浅析全生命周期数字化管理系统对IPT的支撑

◎北京临近空间飞行器系统工程研究所 李萌萌 肖振

集成产品开发团队（IPT）作为一种新型的项目管理组织模式，能够有效适应当前航天型号研制专业耦合紧、系统复杂度高、参研单位多、涉及领域广等特点，在有效提高工作效率，提升总体设计能力的同时，对关键技术的攻关起到了重要作用。但与此同时，IPT模式在实践过程中也暴露出了设计经验难以固化、考核不完善等问题。

因此，笔者结合工作实践，提出了采用全生命周期数字化管理系统，在具体操作层面上支撑IPT的科研工作，试图解决或至少为后续彻底解决上述问题奠定基础。

一、IPT在实施中存在的问题

IPT是由多学科、跨部门的专家和技术人员组成的产品协同设计工作小组，为实现多专业紧密耦合与有效协同，IPT按照“一个目标、一套管理办法、一套设计方法、一个团队”的原则开展工作，并辅以相应的管理制度，从而明确工作目标、内容和接口关系、时间节点、交付方式，使之真正做到整体策划、统筹安排。

IPT管理模式自实施以来，取得了一些阶段性成果，但也逐渐暴露出团队管理、经验和设计方法等方面的一些问题与不足。

1.任务分配与下达模式不完善

与传统串行科研模式相比，IPT强调并行的科研模式，对应的管理模式也从传统的纵向转变为扁平，以缩短科研调度链条。但在实践过程中，口口相传的任务分配与下达模式不利于整个团队对技术状态的跟踪，尤其是当别人工作对自己有重大影响时，不能第一时间了解并采取相应措施。另外，这种模式还容易导致任务的遗漏与不能落实，工作的完成情况、完成好坏完全取决于个人的主观能动性。

2.对专业和设计经验的总结不足

IPT对专业和设计经验未进行系统的整理和总结。具体体现为：一些核心经验教训并未得到有效积累，未形成制度保留下来；尚未形成完备的跟踪记录途径，在快节奏的任务推进过程中，团队无法停下来对分析过程进行详细记录，大量数据和研究成果得不到有效保存；IPT的实施效果过于依赖成员的个人能力。

3.工作考核不充分

由于IPT属临时团队，在当前依旧延承处室考核的管理模式下，处室领导对于IPT成员的工作并不十分了解。因此，这一考核模式既不利于对工作质量的把握，也不利于IPT成员发现问题并及时改进。

二、全生命周期数字化管理系统

随着近年来信息技术的快速发展，可通过数字化手段解决或部分缓解上述IPT管理模式在实践中暴露的问题。

全生命周期数字化管理系统着力于打造总体多学科优化平台、数字化协同设计平台、数字化协同分析平台、飞行特性模拟仿真验证平台以及试验数据管理平台，如图1所示。

图1 全生命周期数字化管理系统示意图

1.总体多学科优化平台

总体多学科优化平台通过对多专业分析计算方法的提炼与固化，形成具有一定可信度且计算效率高的工程计算模型，并按照合适的优化策略和设计过程组合形成一套自动寻优的总体方案。同时，实现IPT内部多专业、多学科的快速迭代优化，形成参数闭合的总体方案，并对分系统专业提出总体要求。这样一方面减少了多专业逐个进行评估的环节，提高了效率；另一方面通过自动仿真寻优，降低对设计人员的经验要求。

2.数字化协同设计平台

数字化协同设计平台作为一种全新的设计系统，通过自顶向下的设计方法，以总体骨架模型和文本相结合的手段进行设计信息的传递与约束，实现基于统一数据管理的产品在线并行开发功能，实现数字样机的统一存放和管理以及并行开发，保证共用设计和信息的一致性，从而提高产品设计质量和研制效率。它克服了传统的三维模型独立设计及设计/审签环境相互割裂的诸多弊端，如各专业之间缺乏必要的协同和优化，上游数据的更改可能导致下游数据的不清楚或更改频繁，有效数据受控不及时等问题。

基于数字化协同设计平台，系统地将关联设计、数据管理、三维审签及发放等进行一体化开发，可以保证各专业及系统数据的一致性，确保数据准确性，保证产品研制合理性与快速响应性，从而提高研制质量。例如，航天产品结构方案的协同设计可由多个IPT协同完成数字化三维模型的构建，通过数字化协同设计平台实现对IPT协同过程的管理，打通三维设计、三维工艺、三维制造加工的全流程。

3.数字化协同分析平台

基于数字化协同设计平台形成的数字化三维模型，各专业按照传统串行的业务流程，依次对产品的气动、结构、防隔热、控制等方面的特性进行仿真分析，对航天产品的性能进行单个专业的评估，为方案优化提供支撑。

4.飞行特性模拟仿真验证平台

飞行特性模拟仿真验证平台采用先进数字化手段开展系统级的总体性能验证、预示与评估。例如，针对总体设计方案，IPT可以对航天飞行器产品进行全生命周期、全系统、全剖面、全流程的总体性能验证，利用高性能图形工作站和计算资源，可初步搭建全系统、全流程虚拟试验平台，实现对航天飞行器产品各段气动力、热、结构、载荷和控制等多学科耦合飞行过程的全程模拟仿真，对飞行过程中的多物理场飞行特性进行考察，获取全程飞行包络。

5.试验数据管理平台

试验数据管理贯穿于试验的全过程，包括试验任务的下达、试验方案设计、试验过程的跟踪、试验结果的采集、数据版本管理、结果的审签发布等。试验数据管理平台的应用实现了试验数据全生命周期的过程管理，实现了各类试验数据的统一存储、管理和检索以及规范化。

三、应用效果

1.汇聚核心技术研发能力

实践证明，全生命周期数字化管理系统能够满足航天产品的设计需要，能够覆盖集成优化设计、产品研制和试验验证等环节，实现了信息共享，加快了研制速度，提高了研制效率，保证了协调结果的准确性，并确保了IPT成员之间沟通信息的准确可靠，逐步提升了IPT的技术研发能力。

2.提升核心综合管理能力

全生命周期数字化管理系统不仅打造了技术研发能力的载体，促进了技术能力的提升，而且能够促进管理软实力的提升。

一是便于管理经验的传承。全生命周期数字化管理系统将成熟的科研流程固化为工业流水线，力图使每个管理环节实现数据化、信息化和规范化。这种过程的模块化简化了管理流程，助力了科研模式创新和核心能力的形成，便于管理经验的传承。

二是简化事务性工作。全生命周期数字化管理系统让设计人员将更多的精力投入到科研创新上，而不是整天疲于应对琐碎的事务性工作。

三是强化资源共享。设计经验根植于全生命周期数字化管理系统，它不会随着人员的变更、工作的结束而流失，确保了设计经验的有效传承。尤其是对年轻的设计人员而言，成熟、流程化的设计模式，缩短了成长周期。

全生命周期数字化管理系统通过系统化的管理和数字化工具的运用，实现了对IPT攻关流程、业务关系、知识和技术等核心能力的数字化，最终形成的数字化成果有力地支撑了IPT的高效协同工作。