航空發動機協同研制平臺的建設與應用

韓福金，陸佳圓，王 震，鄒明政

航空發動機協同研制平臺的建設與應用

韓福金1，陸佳圓2，王 震1，鄒明政2

（1.中航工業沈陽發動機設計研究所，沈陽110015；2.西門子（中國）有限公司西門子工業軟件（上海）有限公司，上海200000）

中國航空發動機行業面臨產品結構高度復雜、研制周期長、型號任務重等嚴峻形勢，迫切需要全行業開展廣泛業務協同，聚合全行業的知識與資源來應對上述挑戰，而行業統一的協同研制平臺是廣泛業務的重要支撐。闡述了航空發動機行業的背景并指出構建與推廣行業統一的協同研制平臺的必然性；從協同思想的統一、組織的構建以及業務規則的定義3方面說明了構建協同研制平臺所需的必備條件；重點闡述了航空發動機行業構建統一的協同研制平臺的建設思路與內容，分享了其實際的應用過程和經驗，并展望了協同研制平臺在未來的提升和拓展。

協同研制平臺；設計階段；聯合設計；設計制造協同；航空發動機

0 引言

在當今高度扁平化、全球化的世界里，價值鏈的協作與競爭已經成為常態。而作為“皇冠上的明珠”的航空發動機行業，由于其對國家的高度重要性，其競爭更加劇烈正逐漸演變成為少數幾個進入“自主研發高性能發動機俱樂部”國家之間的科研與經濟實力的較量。

憑借發動機專家的艱苦卓越的持續努力，中國已經成為“自主研發高性能發動機俱樂部”的新會員；但由于其總體實力較弱，處于“望其項背”的追隨地位。如何在當前中國大好形勢下，再努力打一“翻身仗”，實現向“并駕齊驅”的地位轉變。除了國家的重視與投入，只能依靠聚合中國航空發動機行業（甚至社會各行各業）的知識與資源，開展廣泛合作與自主創新。

本文重點闡述航空發動機行業構建統一的協同研制平臺的建設思路與內容，也分享了實際操作的過程與經驗。

1 航空發動機行業背景

在國際航空航天行業，各種基于項目或公司之間的大協同已經成為慣例，與之配套也建立了相應的協同研制平臺。例如由美國洛克希德·馬丁公司主導的重大軍用飛機研制項目JSF，建立了支持產品全生命周期的虛擬產品研制平臺，其使位于多個國家的供應商（包括荷蘭、日本和加拿大等多個國家的50多家研制公司）能夠異地協同工作[1-2]。RR公司作為全球最主要的航空發動機設計制造廠商，構建了開放式的協同框架與平臺，支撐RR公司全球設計、制造和維護等業務單元的高效協作；同時有效實現了與其合作伙伴、供應商和客戶順暢信息交流。

高性能發動機研制周期非常長，例如第4代戰斗機發動機的研制周期長達15～18年，甚至更長。中國近期的新型號發動機的需求日漸旺盛，以期能縮小與國外差距，同時滿足各種環境下的需要。因此發動機行業面臨任務重、時間緊、多型號并行以及多廠所聯合研制的狀態。然而由于歷史原因，多年來中國的發動機行業廠所長期分離，而且分散在不同地域。因此需要發動機行業打破單位之間的“圍墻”，開展深入的業務協同，同時需要建立良好的協同研制平臺來消除單位文化與空間距離的障礙。另外，MBD[3-5]的研究、實踐與應用，也需要統一的協同研制平臺的支撐來實現MBD模型的準確定義。

對航空發動機行業比較有利的狀態是，多年來發動機公司各主要成員單位信息化起步較早，3維設計工具與產品數據管理系統得到良好應用，而且統一采用西門子公司的NX與Teamcenter平臺，這為發動機行業構建統一的協同研制平臺奠定了堅實基礎，消除了技術上的障礙。

因此，構建與推廣應用行業統一的協同研制平臺，是中國航空發動機行業的內外等各種因素共同作用的使然。

2 協同思想的統一與協同組織的構建

長期的設計所與制造廠分離的模式，使得各成員單位習慣了傳統串行模式，以及“甩過墻”的做法。因此協同并行思想的普及與統一是第1步。

通過多次宣講溝通，讓每個單位關鍵人員明白協同并行模式可保障工藝信息從產品設計初期就體現在產品零部件中，保障產品設計的可行性，真正實現了面向制造的設計；同時制造單位提前進行瓶頸性的生產準備，給予更充裕的生產準備時間，也可充分進行工藝研究和加工驗證，保障產品試制的一次成功性；進而縮短整個產品研制周期，提高產品研制質量。

