液體火箭發(fā)動機協(xié)同設(shè)計平臺關(guān)鍵技術(shù)

胡海峰，劉 芬，許 婷，林 源

(西安航天動力研究所, 陜西 西安710100)

0 引言

新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，正在引發(fā)影響深遠的產(chǎn)業(yè)變革，形成新的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)、商業(yè)模式和經(jīng)濟增長點。液體火箭發(fā)動機是運載火箭的心臟，航天動力水平有多高決定了航天舞臺有多大[1]。提升液體火箭發(fā)動機設(shè)計水平有兩條途徑，一方面不斷深入分析挖掘液體火箭發(fā)動機工作原理，在掌握規(guī)律基礎(chǔ)上進一步提升產(chǎn)品設(shè)計水平和可靠性；另外一方面，在設(shè)計工具研發(fā)模式方面開展研究與應(yīng)用，不斷提高發(fā)動機設(shè)計的效率和質(zhì)量。液體火箭發(fā)動機研制是一項系統(tǒng)工程，涉及到眾多的分工協(xié)作，傳統(tǒng)的串行模式越來越難以適應(yīng)目前“高效率、高質(zhì)量、高效益”的發(fā)展要求，迫切需要以數(shù)字化并行協(xié)同設(shè)計為先導(dǎo)開展研制模式的轉(zhuǎn)型升級。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

1.1 國外研究現(xiàn)狀

NASA在2000年啟動了Advanced Engineering Environment[2-3](AEE，先進工程環(huán)境)項目，支撐新一代飛行器研發(fā)設(shè)計驗證，通過互聯(lián)網(wǎng)將六大設(shè)計中心(ARC、GRC、JSC、KSC、LaRC、MSFC)聯(lián)系起來。采用Windchill和ModelCenter平臺結(jié)合方式，實現(xiàn)跨地域數(shù)據(jù)集中管理，通過平臺實現(xiàn)設(shè)計過程管理、設(shè)計與工程分析工具集成。在發(fā)揮CAX單項學(xué)科仿真、多學(xué)科優(yōu)化技術(shù)(MDO)構(gòu)建的數(shù)字化設(shè)計工具的基礎(chǔ)上，引入并行設(shè)計理念，為研發(fā)人員提供了分布、并行、協(xié)同、全流程管理的全新研發(fā)設(shè)計環(huán)境。

上世紀90年代初，波音公司全面采用法國CATIA軟件進行777飛機結(jié)構(gòu)數(shù)字化設(shè)計[4]。在737-NX項目中波音公司構(gòu)建并推行DCAC/MRM，深化數(shù)字化設(shè)計和應(yīng)用技術(shù)在其產(chǎn)品研制中的應(yīng)用。在787項目中數(shù)字化環(huán)境由DCAC/MRM改為全新的、適合787研制需要的全球協(xié)同設(shè)計GCE平臺[5-6]。通過全球GCE協(xié)同平臺，波音公司實現(xiàn)了全球135個研發(fā)中心、180個供應(yīng)商的數(shù)字化設(shè)計協(xié)同，進一步提升了產(chǎn)品研發(fā)效率和質(zhì)量。在航天領(lǐng)域，波音參與的研制空天飛機項目中，全面采用GCE協(xié)同平臺。通過采用協(xié)同模式，實現(xiàn)了：實物產(chǎn)品裝配/工裝干涉降低30%；產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)變更降低40%；裝配時間降低30%；產(chǎn)品返工率降低50%；維保準備降低15%。

洛克希德馬丁在JSF飛機研制過程中，工程師在不同的學(xué)科領(lǐng)域中應(yīng)用不同的建模活動，但支持跨學(xué)科領(lǐng)域的集成能力往往是有限的或缺失的。彼此割裂的單學(xué)科建模難以適應(yīng)復(fù)雜裝備系統(tǒng)的研發(fā)要求。因此提出了“數(shù)字化織錦”項目，即通過數(shù)字化的手段，以系統(tǒng)架構(gòu)模型為核心，將不同專業(yè)基于架構(gòu)模型關(guān)聯(lián)起來，形成不同業(yè)務(wù)依賴、學(xué)科交織的仿真協(xié)同[7-11]。洛克希德·馬丁構(gòu)建信息技術(shù)架構(gòu)時，大量參考了波音DCAC/MRM架構(gòu)，實現(xiàn)跨國虛擬企業(yè)；通過數(shù)字織錦設(shè)計人員可以訪問任何團隊成員的數(shù)據(jù)而不用管這些產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)保存在何處；同時數(shù)字織錦支持IPD協(xié)同。通過技術(shù)革新實現(xiàn)設(shè)計時間縮短50%，制造時間縮短66%，加工時間縮短90%，專用零件縮短50%，維護支持時間縮短50%等關(guān)鍵目標。

