(wù)，進(jìn)而支撐用戶快速實(shí)現(xiàn)研發(fā)模板的搭建、工具模板的封裝，同時(shí)實(shí)現(xiàn)研發(fā)流程、方法工具、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、研發(fā)要素協(xié)同管理的信息化。

環(huán)境層是直接面向設(shè)計(jì)、管理部門等各種角色的應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)境。航空發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)的運(yùn)行除其自身外，還依賴于協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)與綜合管控系統(tǒng)、多個(gè)單位協(xié)同研制平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心、高性能計(jì)算平臺(tái)的集成，多系統(tǒng)的集成使得平臺(tái)能夠?qū)?fù)雜、瑣碎的研發(fā)過程進(jìn)行科學(xué)高效的管控，形成統(tǒng)一、規(guī)范的研發(fā)流程。

業(yè)務(wù)層具體包括發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)及各零部件設(shè)計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)各軟件及系統(tǒng)設(shè)計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)任務(wù)管理及數(shù)據(jù)管理等，該層是企業(yè)研發(fā)與管理業(yè)務(wù)的直接體現(xiàn)，也是平臺(tái)建設(shè)的最終目的。

應(yīng)用架構(gòu)

根據(jù)需求分析結(jié)果以及協(xié)同設(shè)計(jì)管理業(yè)務(wù)邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)如圖3所示。

圖3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)

協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)主要由統(tǒng)一門戶、系統(tǒng)管理、任務(wù)管理、研發(fā)模板管理、數(shù)據(jù)管理和外部系統(tǒng)集成接口構(gòu)成。統(tǒng)一門戶是整個(gè)平臺(tái)的統(tǒng)一入口，是平臺(tái)的主界面，提供統(tǒng)一搜索、我的任務(wù)、工程看板、數(shù)據(jù)視圖、單點(diǎn)登錄、信息管理、知識(shí)資源、溝通協(xié)作、應(yīng)用集成等功能，并可嵌入第三方系統(tǒng)的WEB頁(yè)面。系統(tǒng)管理主要對(duì)用戶、組織、角色、權(quán)限、密級(jí)、審核等進(jìn)行管理。任務(wù)管理是系統(tǒng)基于流程模板快速構(gòu)建任務(wù)的過程。研發(fā)管理模板包括分類管理、屬性管理、研發(fā)流程模板管理、研發(fā)活動(dòng)模板管理與研發(fā)工具模板管理。數(shù)據(jù)管理是指對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、查詢、同步等操作后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心，并對(duì)過程知識(shí)和可視化表達(dá)進(jìn)行管理分類。外部系統(tǒng)集成接口能夠?qū)崿F(xiàn)多系統(tǒng)集成接口匯總，可以集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）系統(tǒng)、門戶系統(tǒng)、其他院所各系統(tǒng)等。

數(shù)據(jù)架構(gòu)

基于前期對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)管理業(yè)務(wù)調(diào)研與架構(gòu)設(shè)計(jì)中邏輯架構(gòu)及應(yīng)用架構(gòu)的分析，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。

數(shù)據(jù)架構(gòu)分為6個(gè)層次，分別是底層企業(yè)內(nèi)外部數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)計(jì)算層、數(shù)據(jù)服務(wù)層以及數(shù)據(jù)管理層。

企業(yè)內(nèi)外部數(shù)據(jù)層是數(shù)據(jù)架構(gòu)中的數(shù)據(jù)源，主要為科研項(xiàng)目管控平臺(tái)、協(xié)同研制平臺(tái)、協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)、仿真中心、數(shù)據(jù)中心、高性能計(jì)算平臺(tái)等提供結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換層主要進(jìn)行批量數(shù)據(jù)的多種方案采集以及轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層在數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)進(jìn)行高效存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)計(jì)算層的數(shù)據(jù)經(jīng)過存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換處理，形成各種類型的數(shù)據(jù)集；數(shù)據(jù)服務(wù)層在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的基礎(chǔ)上，為用戶提供數(shù)據(jù)訂閱、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)挖掘以及數(shù)據(jù)可視化等服務(wù)；數(shù)據(jù)管理層將各類數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，主要包含元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理和數(shù)據(jù)安全管理等模塊。

技術(shù)架構(gòu)

技術(shù)架構(gòu)包括應(yīng)用層、API層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、運(yùn)行環(huán)境層和第三方系統(tǒng)集成層，如圖4所示。

圖4 航空發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

應(yīng)用層主要處理系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯，包括頁(yè)面渲染、負(fù)載均衡等。API層為技術(shù)架構(gòu)的橫向分層及平臺(tái)與第三方系統(tǒng)集成提供基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的接口。服務(wù)層主要提供基礎(chǔ)服務(wù)，以供應(yīng)用層調(diào)用。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層提供數(shù)據(jù)、文件的持久化存儲(chǔ)訪問與管理服務(wù)。運(yùn)行環(huán)境層指整合平臺(tái)運(yùn)行的軟硬件環(huán)境。第三方系統(tǒng)集成層是協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)與其他信息化系統(tǒng)進(jìn)行集成，主要通過Web Service接口實(shí)現(xiàn)，可根據(jù)實(shí)際情況采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的集成方式和基于中間件的集成方式。

平臺(tái)演進(jìn)策略

為了更好地滿足用戶個(gè)性化、多樣化的產(chǎn)品全生命周期管理需求，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了設(shè)計(jì)-制造-服務(wù)保障一體化協(xié)同的平臺(tái)演進(jìn)策略，其架構(gòu)如圖5所示。

圖5 設(shè)計(jì)-制造-服務(wù)保障一體化協(xié)同方法的體系構(gòu)架

平臺(tái)的演進(jìn)策略，本質(zhì)上是基于以往產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)保障過程中反饋的信息與知識(shí)，對(duì)下一代產(chǎn)品和服務(wù)進(jìn)行根本性的重新設(shè)計(jì)與改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)整體業(yè)務(wù)流程的閉環(huán)協(xié)作創(chuàng)新和優(yōu)化協(xié)同運(yùn)作。

結(jié)束語(yǔ)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)要素信息化實(shí)現(xiàn)總體架構(gòu)研究可以為AEOS產(chǎn)品研發(fā)體系建設(shè)工作提供技術(shù)支撐，同時(shí)為協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)的開發(fā)與部署奠定基礎(chǔ)，在系統(tǒng)建設(shè)過程中，可針對(duì)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)與中間件等關(guān)鍵軟件產(chǎn)品進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化適配，進(jìn)而在集團(tuán)層面，基于國(guó)產(chǎn)化環(huán)境組織開展跨單位、跨域的系統(tǒng)驗(yàn)證與應(yīng)用。