同時基于型號的IPT[6-9]組織模式是保障有效協同的關鍵。通過協同雙方的協調溝通，組建了由多層級COE小組組成的IPT團隊負責協同事務的推進與仲裁。而多層級的設計與制造COE小組的動態對接機制，保障協同的深度，也是后續型號項目協同的通用機制，需不斷完善，如圖1所示。

圖1 設計與制造COE的動態對接

3 協同業務規則的定義

發動機的研制周期長，產品復雜。基于型號的協同必須有的放矢，而且要有規則制度，否則會造成業務混亂。因此在協同業務過程中，采用漸進明晰的方式定義了長線件、設計階段、并行工作等方面的規則與制度，以保障業務協同的成功。

（1）長線件是指明確選定只有關重的長線件才進行協同，而普通的零部件，不影響產品質量和研制進度，沒有必須采用協同的模式，采用傳統模式即可。因此在型號協同開展之初，就必須共同定義該型號中的長線件，以便開展協同工作。

（2）在設計階段針對長線件，尤其在詳細設計大階段進行階段細分。根據不同長線件，定義M1、M2、M3或M4等設計階段[10-11]；同時詳細定義每個設計階段，產品應該具備哪些特征，滿足那些條件要求，并且清晰定義設計階段確認的流程，保障有效性。

（3）并行工作開展規則主要針對長線件M1、M2、M3或M4等不同設計階段，定義制造單位可以開展哪些工作。例如：M1可進行毛坯的準備。由設計變更引發的后果，設計與制造雙方必須共同承擔。

需要說明，由于航空發動機型號之間借用度非常高，因此這些規則的定義可以成為下一個協同型號的良好基礎，進行簡單修訂即可。

4 協同研制平臺的建設

當前發動機協同研制平臺構建過程，以堅持共性統一為原則，采取總體規劃、分布實施，重點面向未來的總指導方針，以西門子PLM產品線Teamcenter8.3/NX7.5/TCC8為依托，發動機公司構建了航空發動機數字化協同研制平臺。

4.1 建設目標與主要要求

航空發動機數字化研制協同平臺的主要建設目標是構建1個滿足航空發動機公司級的協同研制平臺，支持航空發動機公司級以型號產品為中心的多行業、跨地域、多廠所聯合研制的協同工作，協調型號全生命周期內的設計、制造、管理和支援服務能力，從整體上提升航空發動機數字化研制的產品研制和市場競爭能力。平臺建設主要要求如下：

（1）為發動機公司級協同研制平臺，業務和方案范圍包括發動機公司及其承研所、承制廠、成附件廠等；

（2）具備數據協同、流程協同、即時溝通等核心功能，促進發動機公司總部以及各單位之間的有效交流和溝通；

（3）需要考慮與發動機公司內其他如多項目管理、生產管控等系統的集成；

（4）具備系統擴展性，能夠與中國航空工業集團公司以及發動機公司之外的參研單位之間的信息交互與集成；

依據該平臺將建立發動機公司級的型號項目工程數據中心。

4.2 建設重要原則

該平臺作為公司級協同平臺，發動機公司及各單位依據協同平臺要求搭建PLM系統，需要基于共性原則，重點解決當前協同平臺構建過程中存在于全行業的5個“不統一”。

（1）數據編碼不統一。是指發動機公司對各業務單位的數據沒有制定1套統一的編碼規則，導致分散于各業務單位系統的數據出現大量的重號，并且在數字化協同過程中不利于快速地識別各家業務單位的數據和其含義。

（2）數據類型不統一。是指全行業沒有統一的數據類型標準，統一的數據類型是進行數字化協同的前提基礎，類型不統一將直接導致PLM系統無法實現數據的發放和接收。

（3）數據屬性不統一。是指全行業沒有統一的數據屬性標準，協同是建立在共性的基礎上，各業務單位如果協同數據的屬性個數、屬性定義不一致，將直接導致無法實現數據的發放和接收。

