方法工具信息化實(shí)現(xiàn)

■ 汪騰 王壽菊 李金剛 張彪/中國(guó)航發(fā)研究院

方法工具的信息化實(shí)現(xiàn)是將研發(fā)過程中使用的各種方法工具進(jìn)行抽象、封裝與集成，提供統(tǒng)一的、可靈活調(diào)用且簡(jiǎn)單易用的工具模板、文檔模板和集成軟件。

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中，各單位積累了大量的研發(fā)方法工具，但都具有個(gè)性化強(qiáng)、非標(biāo)準(zhǔn)化、孤立程度高以及專業(yè)程度高等特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：方法工具信息化建設(shè)和應(yīng)用缺乏體系化的軟件開發(fā)原則、使用要求、封裝規(guī)范與指引；不同的方法工具存在數(shù)據(jù)孤立程度高、數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)不貫通；商業(yè)軟件使用門檻高、使用人員培養(yǎng)困難、軟件應(yīng)用不便捷。因此亟需開展方法工具要素的信息化實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究，對(duì)已積累的方法工具進(jìn)行封裝，形成研發(fā)工具模板，加強(qiáng)研發(fā)工具的統(tǒng)一。

運(yùn)行邏輯

圖1 方法工具要素信息化實(shí)現(xiàn)技術(shù)架構(gòu)

方法工具信息化實(shí)現(xiàn)的運(yùn)行邏輯是基于集成工作環(huán)境中的組件庫和圖形化的流程定制工具，進(jìn)行研發(fā)工具的封裝。首先，結(jié)合方法工具信息化業(yè)務(wù)需求與現(xiàn)有的方法工具的功能和特點(diǎn)，在遵循模型、視圖和控制器（MVC）軟件設(shè)計(jì)模式和軟件使用要求的同時(shí)，制定方法工具信息化開發(fā)應(yīng)遵循的程序開發(fā)要求和圖形用戶界面（GUI）設(shè)計(jì)規(guī)范，使集成后的方法工具能滿足在國(guó)產(chǎn)化軟硬件環(huán)境中規(guī)范化、定制化和易遷移的組件模塊化高效部署需求；其次，通過組件技術(shù)、腳本技術(shù)和動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）等信息化技術(shù)，根據(jù)具體研發(fā)活動(dòng)所涉及的方法工具功能和特點(diǎn)，選擇相適應(yīng)的信息化技術(shù)進(jìn)行封裝；最后，將實(shí)際業(yè)務(wù)需求與選取的信息化技術(shù)結(jié)合，進(jìn)一步完善包括商業(yè)軟件封裝和自研程序在內(nèi)的方法工具的封裝，完成面向發(fā)動(dòng)機(jī)總體、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等不同專業(yè)領(lǐng)域工具模板、文檔模板的封裝和研發(fā)軟件的集成。

集成工作環(huán)境

方法工具集成工作環(huán)境包括組件庫和圖形化的流程定制工具。

組件庫

工程設(shè)計(jì)過程中往往包含一系列的基礎(chǔ)性、普遍性操作，這些操作構(gòu)成了各種設(shè)計(jì)、分析工作的最小單元，即組件。以數(shù)據(jù)處理組件為例，對(duì)流程中數(shù)據(jù)相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行集成封裝，支持從定義好的Word、Excel等文件中抽取結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)或?qū)⑵脚_(tái)數(shù)據(jù)寫入定義好的Word、Excel文件中。

圖形化的流程定制工具

圖形化的流程定制工具涉及控制流、數(shù)據(jù)流等內(nèi)容?？刂屏魇侵赴匆欢ǖ捻樞蚺帕醒邪l(fā)過程的方法工具，以此控制方法工具的執(zhí)行的順序，如圖2所示。數(shù)據(jù)流是指在定義了研發(fā)活動(dòng)流程的節(jié)點(diǎn)上，方法工具之間的數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系，如圖3所示。

圖2 控制流

圖3 數(shù)據(jù)流

方法工具封裝

航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)過程涉及大量的研發(fā)方法和工具，其封裝主要包括方法工具封裝規(guī)范、方法工具封裝技術(shù)和方法工具封裝設(shè)計(jì)。

封裝規(guī)范

為了保證方法工具有效地集成到工作環(huán)境中，其編寫、封裝和開發(fā)需要滿足一定的規(guī)范和要求。常用的規(guī)范和要求為MVC設(shè)計(jì)模式，即把軟件系統(tǒng)分為模型（M）、視圖（V）和控制器（C）3個(gè)基本部分，如圖4所示。MVC模式的目的是實(shí)現(xiàn)一種動(dòng)態(tài)的研發(fā)方法工具設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化后續(xù)對(duì)研發(fā)方法工具的修改和擴(kuò)展，使研發(fā)方法工具程序某一部分的重復(fù)利用成為可能。

