面向航空发动机的设计制造协同系统的研究

航空发动机的研制是一项涉及到设计、制造和试验等多学科领域和多厂所合作的复杂系统工程。多年来，传统的顺序工程方式和各部门之间基本独立进行的工作模式造成了信息交流的障碍，不能适应新一代发动机多厂所协同研制的工作模式，难以有效地管理和协调这种复杂的过程，在研制过程存在很多不增值的环节，造成设计与制造的脱节，延缓了型号研制周期，增加了研制费用。

为突破和掌握新型号发动机的关键设计技术和制造能力，缩短产品研制周期，迫切需要设计与制造的紧密协同和快速响应。在总结发动机型号研制的经验的基础上，建立多厂所联合研制模式，通过采用先进的数字化技术，总结发动机型号研制的经验，在发动机设计所和相关生产厂的范围内，建立支持发动机研制的协同工作机制和主要业务流程、协同工作规范，实现设计过程中主要专业的协同与并行;开发基于金航网的支持多厂所发动机联合研制的数字化设计制造应用验证平台，建成一个信息统一、管理规范、协调一致的协同工作环境。

一、主要业务需求分析

作为国内航空发动机行业的骨干单位，笔者所在企业在近几年的信息化建设中，对CAD、CAM和PDM等都具有一定规模的应用，在部分发动机关键零件工装设计、工艺设计、数控加工中取得了明显效果。但是，由于设计和制造的数字化技术的发展是分散独立进行的，部分模块单独应用居多，集成应用较少，没有形成有效的数字化设计制造体系，导致信息和数据的不唯一、协调困难，可靠性差，无法保证产品质量和缩短产品研制周期。随着新产品、新技术的不断发展，新一代发动机的研制在组织形式上也有了很大的转变，将发挥我国航空发动机全行业的优势，打破一厂一所的界限，由多个设计所和制造厂共同承担研制任务。在技术上也采用了大量的新结构、新材料和新工艺，这些新技术需要在验证机平台环境下得到验证和考核，设计、制造和试验的信息交流效率，准确性、数据的一致性等都将对研制工作产生直接影响。为适应这种研制模式和型号发展周期、技术跨度的需求，应该全面应用和发展数字化设计制造技术，推行并行工程，为跨地域的发动机研制提供数字化创新平台。

结合本厂的实际业务需求，厂所间的交互工作基本包括设计图纸的会签、发放及更改，相关的技术标准、管理文件的发放、贯彻等。为了在异地设计制造协同系统中使工作人员方便地完成相关工作，系统内应实现以下方面。

规范、统一的文件组织形式，使厂所中所有工作人员可以方便地找到所需的文件。

对文件进行严格的状态和权限控制，并通过状态和权限对文件的读写权限进行控制，从而满足在文件形成的过程中各阶段不同的需要。

工作人员可以方便地对数据文件进行发布和发放，并自动生成发布通知。

工作人员可以方便地对会签意见进行汇总，形成会签意见文档。

为设计和工艺人员提供直接协调的网络工作环境。

具有异地产品数据的检索、传递和管理的能力，实现异地环境下的虚拟装配、浏览和协同工作。可在系统中进行更改管理，并保证所有数据得到及时的更新，保证数据的一致性和唯一性。

实现厂所间的工作流管理，对发放和协调的过程进行记录。

二、总体方案框架

在应用的框架方面，以发动机公司作为协同平台的中心枢纽，实现总部对发动机全生命周期的研制数据的总控，发动机公司内各业务单位通过总部进行设计与设计、设计制造协同过程中的有效数据交互、流程驱动、即时沟通。

在产品平台方面，为了支撑发动机公司未来工程数据中心的建立，以及各业务单位的ฒ业务提升，将统一采用先进的系统与工具来搭建该协同平台：采用Teamcenter8.3作为产品全生命周期管理方案的PDM基础平台;采用NX7.5作为产品三维设计、加工、仿真、检测等方案的基础工具;采用Teamcenter Multi-site协同工具实ว现总部及各业务单位之间数据与流程的协同;采用Teamcenter Community即时沟通工具实现总部及各业务单位之间的快速即时的沟通交互。

在支撑的业务规则方面，必须以发动机公司的标准、制度和要求来执行，把确定的共性技术固化到协同平台上。

在应用的功能角度方面，在协同平台的基础功能和遵循共性技术的原则下，重点实现能够支撑在发动机公司内进行设计与设计协同、设计与制造协同的核心协同功能。包括数据协同、流程协同和即时协同。

三、协同工作模式

1.组织框架

设计制造协同工作组织框架分四个层面，顶层为项目负责人，第二层为项目业务负责人，第三层为项目执行层，第四层为专业COE。该四个层面共同组成项目实施团队，同时沿纵向至各专业COE形成各IPT团队。

2.组织人员构成及职责

项目负责人：项目负责人依据双方高层对设计制造协同工作提出的要求，对设计制造协同实施工作全面负责，负责项目团队的组织与领导。

业务负责人：业务负责人具体负责设计制造协同工作业务组织与管理工作。

项目执行层：由项目执行经理、IT平台保障组、业务资源保障组和业务实施工作组共同构成。其职能分别为：

a项目执行经理负责协助项目业务负责人组织开展设计制造协同业务工作，由双方项目指挥部门人员担任。

bIT平台保障组负责设计制造协同平台建设工作，并为业务实施组提供信息化技术支持与保障。

c业务资源保障组负责对设计制造协同工作开展所需的业务资源进行统筹协调与组织管理。

d业务实施工作组在业务负责人的领导下，负责设计制造协同业务工作的具体实施工作。

专业COE：双方在实施设计制造协同工作时，应充分利用各自现有专业COE的基础与资源，为厂所级COE建设工作奠定基础。为更好地发挥设计所的设计专业COE与我厂制造专业COE在设计制造协同实施工作中的作用，同时不改变双方现有组织框架与模式，根据产品研制的阶段性特点建立矩阵式动态设计制造协同专业COE。

