探索协同模式 打造航天产品协同研制平台

◎北京神舟航天软件技术有限公司 闫红军 耿建光 方进涛

国务院《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》中，“互联网+”协同制造是重点行动之一，旨在推动互联网与制造业融合，提升制造业数字化、网络化、智能化水平，“智能制造+网络协同”已经成为事实上的未来制造模式。航天产品是构成复杂、技术复杂、流程复杂、试验复杂、管理复杂的典型复杂产品，航天航空装备是“中国制造2025”重点突破方向之一。协同研制是多年来航天工业依据系统工程理论指导摸索出来的有效解决方案，对提高我国航天工业核心竞争力、实现跨越式发展具有重要意义。随着数字化技术应用的深入，不断探索新的协同研制模式，构建新型协同研制平台，是助推航天工业转型升级，迈向航天强国的必由之路。

一、协同研制成为大型装备研制任务高效完成的基本保障

基于型号、项目、技术、商务、外包、制造、物流等多要素，以及从设计、工艺、制造、试验、交付、综保（运维）的全过程并行协同，已经成为大型装备研制任务顺利完成的基本保障。空客、波音、洛·马公司利用数字化协同技术推动了世界航空制造业的新一轮较量。空客A380飞机数字化设计和制造模式，实现了法德英西4国5座城市的数字化协同，使这个空中巨无霸顺利地在2005年4月成功首飞。波音B787项目在波音广域网开发环境中实现了135个工作地点、180个供应商的协同作业，使这个以复合材料为主结构的梦想飞机于2007年7月精彩下线。洛·马公司JSF飞机研制联合体通过构建跨越17个时区的协同网络，把全球30多个国家、50多家公司的5万名工程技术人员协同在同一平台上，使F-35战机总装一次完成，研制周期从原来的42个月缩短至24个月，创造了航空史上的奇迹。

二、航天产品研制协同需求分析

航天工业多级法人的组织架构，以及多年来形成的系统工程模式，决定了航天产品研制具有配套单位多、协同关系复杂的特点。当前，设计与制造之间一定程度上采用了协同手段，主要采用受控数据发放方式，对于少数需要及时协同的情况采用同步协同模式，通过公共协同区域进行，即通过可视化工具，实现基于三维模型的技术交流。要支撑集团公司、院、厂所三级研制过程及信息的上下贯通，实现厂所级航天产品研制数据的纵向打通，支撑产品研制过程管理的有效决策与调度。具体实现模式是通过数据集中的方式来实现，在产品研制中，各级单位要依据产品研制管理的需要分别建设型号数据中心、产品数据中心与基础数据库，实现产品研制数据在三级间的合理储存与管理。最终形成以产品数据为核心，厂所三级单位参与协同的全集团多产品协同研制平台。

航天产品研制配套单位多，协同面广，要实现产品研制整体效率和质量的提升，现有基于院间跨地域的图文档传递模式的协同，很难全面满足航天产品研制全部过程控制与协调的需要，必须通过统一协同研制平台，才能实现集团公司、院、厂所三级研制过程的贯通与数据的有效流转。

三、航天产品研制协同模式分析

航天产品研制面临着知识和技术的不断更新，也面临着国际国内竞争压力的不断提升。随着国家重大工程的实施，对航天产品的质量和性能要求越来越高，而协同是快速提升研制能力的关键。多年来形成了航天产品多单位联合研制的模式，协同模式主要包括：

（一）基于产品结构的协同

支持产品自顶向下设计，基于EBOM、PBOM、MBOM等产品结构的转化与数据传递，保障航天产品研制的设计、工艺及制造等各专业人员并行开展协同工作。通过院级业务数据中心的建设，实现院间跨地域、跨单位的数据传递、过程协同，基于此，实现产品BOM在产品研制不同阶段的转换、传递，实现设计、工艺、制造间信息的贯通。

跨企业的协同研制

（二）基于仿真与试验数据的协同

除总体、分系统及单机间的设计协同之外，设计与仿真、试验等阶段的协同，也是提升产品质量、缩短研制周期的核心。设计单位将试验模型、试验说明向专业的仿真、试验单位传递，仿真、试验结果数据不仅仅通过报告的形式，将仿真、试验结果及时反馈给设计单位，设计师通过仿真、试验结果数据实现设计模型的优化迭代。

（三）基于现场生产数据的协同

设计与制造之间的协同，有助于大幅度降低研制成本、缩短研制周期，制造介入的越早，产品制造过程中风险控制越到位。由制造单位产生的生产现场质量数据（如检测数据、检验数据、质量报告等）向设计单位进行反馈，作为设计单位产品设计、报告编制的内容和依据。