在美國國防發(fā)展領(lǐng)域，美國國防部(DoD)推出了很多開創(chuàng)性的研究，提出了數(shù)字化工程協(xié)作生態(tài)構(gòu)建計劃(Digital Engineering Strategy)[12-14]，全面推行基于模型的產(chǎn)品數(shù)字化協(xié)同設(shè)計。將模型作為產(chǎn)品全生命周期過程的協(xié)同載體，實現(xiàn)系統(tǒng)功能模型、設(shè)計模型、制造模型、管理模型之間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。搭建面向異地協(xié)同的環(huán)境，實現(xiàn)跨地域、跨專業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)深度協(xié)同。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

在推進“中國制造2025”的大背景下，我國航空航天等單位積極推進數(shù)字化工程。在實現(xiàn)單項領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展、基礎(chǔ)理論研究的基礎(chǔ)上，開展了設(shè)計工具端協(xié)同設(shè)計環(huán)境的探索嘗試。CAX、PDM等商用軟件已經(jīng)成為航天產(chǎn)品研發(fā)的重要工具，同時結(jié)合航天產(chǎn)品研制的特點，訂制開發(fā)了一批面向工程應(yīng)用的分析工具，應(yīng)用于數(shù)字化設(shè)計的信息化條件已經(jīng)初步形成。

新一代運載火箭研制總體采用并行協(xié)同設(shè)計與開發(fā)理念，將數(shù)字樣機技術(shù)應(yīng)用于運載火箭研制全過程[15-16]，其中CZ-7運載火箭更以打造“數(shù)字火箭”為愿景，樹立了“設(shè)計數(shù)字化、模裝數(shù)字化、試驗預(yù)示化、生產(chǎn)自動化、管理信息化”的目標。通過各型號的持續(xù)改進，實現(xiàn)以數(shù)字樣機仿真為手段提前開展設(shè)計優(yōu)化。上海航天技術(shù)研究院通過采用AVIDM系統(tǒng)[17]，建立了以流程協(xié)同和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理為建設(shè)重點的應(yīng)用系統(tǒng)，在型號設(shè)計階段通過與設(shè)計工具(MCAD、ECAD)的集成實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)的管理，通過基線、變更、轉(zhuǎn)階段的業(yè)務(wù)過程實現(xiàn)技術(shù)狀態(tài)的管理。中國航空發(fā)動機集團有限公司深入推進基于模型的廠所協(xié)同[18-19]。2000—2010年在沈陽606所、410廠率先開展數(shù)字化設(shè)計制造協(xié)同，基于二維工程圖的數(shù)字化設(shè)計制造協(xié)同，由于金航網(wǎng)建設(shè)等原因沒有開展廣域協(xié)同，各單位分頭建設(shè)，版本、架構(gòu)、數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一。2011年至今，航發(fā)集團主要推進基于模型的系統(tǒng)工程，采用統(tǒng)一架構(gòu)、統(tǒng)一版本、統(tǒng)一數(shù)據(jù)源模式，推廣應(yīng)用三維建模和MBD技術(shù)，實現(xiàn)基于三維模型的廣域協(xié)同。

1.3 技術(shù)發(fā)展特點

以NASA、波音公司、洛克希德·馬丁等為代表的國外軍工企業(yè)將逐步實現(xiàn)數(shù)字化作為企業(yè)的發(fā)展目標。分析國內(nèi)外軍工領(lǐng)域發(fā)展特點，為適應(yīng)未來工程需求的發(fā)展需求，在軍工領(lǐng)域需要深化數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用，提升在產(chǎn)品研發(fā)過程中研制、管理等分析手段水平。具體特點如下：

1)產(chǎn)品全生命周期內(nèi)協(xié)作研發(fā)：跨地域、跨部門協(xié)同研發(fā)，在產(chǎn)品研制的不同環(huán)節(jié)，采用異地協(xié)同實現(xiàn)產(chǎn)品的并行研制。

2)產(chǎn)品定義全數(shù)字化模型化表達：產(chǎn)品從市場需求開始，到設(shè)計研發(fā)、產(chǎn)品加工、試驗測試、交付維護等環(huán)節(jié)信息均以數(shù)字化模型化表達，實物產(chǎn)品均采用MBD模型表達。

