固體發動機精益研發平臺的應用研究

翁潔鑫、趙永紅、魏翔飛 /內蒙動力機械研究所

隨著重大背景預研型號和高新四期工程項目逐步轉入研制階段，內蒙動力機械研究所承擔的型號研制任務量急劇增加，而研制難度大幅提高、研制周期大幅縮減、技術要求越來越高、產品服務對象越來越多樣化對發動機協同研制能力提出了更高的要求。目前，各部門設計、分析和試驗人員的協同研發、數據共享與交換等能力較弱，多數情況下仍然沿用傳統的設計仿真工作模式，導致工程技術人員協同設計仿真工作效率低，研制周期長，研制成本高，產品質量一致性、穩定性差，這些技術短板已經成為制約發動機設計技術水平提高的瓶頸問題。為了解決上述問題，研究所依托某導彈動力系統研發保條件建設了固體發動機精益研發平臺（PERA 平臺），旨在提升固體發動機一體化協同研發能力，進一步實現研發項目、研發流程、設計仿真方法、研發數據、設計仿真工具以及研發知識等的協同應用，并使傳統研發模式逐步向數字化研發模式轉變，最終達到提升跨部門、跨專業多人協同設計與仿真分析能力，大幅提高研制效率，縮短研制周期，降低研制成本，并能確保產品的可靠性、穩定性以及一致性等目的。

一、平臺主要用途

PERA 平臺的主要用途體現在以下5 個方面：

一是將質量管理與研發過程進行融合，開展質量策劃，實現質量預防、質量控制與改進以及質量監督與追溯等；

二是形成知識型設計體系，并將知識管理與研發過程進行融合，實現知識對研發活動的支撐，避免相同錯誤的發生，提升研發的效率；

三是將研發流程的“隨意性”轉變為“標準化、規范化、協同化”，并協同共享研發周期中各個系統數據與相關知識，實現產品數據生命周期可追溯、研發知識可共享；

四是推動固體發動機技術發展由傳統研發模式向數字化研發模式轉變，逐步實現產品的規格化研制，提高產品的成熟度，實現產品的可重復生產，進而推動產品更新換代；

五是以信息化技術與手段克服研制資源嚴重不足的問題，提升一體化協同研發能力，提升效率、提高精度、降低成本。

二、PERA平臺應用架構

PERA 平臺的應用架構包括支撐層、資源層、應用層、業務層及展示層，如圖1 所示。其中，虛線框為可擴展模塊。

支撐層包括網絡，計算機以及底層的硬件、操作系統、數據庫、中間件等，是軟件平臺的基礎保障；資源層包括各種軟件工具和后臺服務、固體火箭發動機設計知識庫等；應用層包括工具集成、數據管理、知識管理、設計質量管理、指標管理和設計創新功能模板等，應用層具有可擴展性；業務層包括專業設計分析系統、任務及流程管理；展示層是平臺門戶系統，具有用戶登錄的統一入口和基本的平臺門戶功能。

三、PERA平臺主要功能簡介

圖1 平臺應用架構

PERA 平臺是一個專業集成的、能夠以協同方式開展發動機設計研發工作的信息化技術平臺。該平臺主要是基于WBS 工作任務分解的思想協同開展發動機設計研發工作，實現了研發項目、研發流程、設計仿真方法、研發數據、設計仿真工具以及研發知識等的協同應用。主要由平臺門戶、研發管理、知識工程、綜合設計環境、研發過程質量管理、系統管理等幾個子系統或軟件模塊組成。

門戶提供信息展示的平臺和常用功能的快速入口；研發管理實現從項目策劃到流程管理和任務下發，再到項目過程管理和監控，以支持研發的規范化、標準化，支持任務策劃及研發協同/ 滿足對項目整體和執行過程等全過程的掌握和把控；知識工程以知識與流程和設計相融合的思想為指導，在研發過程中進行知識的推送和復用，實現將正確的知識在正確的時間呈現給正確的人；綜合設計環境是基于知識和仿真驅動的數字化集成設計環境，支持復雜產品研發過程中跨部門、跨專業、跨學科分工協作，支持并行研發和快速迭代，實現人員協同、工具協同和數據協同；研發過程質量管理以產品設計為核心，實現面向型號WBS 的質量策劃、產品設計過程預防、產品設計過程質量控制、產品需求與指標管理、質量問題歸零、質量追溯監控；系統管理為平臺的運行提供保障，主要包括平臺運行的組織結構、人員管理、角色/ 權限管理、三員管理、日志管理等。

