促進直升機產業鏈協同發展的標準化應用研究

摘 要：為推進直升機設計制造一體化和全生命周期協同，直升機主機設計所作為產業鏈溯源牽頭單位，采用標準化手段推廣應用MBD和MBSE等技術，實現供應鏈數據統一，促成企業聯動和集群發展，支持了地方政府以優勢企業為核心，健全配套，重點發展直升機等航空產業的戰略落地，形成了產業協同的實踐案例。

關鍵詞：直升機，協同，標準化

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.015.009

0 引 言

江西景德鎮按照習近平總書記“為把我國建設成為航空強國而不懈奮斗”“為實現民航強國目標、為實現中華民族偉大復興再立新功”的重要指示精神，不斷開創航空事業發展新局面。目前，該市聚集航空企業上百家，形成了以昌飛公司、直升機所為龍頭，涵蓋直升機和無人機研發、制造、通航等上下游完備的產業鏈。景德鎮市委表示，將加快搶占低空經濟賽道，促進軍轉民、民參軍，豐富拓展業態發展，推動航空產業強龍頭、補鏈條、成集群，實現制造與運營相融合、總裝與配套為一體、航空企業集中連片發展。地方政府以優勢企業為核心，健全配套企業鏈，重點發展以直升機為代表的航空產業，形成了產業協同的實踐案例。

為促進廠所協同、實現航空企業聚集和一體化發展，直升機所實施了一系列深化、創新舉措，摹繪頂層藍圖、發揮標準化優勢、推動管理提升。例如對MBD和MBSE等技術進行發展應用，解決數據一致化等問題并提出當前技術局限；在型號研制組織、當地企業集群等多個層面推動產業協同，實現上下游聯動和標準化水平一體提升。

1 應用MBD技術促進設計制造一體化

MBD（model based definition，基于模型的定義）技術基于面向制造的設計，在產品模型中同時定義設計信息和制造信息，在保證數據完整性的同時主張在生產制造過程中將三維實體模型作為唯一依據。十余年前，直升機所對MBD技術進行開發、應用，倡導標準先行，率先形成包含總則、裝配件、機加件、鈑金件、復材件、管路、電氣、材料關聯、標準件表達、技術注釋、機載產品、數據檢查、三維標注、接口模型的成系列企業標準，與成熟度定義和控制標準配套，在當時某重點直升機研制過程中進行了試用、驗證，有效支援了型號設計并提高了本土MBD技術成熟度。類似于中國航發湖南動力機械研究所提出的廠所標準共享互通和聯合企業標準發布實施[1]，直升機所總結型號應用經驗，迭代優化基于模型的定義和成熟度定義/控制系列標準，邀請航空工業標準化專業研究所、固定翼主機企業、直升機三廠一所等單位的數十名專家代表進行研討和審查，充分吸納設計、制造等方面意見后在直升機型號研制中進行推廣應用，解決之前在設計制造一體化等方面存在的不足和問題。中航西飛民用飛機有限責任公司提出的面向裝配的模塊劃分、MBD設計和模塊成熟度技術等設計制造一體化應用方向也在直升機所應用范圍[2]。

直升機MBD技術作為綜合方法體，通過多種信息集成方式，針對零組件類型和專業設計特點，基于規范的流程和模板實現三維實體模型完整表達產品定義信息，如產品尺寸、公差和工藝信息等。該技術適應于廠所數字化設計制造體系，滿足多專業并行協同要求，體現設計與制造的分工協作模式，支持與產品設計協同開展工藝/工裝設計、制造裝配指令/檢驗規程編制和生產采購，支撐數字化質量檢驗手段，能夠提高生產/檢驗效率、管理水平和產品質量。同時，應用該技術的產品滿足構型管理的標識、審批和更改等要求，能夠在產品數據管理系統中進行信息集成和交互，滿足單一數據源要求。

在MBD技術應用不夠成熟、數據表達不夠全面或準確時，制造環節仍習慣對于旋翼系統等部分產品結構采用二維圖紙輔助三維模型進行工藝信息表達。目前應用MBD工藝輔助設計系統等手段，能夠基于MBD設計模型進行三維工藝設計，形成MBD工藝模型。該項工作并非將MBD設計模型與加工工藝文本簡單集合，而是旨在實現三維模型與關聯工藝的有機集成。中國航發沈陽發動機研究所在統一數字平臺、創建并行流程、規范過程控制、保留二維識圖習慣等方面進行了相關闡述[3]。遼寧工業大學就特征識別與信息提取、MBD工藝模型生成等方面對三維工藝生成過程進行了類似研究[4]。

直升機型號研制成熟度，表征產品設計狀態、研制進展和功能實現等情況，是對產品從論證立項到鑒定定型整個研制過程的描述。基于產品數據管理系統對產品的系統、構型項和零組件等各級進行成熟度定義，能有效實施產品并行協同研發、數字樣機管理和研制進程控制。其中成熟度定義的主要方向包括零組件/文檔和系統接口，分別反映對象在產品數據管理系統中的生命周期變化以及接口協調的程度。同時，通過構型管理及質量門（質量轉段評審）控制各級零組件和系統接口的成熟度定義，并表征各系統、各構型項的成熟度加權統計。