3)產(chǎn)品數(shù)據(jù)存儲虛擬化：廣泛采用虛擬化技術(shù)為支撐異地協(xié)同，存儲采用云技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效管理和數(shù)據(jù)信息的高效服務(wù)。

通過國內(nèi)外典型軍工企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)方面的迭代歷程，CAX、PLM等數(shù)字化技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)進入產(chǎn)品研發(fā)的成熟應(yīng)用階段。通過設(shè)計工具的革新大幅提升產(chǎn)品研發(fā)的質(zhì)量和效率，通過工具改進，促進管理、研發(fā)模式升級。

2 液體火箭發(fā)動機數(shù)字化協(xié)同平臺架構(gòu)

2.1 液體火箭發(fā)動機協(xié)同設(shè)計現(xiàn)狀和需求

在積極推進落實航天強國的背景下，數(shù)字化信息化成為發(fā)展的重要抓手。液體火箭發(fā)動機是一個高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速的熱機系統(tǒng)，其工作過程涉及眾多專業(yè)領(lǐng)域。研制過程技術(shù)難度大、協(xié)作單位多、批量少、質(zhì)量要求高是其典型特點。圍繞這些技術(shù)特點，針對不同專業(yè)領(lǐng)域，開發(fā)了對應(yīng)的分析工具。數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在液體火箭發(fā)動機設(shè)計中的單點應(yīng)用，解決了產(chǎn)品研發(fā)中的一些瓶頸問題，提升了產(chǎn)品研制水平，縮短了研制周期，保證了研制任務(wù)的正常開展。但是數(shù)字化的研發(fā)體系與之適應(yīng)的管理模式尚未形成，隨著眾多應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)推進，圍繞產(chǎn)品研發(fā)形成的PDM、TDM、MES、ERP等不同應(yīng)用背景構(gòu)建的系統(tǒng)之間的壁壘漸漸凸顯，已經(jīng)制約了產(chǎn)品研發(fā)的效率。因此，需要開展圍繞數(shù)字化研發(fā)體系中協(xié)同場景的研究。通過集成的環(huán)境實現(xiàn)圍繞產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、試驗過程中全生命周期的數(shù)據(jù)管理和技術(shù)狀態(tài)控制。

2.2 液體火箭發(fā)動機數(shù)字化協(xié)同平臺架構(gòu)

針對液體火箭發(fā)動機設(shè)計、生產(chǎn)、試驗、維保等不同階段，面向產(chǎn)品全生命周期，構(gòu)建跨地域、跨專業(yè)的協(xié)同設(shè)計平臺，采用多站點技術(shù)，實現(xiàn)液體火箭發(fā)動機研制過程中利益相關(guān)方在統(tǒng)一的環(huán)境下開展工作(見圖1)，保證整個研制過程中數(shù)據(jù)流的高效流轉(zhuǎn)。整個協(xié)同設(shè)計平臺，包括數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化工藝、數(shù)字化試驗等發(fā)動機研制過程中的主要環(huán)節(jié)，通過協(xié)同方式實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)場景、任務(wù)階段高效協(xié)作，確保質(zhì)量及技術(shù)狀態(tài)控制下，最大限度發(fā)揮并行設(shè)計的優(yōu)勢。同時，整個協(xié)同環(huán)境已基于MBSE的系統(tǒng)設(shè)計方法、MBD的數(shù)字設(shè)計方法和MDU虛擬樣機組織模式，實現(xiàn)在整個研發(fā)過程中數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用落地。通過線上IPT、在線視頻方式實現(xiàn)跨地域協(xié)同。

圖1 基于模型的協(xié)同設(shè)計平臺框架示意圖

3 協(xié)同設(shè)計平臺關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基礎(chǔ)設(shè)計資源庫構(gòu)建技術(shù)

液體火箭發(fā)動機設(shè)計過程中應(yīng)用了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括標準件、元器件、原材料等。由于不同的型號要求不同，需要根據(jù)型號給出的選用目錄設(shè)計人員選擇相應(yīng)的信息。