圖4 軟件MVC設(shè)計(jì)模式

一些方法工具專業(yè)軟件在研發(fā)過程中，使用商業(yè)軟件或在商業(yè)軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)時(shí)，應(yīng)遵循以下要求：當(dāng)采用商業(yè)軟件支持專業(yè)軟件開發(fā)時(shí)，須進(jìn)行商業(yè)軟件的使用說明；所選擇的商業(yè)軟件的運(yùn)行不能影響研發(fā)平臺(tái)和其他專業(yè)軟件的運(yùn)行。

方法工具封裝技術(shù)

方法工具封裝技術(shù)涵蓋了航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中使用的方法、工具和程序的封裝，其使用的技術(shù)包括組件技術(shù)、腳本技術(shù)和動(dòng)態(tài)鏈接庫等。

組件是對(duì)方法、工具和數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單封裝。組件技術(shù)是指將復(fù)雜的應(yīng)用軟件拆分成一系列軟件單元，即組件，這些組件具有通用性強(qiáng)、易于開發(fā)、理解和調(diào)整等特征，應(yīng)用程序則由可重用的組件來構(gòu)造。

腳本是使用一種特定的描述性語言，依據(jù)一定的格式編寫的可執(zhí)行文件，用來控制軟件應(yīng)用程序，腳本通常是以文本保存，只在被調(diào)用時(shí)進(jìn)行解釋或者編譯。在開發(fā)工具模板的過程中，有時(shí)候會(huì)遇到用集成開發(fā)環(huán)境難以實(shí)現(xiàn)的功能，如動(dòng)態(tài)解析、生成文件等，此時(shí)需要通過腳本文件來幫助實(shí)現(xiàn)。此外，在進(jìn)行腳本文件編寫過程中需遵循腳本文件編寫規(guī)范。

動(dòng)態(tài)鏈接庫是實(shí)現(xiàn)共享函數(shù)庫概念的一種方式。Windows系統(tǒng)中，DLL多數(shù)情況下是帶有“.dll”擴(kuò)展名的文件，但也可能是“.ocx”或其他擴(kuò)展名；Linux系統(tǒng)中常常是“.so”的文件。程序可根據(jù)DLL文件中的指令打開、啟用、查詢、禁用和關(guān)閉驅(qū)動(dòng)程序。

方法工具封裝設(shè)計(jì)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)過程中的方法、工具、程序和軟件等通過有效的封裝和集成，可形成一系列標(biāo)準(zhǔn)化的、可重用的方法工具模板。通過組件技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）功能進(jìn)行封裝，可實(shí)現(xiàn)建模、替換、編輯、加載、裝配等功能。自研程序的封裝包括但不限于封裝基于Windows、DOS、Linux、Unix等系統(tǒng)環(huán)境的自研程序，同時(shí)還需支持國(guó)產(chǎn)化軟件工具，形成工程設(shè)計(jì)模板。

方法工具信息化應(yīng)用驗(yàn)證

基于以上方法工具信息化實(shí)現(xiàn)架構(gòu)的研究，結(jié)合產(chǎn)品研發(fā)信息化平臺(tái)建設(shè)情況，以航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)過程中涉及的工具模板、文檔模板的封裝和研發(fā)軟件的集成進(jìn)行方法工具封裝與集成的應(yīng)用驗(yàn)證。

通過系統(tǒng)提供的配置功能，可以方便地把設(shè)計(jì)分析模板、設(shè)計(jì)分析流程配置成專業(yè)軟件包的功能模塊，以及配置專業(yè)軟件包的界面、菜單等，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的定制和面向?qū)I(yè)的集成應(yīng)用環(huán)境。

研發(fā)工具模板是按照航空發(fā)動(dòng)機(jī)的類別管理發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的工具模板，可以實(shí)現(xiàn)版本與權(quán)限管理，研發(fā)工具模板也可直接在任務(wù)中進(jìn)行應(yīng)用和實(shí)例化，可以將研制過程中的方法、工具、經(jīng)驗(yàn)封裝到工具模板中。研發(fā)工具模板庫可用于創(chuàng)建包括但不限于封裝總體、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等航空發(fā)動(dòng)機(jī)各主要部件的研發(fā)工具模板。典型的基于UG組件的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 基于UG組件的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)

以航空發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，各專業(yè)所封裝的工具模板及對(duì)應(yīng)的工具軟件與模板類型清單見表1。

表1 按專業(yè)分類的工具模板封裝部分示例

結(jié)束語

方法工具信息化實(shí)現(xiàn)技術(shù)為航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)過程的信息化平臺(tái)建設(shè)提供了可行的、有效的支持，在一定程度上解決了不同方法工具所產(chǎn)生數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)交互不暢的問題，降低了軟件使用難度，提高了研發(fā)人員的工作效率。