（4）公共資源庫不統一。公共資源庫是指標準件庫、材料庫、標準庫（例如焊接工藝標準）。隨著各業務單位PLM建設的深入和應用的積累，資源庫的類型和實例不斷豐富擴充，分類標準更加規范，為各業務單位數據的快速查找和重用建立了基礎。但是，由于發動機公司沒有把各家業務單位的現有資源進行有效整合，導致各資源庫之間存在著大量的重復數據，浪費了大量了人力和時間，影響產品研制的周期。

（5）業務協同方式不統一。是指由于全行業的業務單位繁多，因此協同的類型和協同的關系格外復雜，主要有設計制造協同、設計設計協同、制造制造協同。如果從發動機公司層面沒有對協同的方式和數據的流向進行有效嚴格的控制，將直接導致協同混亂，數據發送-接收方式隨意，不利于協同數據的集中管控和追溯。

4.3 平臺總體框架

平臺提供公司層面的研制信息集成與共享能力，實現跨地域、跨單位的協同數據及工作流管理，全面支持并行工程的實施。從發動機公司的業務與組織機構的未來戰略及長遠規劃，對協同平臺的總體框架進行以下方面設計，如圖2所示。

圖2 發動機公司協同平臺總體框架

（1）從應用框架來說，以發動機公司總部作為HUB，實現總部對發動機全生命周期的研制數據進行總控，發動機公司內各業務單位（研究院分部或制造COE）通過總部進行設計與設計、設計與制造協同過程中的有效數據交互、流程驅動、即時溝通。

（2）從產品平臺來說，為了支撐發動機公司未來工程數據中心的建立，以及各業務單位的業務提升，將統一采用先進的系統與工具來搭建該協同平臺，分別采用Teamcenter8.3作為產品全生命周期管理方案的PLM基礎平臺；采用NX7.5作為產品3維設計、加工、仿真、檢測等方案的基礎工具；采用TCC8即時溝通工具實現總部及各業務單位之間的快速即時的溝通交互。

（3）從支撐的業務規則來說，重點解決當前行業存在的5個“不統一”，把確定的共性技術固化到協同平臺上。

（4）從應用的功能角度來說，在協同平臺的基礎功能和遵循共性技術的原則下，重點實現能夠支撐在發動機公司內進行設計與設計協同、設計與制造協同的核心協同功能，其中包括數據協同、流程協同、即時協同以及數據安全管控。

4.4 建設路線

協同平臺包括公司總部以及各家單位的PLM系統。公司總部部署的系統既是發動機公司HUB，也是發動機公司未來工程數據中心系統的基礎。因此協同平臺的建設路線必須能夠有效保障上述2方面作用。

隨著發動機公司總部對型號項目逐步集中的管控能力以及總體設計能力的加強，發動機協同平臺的建設與實現分為以下3個步驟來實現。

（1）原型系統建設驗證。發動機公司定義與評審統一數據模型、標準規范與協同方案等；在封閉的環境中，基于評審確認的統一方案進行原型系統的建設；由發動機公司人員對原型系統進行初步驗證評審。

（2）協同HUB在總師單位部署，按型號上線。首先把協同HUB部署在總師單位；同時基于協同平臺的統一要求，各業務單位改造內部PLM系統與協同HUB對接；最后基于3個型號協同正式運行與持續完善。

（3）協同HUB部署在發動機公司總部。在發動機總部搭建協同平臺的運行環境；把協同HUB從總師單位合并遷移到發動機公司總部。

4.5 主要建設內容

協同平臺的主要建設內容主要包括創建協同共享區、設計與制造協同、設計與設計協同、即使協同、公共資源庫管理5大業務場景。

（1）創建協同共享區是以發動機公司為HUB，組織創建的共享文件夾目錄結構，是發動機公司集中管控數據流向的區域。

（2）設計與制造協同依據發動機協同平臺內協同數據的發放階段、數據的類型、要求、版本及其管理標準，實現協同數據的發放、同步、更新、反饋。

（3）設計與設計協同主要是各設計單位之間的聯合設計業務。包括跨站點的系統與子系統之間的協同零組件的聯合設計、遠程異地設計評審、BOM配置管理、更改管理、所有權管理。

（4）TCC即時協同是1個集成化的開發協同環境，可以進行PLM系統內部或第3方的PLM系統的即時協同交流和溝通。

（5）公共資源庫管理。對于分散在多個設計制造單位通用的各類庫，包括標準件庫、標準庫、材料庫，使用Teamcenter的In-Class模塊和文件夾目錄進行集中管理，以便于提高設計資源的重用性。