采用信息化手段，破解液體火箭發(fā)動機數(shù)字化研制各階段基礎(chǔ)物料信息的傳遞困難難題，提出了統(tǒng)一編碼方案，通過對不同類別的產(chǎn)品分類采用唯一編碼標示具體的材料、元器件、標準件對象。在Q/QJA 40.1-5航天型號配套物資分類與代碼基礎(chǔ)上，擴展編碼字節(jié)，實現(xiàn)對液體火箭發(fā)動機常用的外購件分類碼、外購件編碼、供應(yīng)商編碼、型號目錄編碼、目錄條目標識碼、文檔標識碼、標準規(guī)范標識碼、CAD模型編碼、數(shù)據(jù)字典代碼統(tǒng)一管理。建立了統(tǒng)一的設(shè)計選用數(shù)據(jù)庫——設(shè)計資源庫管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對發(fā)動機數(shù)字化設(shè)計過程中原材料、標準件、元器件的統(tǒng)一、規(guī)范、動態(tài)管理，確保產(chǎn)品數(shù)據(jù)的規(guī)范性、一致性。制定了統(tǒng)一編碼相關(guān)標準規(guī)范，構(gòu)建標準件三維離散化模型庫、Altium電氣符號庫、封裝庫等元器件庫，實現(xiàn)了數(shù)字化研制各階段設(shè)計信息一致、規(guī)范的有效傳遞。構(gòu)建的選用組件與PDM系統(tǒng)集成，簡化設(shè)計過程，提高工作效率。

3.2 基于MBD的設(shè)計建模及管理技術(shù)

傳統(tǒng)的液體火箭發(fā)動機設(shè)計論證過程，設(shè)計人員首先按照總體要求的發(fā)動機參數(shù)指標，開展發(fā)動機方案論證，論證完成之后開展產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計，以二維工程圖的模式將設(shè)計意圖表達出來，根據(jù)質(zhì)量體系要求采用三級審簽?zāi)Ｊ剑煌巧藛T依次完成對技術(shù)文件的校對、審核、會簽、標審，最后通過批準，將二維工程圖曬蘭下發(fā)，廠里依據(jù)二維工程圖完成產(chǎn)品加工所需的工藝分解、備料、檢驗等過程。產(chǎn)品加工完成之后根據(jù)要求開展不同產(chǎn)品的試驗，通過試驗驗證產(chǎn)品性能。可以看出，傳統(tǒng)設(shè)計模式以紙質(zhì)介質(zhì)為載體進行信息交互，且整個研制過程是一個串行模式(見圖2)。圍繞液體火箭發(fā)動機全生命周期內(nèi)生成的數(shù)據(jù)的組織管理分布在不同的應(yīng)用系統(tǒng)中，限制了產(chǎn)品數(shù)據(jù)的效能發(fā)揮。

圖2 傳統(tǒng)發(fā)動機設(shè)計審簽過程示意圖

MBD(Model Based Definition)基于模型定義技術(shù)，是將產(chǎn)品全生命周期內(nèi)所有相關(guān)設(shè)計模型尺寸定義、工藝過程描述、檢驗測試要求等信息附加在三維幾何模型中的數(shù)字化應(yīng)用方法。通過該技術(shù)，實現(xiàn)傳統(tǒng)的二維工程圖表達產(chǎn)品信息向以三維模型為載體的產(chǎn)品信息定義轉(zhuǎn)變，通過帶注釋的三維數(shù)字模型成為設(shè)計、仿真、制造過程信息的主載體，實現(xiàn)整個設(shè)計過程全數(shù)字化，驅(qū)動并加快產(chǎn)品開發(fā)過程的業(yè)務(wù)變革。圍繞MBD模型定義，國外定義了ASMEY14.41數(shù)字化標準[20]。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)航天產(chǎn)品的主要特點，訂制化地推出了符合工程實際的相關(guān)管理要求，具體包括建模過程中的坐標定義、模型圖層設(shè)置、三維建模標準、標注規(guī)范、著色標準、裝配標準等，指導(dǎo)液體火箭發(fā)動機基于MBD三維建模的高效開展。

在液體火箭發(fā)動機協(xié)同研制過程中，推廣應(yīng)用MBD技術(shù)通過三維模型完整地表達設(shè)計信息、工藝要求，在各項標準要求的前提下，開發(fā)符合液體火箭發(fā)動機特點的標注工具，通過訂制PMI模式，實現(xiàn)產(chǎn)品加工信息高效在設(shè)計、工藝之間交互等，從全流程中提升模型的應(yīng)用。通過PDM技術(shù)，實現(xiàn)面向產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的信息全管理。

采用MBD設(shè)計方式，全三維建模，開展三維模型設(shè)計，三維模型相關(guān)人員結(jié)合自身專業(yè)特點和職責(zé)分工，組織開展線上IPT，對三維模型進行審查，提出修改意見，結(jié)束后自動根據(jù)角色簽署；待批準后，進行三維模型電子分發(fā)(見圖3)。通過骨架模型將結(jié)構(gòu)設(shè)計要求從總體向組件傳遞，同時采用輕量化模型實現(xiàn)總裝過程中大模型的復(fù)雜零件裝配消耗計算機資源等問題。