2 借助MBSE的發展應用促進并行協同

航空裝備等復雜產品研制的集成度高，除了廠所設計制造一體化環境和三維實體建模工具之外，需要對來自各個領域不同工具的模型進行數據耦合與協同，使異構模型數據在設計和分析、驗證等過程中充分發揮作用。為解決此類問題，業界基于MBSE（model-based systems engineering，基于模型的系統工程）理念進行了有關研究。MBSE以模型為設計中心，在復雜產品設計中，通過模型設計的不斷演化、迭代，實現來自不同工具模型的集成與協同[5]。這些工具一般面向建模仿真、協同管理等系統工程活動，從單點向協同發展，形成跨越專業、企業、地域限制的協同平臺。NASA據此研發了面向復雜產品的開源設計平臺OpenMBEE[6]，為需求分析、物理仿真、功能邏輯和數學分析等模型的設計工具提供集成環境，采用面向對象的建模語言SysML描述模型結構和行為。ESA通過虛擬航天器項目，對工程數據組織和不同領域關鍵參數及模型交換等進行了改善，支持文檔和數據協同管理。直升機所借助SysML和XML文件作為模型數據交換媒介，通過對文件的應用和分析，實現模型信息的存儲、集成和提取、共享。北京仿真中心等單位研究了一種異構數據的多層協同策略，設計了一種智能模型數據信息提取的算法，并進行了實驗、分析，進而提出了產品協同設計中異構模型數據融合的策略[7]。

MBSE的發展，實現了從局部到整體的全生命周期應用。NASA廣泛布局涉及不同子系統不同階段的開發任務，已有多個項目實現了全生命周期應用，在縮短研發周期、降低成本和提高質量等方面取得了很好的效果。中國國家航天局結合探月工程，提出了基于模型的并行協同論證框架。框架組成包括協同團隊、協同論證環境、系統模型體系以及標準規范。協同范圍涉及項目論證、建設和運行維護，相關模型包括論證與協同設計中產生的各類需求、架構、仿真以及可視化模型。其中，標準規范用于約束各流程階段的業務行為、建模方式、接口以及驗證等具體要求，用以保證團隊協同條件下模型數據的規范性、一致性和可信性；約束建模或論證過程的輸入、輸出、邊界、顆粒度和方式，支持多崗位協同[8]。直升機所依托型號研制，在需求分析、方案論證、全生命周期建設等方面發展和應用MBSE技術，同時發現其在SysML等方面存在一定的局限和不足，如模型集成不便、本土化不成熟、工作周期長等。結合洛馬、華為等國內外企業的工作理念和實踐看，開展新型數字化工作、充分利用現有工業軟件和數據庫、形成跨數字資源的利用分析能力、不圍繞SysML等單一平臺開展集成，或成為彌補MBSE和SysML不足的一種途徑。

3 通過標準化手段實現供應鏈數據統一

直升機廠所搭建協調、互通的并行協同平臺，對研制過程和產品模型進行管理，對產品數據管理系統和各類使能工具進行集成應用，實現廠所設計、制造數據的形式統一和內容一致。直升機研制需要全產業鏈協同，除主機廠所外，供應鏈其他配套企業常呈分布式布局，在空間上為數據的規范性和傳輸等方面帶來影響。同時，配套企業與主機廠所的設計環境，尤其是三維實體建模工具常有差異，由此產生的數據歸一化融合問題為標準化相關技術應用帶來不便。

為實現全鏈條數據的規范性和統一性，直升機所針對具體型號的迫切需要，向各配套企業發放針對MBD數據要求的技術文件，規范其配套產品研制的相關數據及其管理。通過統一的工作組織和要求落實，以及設計工具、數據模板的傳遞，實現了MBD模型及其標注和屬性的協調、規范。基于型號成功經驗，直升機所在航空工業范圍內開展標準化協調，牽頭制定集團公司標準，向航空等領域25家企業征求了意見，接受了19家企業的審查，促使有關各方就基于模型的產品數據達成一致；具體標準已于2021年發布。該標準對型號系統中的配套企業提出基于模型的產品數據要求，包括數據格式、組成和檢查等內容，以協助主機企業實現數據協同。與型號文件相比，標準跳出了主機企業或裝備對具體CAD軟件的限制，規定了主機企業對配套企業模型數據的檢查要求，為后續數字化集成相關工作奠定信息基礎。