3.成熟度划分

产品成熟度模型要素包括成熟等级的定义、评估程序、数据发放、改进途径和协同机制等。在产品成熟度模型定义之中，最核心的是产品成熟度的定义。

在我厂的协同平台中，对设计成熟度划分后共形成4个成熟度阶段，并对每个设计成熟度阶段进行详细的特征描述、要求定义和双方任务分工等详细要求，建立相应的成熟度管理制度。

四、实现的关键技术

1.基于网络的数据协同技术

通过ODS服务器，可以实现异地系统跨系统间数据的主动获取或主动输出;通过权限控制，实现接收的副本的严格保护，只许查看，不能作任何修改;通过数据同步机制，可❧实现数据的定期同步。

2.基于数据包的数据协同技术

针对网络不同的情况下，提供数据包的模式实现系统内对象的打包输出，可通过安全邮件或光盘介质进行传输，在目标系统中导入数据包，可原样恢复数据对象。

3.NX的即时协同技术

针对NX用户，设计人员可以在多个地点的NX进程之间进行实时CAD协同，实现装配文件及零部件的共享查看。

4.基于网络会议的即时协同技术

可开通网上视频会议，设置会议议题，邀请评审参与者、制造部门、型号师和供应商等共同探讨研究;并可复制PDM里面的数据到网络会议中;参会人员可以通过内嵌的三维数据的可视化技术，实现可视方式评审，同时解决列于会议工作空间里面的问题。

5.跨系统的流程通知技术

通过系统远程任务通知机制，可实现跨系统的流程任务信息的提醒，然后通过Web方式登录异地系统进行流程任务的执行。

6.基于协同社区的知识共享的技术

可以创建网上协同工作空间，添加虚拟团队，实现对特定的信息和技术进行共享;而且可建立问题讨论区，实现知识的沟通。

7.跨防火墙的数据安全技术

通过对系统的设置，实现异地系统之间在防火墙的保护下进行正常的数据交互。

五、系统应用情况

目前公司的PDM系统与发动机公司实现了统一对接，各成员单位在发动机公司统一的部署下采用共性技术统一数据编码、统一数据模型等资源，并通过基础统一平台Teamcenter8.3和NX7.5进行传递。利用PDM系统建立的数据协同、流程协同和即时协同平台，通过远程任务箱实现跨系统间的电子会签，根据项目型号的统一业务规则，建立基于产品数据成熟度的设计制造协同，切实实现设计与制造的有效协同与交流。

厂所间依托设计制造协同应用平台，全面开展设计制造协同工作。通过融和并行工程先进管理理念，建立协同标准，实现了厂所间数据的即时通信、系统会签、在线交流协调等设计/制造协同业务管理。依托设计制造协同系统接收的设计数据，企业建立了基于设计发布数据的设计数据分发/贯彻系统、工艺流水管理系统、EBOM到PBOM构建体系，结构化工艺管理系统等，实现设计数据的单一数据源管理，提高了产品数据信息化管理程度。

基于厂所专线的协同平台在型号上的应用，解决了厂所间数据会签/发放周期厂、生产协调难等问题，拉近了厂所距离，提高制造单位在发动机设计过程的参与程度，共同推进发动机大设计实施，减少设计与制造之间的不必要的变更、缩短产品研制周期、降低成本、提高设计制造质ง量，促进航空发动机设计制造协同工作的创新与发展。

六、实施的经验总结

异地协同必须依赖于网络，才能真正提高效益。在考虑建设项目前必须有效解决厂所间网络互通等问题，如网络存在问题会致使项目中跨网络的数据传递、同步以及即时协同不能得到真实的验证。

协同不仅仅是人员协同、系统协同和业务协同，更基础的是标准的协同，包括系统数据模型标准和编码标准的统一、各种基础数据标准规范的统一。在协同验证过程中，数据标准和业务标准的不统一给系统数据传输和业务对接等方面都造成了一定的麻烦。

基于产品成熟度的IPT协同业务模式，对传统业务模式存在较大的改变，尤其对现有厂所内按现有部门严格划分、流程僵化的情形存在较大冲击。因此在验证推进过程中跨部门的协调非常困难，尤其是各部门领导的认识和支持力度不够深入。

新的系统的建立，无论在业务模式、应用认知上对业务人员都具有很大的冲击力，为实现厂所设计制造协同平台全面工程化应用，上述几项基础条件等问题是我们必须面临且急需解决的，下一步我们将通过不断深入应用，完善优化系统建设，主要开展以下几方面的工作。

安全保密与协同共享不是绝对对立的关系，完全可以在安全保密体系下进行必要的协同共享。要把整个发动机行业当作一个整体，对外严格安全保密，对内进行充分的协同共享;需要厂所间真正的网络联通，才能真正实现业务数据的共享和对接。

标准先行是发动机行业内厂所间协同的基础。必须开展对多厂所间标准的疏理与贯彻，才能保障后续设计制造协同业务的真正工程化应用，且极大限度发挥协同的效益;同时各厂所的基础数据的规范性整理是具有长收益的艰巨任务，各厂所必须要持续投入大量的人力物力。

深入开展设计制造协同业务模式的推广和应用工作，分阶段、分层级地向各个厂所的人员进行灌输，使其支持协同业务模式的开展，并逐步打破部门壁垒，才能形成真正的IPT团队和协✈同研制工作模式。