圖3 基于三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計流程

3.3 統(tǒng)一數(shù)據(jù)源管理技術(shù)

在發(fā)動機研制過程中，引入MBSE設(shè)計理念，實現(xiàn)研發(fā)過程中不同應(yīng)用階段交付物模型表達。通過實踐，采用需求模型、架構(gòu)模型、參數(shù)模型、系統(tǒng)模型、產(chǎn)品模型、仿真模型、工藝模型、測試性模型能夠完整地表達液體火箭發(fā)動機產(chǎn)品研制過程中的所有數(shù)據(jù)信息(見圖4)。

圖4 研制過程數(shù)據(jù)流示意圖

眾多的模型如何統(tǒng)一組織，通過實踐采用BOM模式實現(xiàn)管理。BOM即產(chǎn)品物料清單，貫穿于液體火箭發(fā)動機方案論證、詳細設(shè)計、工藝設(shè)計、產(chǎn)品加工、測試試驗、交付維護直至產(chǎn)品退役等過程。液體火箭發(fā)動機產(chǎn)品全生命周期內(nèi)容在不同應(yīng)用階段不同專業(yè)有眾多的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，這些數(shù)據(jù)需要通過結(jié)構(gòu)化手段實現(xiàn)集中統(tǒng)一管理。因此，在構(gòu)建液體火箭發(fā)動機協(xié)同設(shè)計平臺過程中明確以零件對象為最小的管理單元，該管理單元下可以包括三維模型(材料屬性性能、PMI標注信息等)、工藝信息、仿真信息、質(zhì)量信息、試驗信息等元模型。通過XML技術(shù)實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的綜合管理。在不同的階段，通過BOM的轉(zhuǎn)化實現(xiàn)在不同的環(huán)境數(shù)據(jù)的交互。

業(yè)務(wù)流程的所有階段，都與過程設(shè)計數(shù)據(jù)管理模塊有數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)管理模塊需要考慮數(shù)據(jù)雜、數(shù)據(jù)量大、頻繁交互、即時保存。通過對液體火箭發(fā)動機研制過程分析，面向業(yè)務(wù)對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其關(guān)系模型，包括數(shù)據(jù)類型及其屬性，保證數(shù)據(jù)的一致性。具體通過基于XML的設(shè)計數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)的映射機制，主要解決設(shè)計參數(shù)與仿真參數(shù)互傳互通的交換規(guī)范或中性文件格式。燃氣發(fā)生器為BOM中的Item條目，其下關(guān)聯(lián)設(shè)計模型、仿真結(jié)果。

通過分析以業(yè)務(wù)過程為主線，采用BOM關(guān)聯(lián)不同設(shè)計階段形成的各類數(shù)據(jù)。采用分層管理思路，構(gòu)建樹狀結(jié)構(gòu)來管理不同層次之間數(shù)據(jù)。最后采用結(jié)構(gòu)化的內(nèi)存文件映射技術(shù)使用內(nèi)存與物理文件的映射，大量減少I/O操作，解決了訪問速度、即時保存、分類處理的問題。

3.4 大數(shù)據(jù)存儲及分析技術(shù)

液體火箭發(fā)動機研制過程中，需要開展設(shè)計建模、仿真模擬、試驗驗證等環(huán)節(jié)，整個過程中形成眾多的數(shù)據(jù)，同時需要提供高效的計算能力。底層通過高性能計算服務(wù)器存儲等基礎(chǔ)設(shè)備為整個協(xié)同設(shè)計提供三維建模、數(shù)值模擬仿真硬件條件(見圖5)。基于Hadoop生態(tài)組件進行整合優(yōu)化，實現(xiàn)性能多源數(shù)據(jù)流式計算、統(tǒng)一動態(tài)分類存儲、統(tǒng)一運維、數(shù)據(jù)安全的一站式大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支撐。基于產(chǎn)品BOM，采用分布式模式管理模型數(shù)據(jù)。同時通過MPI高算架構(gòu)實現(xiàn)并行計算管理和調(diào)度計算機集群，為三維建模和仿真數(shù)值模擬計算支撐。采用時序數(shù)據(jù)庫方式，實現(xiàn)對并發(fā)的試驗緩變、速變數(shù)據(jù)實時在線分析。