除三維模型等產品研制的直觀數據外，研制過程中各企業積累的經驗和其他數據既能支持當前具體型號研制，也能夠形成知識在后續其他型號研制中重用、為新的成功奠定堅實基礎。但各企業知識的載體格式和表現形式或有不同，不同的知識之間缺乏共通的表達結構或方式，既不利于彼此關聯也不便于有效重用，難以供技術人員便捷參考或應用工具迅捷調用。因此，有關企業可就結構/內容同類型或可合并類型的知識進行歸一化處理，建立通用知識模型，對既有經驗和數據進行封裝、固化，實現更高效的利用。直升機所在通用的文件和模型圖樣模板外，為更改控制文件、配套產品協議書、設計方案和各階段總結、鑒定定型文件、任務書/大綱/報告和分析報告等試驗文件，以及目錄和計算分析等文件制定了專用模板，在豐富知識工程體系的同時，提高不同部門乃至配套企業相關工作和資料的規范性。此外，直升機廠所在材料和標準件等設計基礎資源領域協同編制聯合企標等有關標準，確保了設計、制造和供應商的數據一致性。

4 運行聯動機制保障整體標準化水平

基于重要型號工程，經主管機關同意，直升機所可牽頭組建型號標準化工作系統，以統一規劃和組織協調各參研單位間的標準化工作，統籌安排工作計劃、經費和其他保障條件，在研制全過程中規范標準化技術應用、保障型號標準化水平。工作系統由主機廠所、標準化專業研究所、系統/分系統/設備配套企業、試飛和其他有關單位組成；組織研究并提出型號研制標準化工作要求，編發文件、建立標準體系、開展標準研究，宣貫并實施有關標準，組織開展“通用化、系列化、組合化”設計和標準化相關技術應用，協調/協助各參研單位處理技術和管理層面的標準化問題，分階段監督標準化要求的落實情況并進行標準化質量跟蹤與控制。工作系統通過專題或年度會議對標準化工作進行總結、部署，對重大技術活動組織評審，不定期編發工作簡報并及時就重要技術問題等專項內容發布通報，根據工作需要組織對有關單位的專項檢查并監督限期整改；成員單位及時報送標準化工作完成情況、標準化要求貫徹落實情況、下一步工作計劃和存在的問題。

工作系統通過組織型號專用規范的編制和評審，保障了型號指標在研制活動中的落地，建立了功能、分配等基線；通過標準貫徹實施與監督，保障標準化要求清晰、宣貫到位、資源充分，型號研制重大標準按要求落實，標準化技術得到切實應用，技術資料規范、準確；通過標準體系建設，發揮標準化的規范和協調作用，為設計、制造、試驗等提供有效依據；通過設計基礎資源選用與質量控制，引導材料和標準件等的研制并規范其應用，保障型號質量穩定性；通過開展標準化專項檢查，向配套企業下沉標準化技術和要求，并就組織結構和制度建立、工作計劃制定和執行、標準化文件體系建立與執行、標準體系建設與重大標準貫徹實施、專用規范編制、標準件選用與控制、標準編制應用及數據模型提交等方面對其進行協調協助和監督，實現產業鏈融合，發揮示范效應；通過統籌成員單位工作，實現了設計、制造、試飛驗證等標準體系，關鍵技術、關鍵工藝和試飛標準，設計、工藝和試飛標準化文件體系等同步建設。總體看來，工作系統作為標準化工作的管理組織、實施主體和協調機構，能夠高效開展工作，強化直升機三廠一所和其他單位協同，為型號打造精品、提高標準化技術水平作出積極的貢獻。

對于景德鎮當地配套企業，直升機所將其納入有關標準化工作體系，協調其參與國家高端裝備制造業（航空裝備）標準化試點。通過推廣先進的標準化工作機制、分享具體工作方法和工具等方式，在航空產業發展的大潮中實現共同進步，以區域為代表推動產業鏈整體標準化水平的提升。其中包括：溝通配套企業標準化需求，同步開展工作的策劃、落實，打造高效協同的標準化人才隊伍；協同發展型號標準體系，進行標準宣貫并協調落實標準發展需求；建立、運行有效的標準實施信息反饋渠道和機制；鼓勵配套企業參與標準實施效果評估研究和成果推廣應用；借助直升機全生命周期標準體系、標準化信息服務平臺、標準化知識工程等主機所能力，利用空間優勢進行快速的標準化技術互通和資源共享。

5 結 語

直升機所融入區域規劃，發揮示范企業影響力，為直升機等航空產業鏈協同和發展貢獻智慧，在主機廠所協同、總體研制企業和配套企業協同、集成研制環境和工具協同等方面進行了有益探索和實踐。航空產業的分布格局、愈加頻繁的企業間乃至國際合作，帶來了復雜的協同任務場景。無論是基于項目制的上下游協同，還是基于地域或企業集團的組織協同，都對一體化集成環境提出了長期的要求。通過應用標準化手段，建立便捷的協同機制、運行適宜的軟硬件設施、利用規范的工作方法和基礎資源，能夠幫助協同企業發揮自身特點，實現產業鏈優勢互補和資源整合，促成專業化、集約化、協調發展，提高個體效益和整體效能。當前相關技術及其應用仍需面對改善需求，產業鏈協同發展的命題有待業界持續提出與時俱進的解答策略。

參考文獻

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作者簡介

朱怡超，研究員，主要從事航空標準化、環境工程、材料和基礎機電產品、計量和理化檢測等工作。

廖子祥，高級工程師，主要從事航空標準化與質量工作。

（責任編輯：張瑞洋）