四、PERA平臺的應用

1.PREA 平臺基礎應用

在平臺中設置研究所的組織機構，定義了系統角色，為各研究室技術人員與部分機關人員配置系統使用權限；集成了一些研究所內目前應用成熟的自研軟件與CAD 軟件，如熱力學計算軟件、內彈道計算軟件、關于殼體的一些設計計算軟件、關于噴管的一些設計計算軟件、Pro/E、Autocad2007 等；集成了一些顯性研發知識，如與燃燒室設計、殼體設計、噴管設計、安全點火裝置設計、可靠性設計等相關的標準，以及研究所技術人員近幾年所撰寫的論文等。

2.型號研制在PREA 平臺上的應用

研制型號在PERA 平臺上的應用場景與應用流程如下：

·總師/副總師新建項目，定義項目的基本信息（項目的名稱、編號、密級項目的負責人、項目的計劃開始時間和計劃完成時間）、指定項目的參與部門、指定項目的研制階段、指定項目的主要成員（技術指揮、行政指揮）、指定項目需要的其他系統的接口（如PDM 等）、定義項目的需求（如研制總要求/合同文件等）；

·總師/副總師根據項目實際情況分解項目WBS，按專業進行項目WBS 結構分解，指定每個專業的負責人；

·各專業負責人根據項目需要指定專業團隊成員，并定義其在當中的角色（如主管設計師和設計師）；

·各專業負責人定義各自的需求（如總體專業是大總體給的需求，分系統專業是總體專業給的需求），可從需求模板庫中快速選擇完成；

·各專業負責人根據需求定義其需要交付的結果文件和研究所內質量文件要求的歸檔管理文件，可從標準交付物模板庫中快速選擇完成；定義完成后，將需求和其驗證需求的結果文件進行關聯；

·各專業負責人根據結果文件定義任務（工作項/工作活動）完成相應的結果文件，可從標準工作項模板庫中選擇，快速進行項目策劃。定義工作項的基本屬性（名稱、編號、密級、階段、專業、計劃開始時間/計劃完成時間、工作項負責人、參與人），將工作項進行派發；

·主管設計師（或工作項負責人）繼續定義工作項的輸入（可新建或選擇其他工作項的輸出）、輸出（選擇結果文件）、工作活動（可將工作項任務進行繼續分解，指派設計師共同完成任務；定義工作活動的基本信息、輸入、輸出、知識和工具）、定義工作項的質量檢查表（如標準化要求等）、關聯相關知識等?？牲c擊相關工作項，查看與其有數據關系的上下游工作項，查看其他工作項的進度狀態和數據狀態；

圖2 平臺應用場景與流程

·主管設計師（或工作項負責人）啟動任務，進行任務下發；

·主管設計師/設計師在其待辦任務中查看該任務，點擊任務名稱，進入協同工作臺，查看任務的基本信息；

·主管設計師/設計師查看完成該任務所需要用到的輸入數據（各個版本）；

·主管設計師/ 設計師利用關聯的知識和工具，輔助工作的完成；在任務執行中，可在其執行頁面直接搜索查看知識工程中的知識進行應用、可以添加軟件清冊中軟件進行應用；同時記錄相關的工作日志和問題報告；可將相關數據和過程文件保存到工作文件中（相當于云盤，可在線編輯自動保存），以防因保密、文件夾繁多，時間過久而找不到相關文件；

·主管設計師/設計師上傳所需要提交的輸出數據（可將本地計算機中的文件上傳到平臺中，也可以將工作文件區的文件直接引入到輸出數據中）；下游工作項實時收到其輸出數據作為自己的輸入數據，并通知其任務執行人有新數據更新；

·質量人員可對各專業的交付物質量進行標準化質量檢查、檢查輸入輸出數據的版本是否一致、檢查所需要提交歸檔的文檔是否齊全、檢查結果是否滿足其需求。

在型號產品研發期間，總設計師/副總設計師、技術指揮、行政指揮、主任設計師、副主任設計師可全程監控產品整體研發進度和相關數據或文件的狀態；可以監控各研究室所負責的工作項的進展情況，包括工作項狀態、交付物狀態、工時、問題報告等。平臺應用場景與流程如圖2 所示。

基于上述應用場景與流程，通過實際研制型號，如XXX 導彈主發動機、XXX 導彈動力裝置等對該平臺開展測試應用工作，初步探索基于WBS 工作任務分解思想，以流程化、協同化方式開展發動機設計研發工作的數字化研發模式，并為PERA 平臺在研究所內的全面推廣使用奠定了基礎。

通過PERA 平臺的應用研究，內蒙動力機械研究所初步實現了固體火箭發動機研發過程中部分設計流程、仿真流程、算法工具的集成封裝，增加了研發過程管理信息化手段，提升了協同研發設計模式實踐水平，積累了多學科過程耦合及協同仿真技術經驗，掌握了模塊化方法思路及工具，落實了仿真計算過程模板化技術思路，降低了仿真工具應用門檻，加快了設計迭代，初步形成了基于流程化的協同設計、仿真與優化能力，使研究所具備一定的研發過程管控能力?！?/p>