圖5 大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺組織示意圖

液體火箭發(fā)動機設(shè)計過程中不同專業(yè)、不同階段形成不同的數(shù)據(jù)文件，其中有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類型如三維模型BOM，結(jié)構(gòu)化的三單，也有非結(jié)化的文件，如方案論證報告、仿真計算的數(shù)據(jù)文件等。為了支撐協(xié)同設(shè)計，采用分布式存儲模式對不同類別的差異化數(shù)據(jù)存儲。數(shù)據(jù)采用分布式管理；具體的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲，通過Hadoop提供的集群功能接口，完善文件管理功能；針對三維模型等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建數(shù)據(jù)邏輯映射表，在HDFS的上層采用開源工具Hive和HBase實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理。

3.5 多站點協(xié)同技術(shù)

通過對目前液體火箭發(fā)動機研制過程中涉及的協(xié)同單位、主要的功能進行梳理。基于J2EE構(gòu)建MVC模式的液體動力系統(tǒng)C/S模式設(shè)計協(xié)調(diào)環(huán)境。分析目前協(xié)同涉及的部門，采用多站點協(xié)同模式。基于Web消息服務(wù)方式實現(xiàn)各站點之間信息通信，服務(wù)器Web Portal和客戶端通過HTTP協(xié)議服務(wù)形式，通過相應(yīng)的Servlet調(diào)用相應(yīng)應(yīng)用對象模型。協(xié)同過程中不同應(yīng)用站點數(shù)據(jù)采用復(fù)制模式，通過權(quán)限審核機制對最終狀態(tài)進行確認保存。實現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)、試驗等主要液體火箭發(fā)動機產(chǎn)品全生命周期的參與人員能夠異地協(xié)同辦公，提高設(shè)計效率，保證產(chǎn)品狀態(tài)，嚴控產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)。實現(xiàn)協(xié)同的技術(shù)途徑如圖6所示。

圖6 多站點異地系統(tǒng)協(xié)同示意圖

在設(shè)計工藝協(xié)同過程中，采用MDU虛擬樣機技術(shù)，根據(jù)液體火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，定義三維模型成熟度標準，根據(jù)模型的不同成熟度結(jié)合流程驅(qū)動實現(xiàn)在不同的階段工藝與設(shè)計的協(xié)同。針對異地特點，構(gòu)建了線上IPT系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多人異地在線圍繞相同模型協(xié)同。建立仲裁機制，確保產(chǎn)品面向制造設(shè)計。整個協(xié)同過程中綜合任務(wù)計劃協(xié)同、業(yè)務(wù)流程協(xié)同、過程數(shù)據(jù)協(xié)同等核心業(yè)務(wù)。

4 結(jié)語

近年來，隨著云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)新理念的迅猛發(fā)展，未來液體火箭發(fā)動機研制模式將是傳統(tǒng)液體火箭發(fā)動機與新一代信息技術(shù)的重塑性融合。在型號研制過程中，協(xié)同研發(fā)是技術(shù)發(fā)展的方向，同時也是適應(yīng)未來航天強國“三高”發(fā)展的重要措施。

本文針對液體火箭發(fā)動機研制工程需求，提出了協(xié)同設(shè)計平臺框架。分析了協(xié)同平臺中的五項關(guān)鍵技術(shù)，提出了相應(yīng)解決途徑。通過工程實踐，構(gòu)建了液體火箭發(fā)動機協(xié)同平臺，實現(xiàn)了基于三維模型的設(shè)計工藝協(xié)同，科研生產(chǎn)全過程的數(shù)據(jù)信息整合和多維度監(jiān)控。通過平臺提升了型號研制管控精細化程度，推進了液體火箭發(fā)動機設(shè)計模式由“任務(wù)型”向“能力型”轉(zhuǎn)變。通過設(shè)計工具革新，提升液體火箭發(fā)動機設(shè)計水平，支持液體火箭發(fā)動機通用化、系列化、模塊化、體系化設(shè)計。

以信息化技術(shù)為核心應(yīng)用的協(xié)同技術(shù)目前正處于高速發(fā)展時期，技術(shù)發(fā)展牽引設(shè)計革新，設(shè)計革新反向促進技術(shù)發(fā)展，二者相互耦合。這也導(dǎo)致液體火箭發(fā)動機數(shù)字化設(shè)計體系是一個螺旋迭代的過程。本文提出的體系架構(gòu)模式和嘗試，仍需在工程驗證過程中不斷完善和拓展，以期適應(yīng)液體火箭發(fā)動機發(fā)展需求。