5 協同研制平臺的實際應用與展望

通過航空發動機協同研制平臺的構建，把協同研制模式這種全新的產品設計制造方法和技術固化到全行業的PLM系統中，對全行業的基于MBD模式下的數字化產品研制產生了深遠影響，而且通過以某幾個型號為主線，快速在全行業各成員單位得到實際應用的效果。

聯合設計實現了主設計師單位與部件設計單位之間的聯合設計，包括接口的定義與協調、BOM的分解與整合等；設計制造協同實現了設計所與制造廠之間基于設計階段的協同并行工作，設計所能夠及時獲得制造廠的制造思想反饋；同時并行開展工藝技術準備工作(例如在設計正式發布之前，制造廠可進行工藝方案規劃、長周期件的采購、毛坯的準備、工藝工裝的初步設計等)；由于在編碼、技術條件、數據模板等諸多方面的統一，設計所各部門之間的溝通協調更加高效，基于設計制造協同的思想，設計所內部的設計部門與試制部門也開展協同，實現了并行工作。

航空發動機協同研制平臺建設工作不會止步于此，將隨著航空發動機行業的業務發展腳步，進一步向內外深化與拓展協同。首先，向內深化業務協同范圍，創新業務協同模式。逐步開展制造單位之間的制造協調以及實際與電子卷宗數據的交互；實現發動機公司總部對各成員單位在型號、項目和安全等方面的管控；其次，向外延展供應鏈網絡，拓展全球化腳步。逐步實現上級單位中航工業集團、軍方客戶、2級供應商等進行業務與平臺的協同對接；最終走向全球價值鏈的協同。隨著云技術的應用與大數據的到來，協同研制平臺會拓展成為中國航空發動機價值鏈上協同合作的重要平臺。

6 結束語

航空發動機研制協同平臺的建設過程也是行業業務協同的推進過程，而領導高度重視、行業共識統一、業務協同推進是項目成功的關鍵。

（1）領導高度重視是前提。協同研制平臺是跨發動機公司眾多成員單位的項目,必須依賴公司領導的高度重視與指導。

（2）行業共識統一是基礎。各成員單位的基礎條件以及對協同的理解存在較大差異,只有形成行業的統一共識,才能有效行動。

（3）業務協同推進是關鍵。協同研制平臺建設成功的關鍵不在于IT平臺，而是有效推動整個行業真正基于全新的協同模式和規則開展業務協同。

航空發動機研制協同平臺不僅滿足異地協同研制的新模式要求，也縮短了發動機產品的研制周期，還給傳統的組織管理方式帶來新的變革，為實現航空發動機工業的跨越式發展奠定重要的技術基礎。

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Construction and Application of Aeroengine Collaborative Product Development Platform

HAN Fu-jin1,LU Jia-yuan2,WANG Zhen1,ZOU Ming-zheng2
（1.AVIC Shenyang Engine Design and Research Institute,Shenyang 110015,China;2.Siemens Ltd.,China Siemens Industry Software Ltd,Shanghai 200000,China）

Chinese aeroengine industry has serious challenges of high product complexity,long development lifecycle and interlaced develop mission,which push aeroengine industry to take comprehensive business collaboration.The uniform collaborative product development platform across the aeroengine industry was a very important IT supporting for the challenge.The background of aeroengine industry was illustrated.It is necessary to construct and extend the uniform collaborative platform in this field.The essential condition of constructing the collaborative platform was presented by the aspects of unifying the collaborative idea,creating the collaborative organization and defining the collaborative business rules.The building approach and contents for the collaboration platform were mainly introduced.The key processes and knowledge were shared,and the promotion of the collaborative platform in the future was previewed.

collaborative product development platform;design phase;collaborative design;collaborative design and manufacture;aeroengine

V23

A

10.13477/j.cnki.aeroengine.2015.01.018

2013-10-08 基金項目：航空動力基礎研究項目資助

韓福金（1963），男，碩士，自然科學研究員，從事航空發動機信息化管理工作；E-mail：fj_han@hotmail.com。

韓福金，陸佳圓，王震，等.航空發動機協同研制平臺的建設與應用[J].航空發動機，2015，41（1）：89-93.HANFujin，LU Jiayuan，WANG Zhen，et al.Construction and application of aeroenginecollaborativeproductdevelopment platform[J].Aeroengine，2015，41（1）：89-93.

（編輯：肖磊）