四、打造航天产品协同研制平台

神软公司AVIDM企业级协同研制平台支持用户实现基于三维模型的多业务领域协同研制，支撑航天产品研制以三维模型为代表的产品定义、仿真、设计过程和数据管理，支撑自顶向下的协同设计模式。平台引入在互联网广泛使用的社交化协同模式，用户通过即时通信工具以及音视频协同工具开展实时沟通交流。同时，平台提供动态流程协同能力，实现任务、工具、数据、知识的有机组合，支持企业多学科、跨专业的协同和自动化应用。在跨组织协同方面，为企业提供了统一的协同环境，跨企业的人员通过平台，实现跨企业协同，协同范围和对象涵盖了企业业务文档、三维模型和BOM数据。

结合航天产品协同研制要求，随着信息技术、数字技术的深入应用，AVIDM企业级协同研制平台的内涵也在不断地发展，重点在如下几方面的协同能力进行增强：

（一）基于MBD的产品协同设计

MBD应用促进三维模型作为生产制造过程中的唯一依据，改变了传统以工程图纸为主、以三维模型为辅的协同研制方法。工艺设计与仿真都将在三维数字化环境下开展，以产品EBOM和三维数字样机为基础，以工艺数字化并行定义为核心，开展工艺总方案的制定，进行产品数字化三维工艺设计、数字化工艺容差分配、仿真和优化、数字化三维工艺仿真验证等应用。

在工艺审查阶段，对零件、组件、部件组成的制造单元进行可制造性、可装配性分析，检查结构设计的合理性；在工艺规划阶段，通过装配工艺仿真，确定零部件之间的装配顺序和运动路径；在工装设计阶段，工艺、工序与工步采用装配、组件与视图方式实现三级描述，集成工装资源库与工艺知识库，通过制造资源仿真，定义零件加工工艺信息，设计出合格的工装资源；在工艺编制阶段，通过建立起产品、工艺、资源等数字化工艺数据模型，实现基于模型的工艺分离面划分、装配工位设计、装配流程设计、三维工艺指令设计等。

（二）基于三维模型的工艺协同设计

利用设计三维模型进行结构化工艺设计，关联产品、资源、工厂等数据，实现了从产品设计到工艺、制造的业务集成。在数字化工艺设计方面，可以及时获取准确的设计MBD模型，维护工艺与设计数据的一致性，提高工艺编制质量与效率，减少错误与返工；相关部门获取实时、准确的工艺数据，有利于工作质量和效率的提高；通过丰富、直观的工艺报表，减少了无效工作时间和出错机会。在数控编程及管理方面，面向产品设计三维模型的编程，便于识别零件特征与公差要求，通过典型零件和特征的模板化编程，可极大地提高编程效率，改善加工质量。

（三）采用互联网机制的社区协同

提供消息、白板、音视频等协同手段，支持社区协同。引入互联网机制，支持开放式社区协同，支持群组即时通信、社区论坛、博客以及在线会议、网络视频等应用模式。企业社区可为协同研制人员提供即时消息、音视频、群组协同，以及视频会议等多种方式。企业社区协同的特点包括：覆盖互联网主流协同方式、结合工业特征突出可视化应用、增强对IPT/CDF等设计模式的支持。广泛采用的“发布订阅”、群组化、社交化工作方式，将产品研制任务碎片化、具体化、简单化。

（四）基于动态流程驱动的协同

基于业务活动，建立人员、角色/组织、业务流程与工作对象的关联。以动态流程为牵引，实现多专业、多学科间的相互协同。研制人员针对各阶段研制目标，利用专业知识和多样化的工具软件，按照边执行边确定的动态业务流程开展设计、仿真、试验验证等工作，形成具有复杂逻辑关系和版本体系的过程数据和结果数据，结果数据可表征产品的多个可用技术状态。通过深度集成多样化工具软件，支持业务流程的动态化构建与驱动，实现跨部门、跨专业的协同研制。

（五）基于统一平台的跨组织协同

为多专业、跨领域、跨组织协同提供支持。通过统一平台支撑跨组织的科研生产与管理协作。通过统一的入口和基于即时消息的任务交互方式，体现以人为中心的全新研制任务组织方式；通过实时的协同和应用程序共享，提供良好的协同环境，便于在产品生命周期的所有主要参与者之间快速地沟通产品和流程；通过音视频等多种协同媒介，打破产品研发过程中存在的职能团队壁垒，将众多不同来源的产品全生命周期管理数据安全地集成到单个易于使用的界面中，建立起以人为中心的全新组织模式，建立起有利于个人创新的设计空间。

跨组织的科研生产与管理协作

（六）基于BOM转化实现数据传递与过程协同

航天产品研制过程中，达到一定成熟度的设计数据，需要向工艺、制造等后续环节有效传递，基于产品结构视图转化的技术，是支撑数据传递一种有效模式。在设计视图向工艺视图转化时，转化内容包括零部件及其关联的技术文档、三维模型等数据，同时将产品结构进行传递。通过产品结构的传递，不但基于统一的产品对象实现设计、工艺、制造等环节产品数据的关联，同时支持研制过程的协同。

具体转化与传递过程包括：第一步按照设计视图中零部件构件情况，在工艺视图中产生新的工艺视图版本构件。首先基于规则检查哪些构件需要创建新版本，如工艺视图中标准件或外购件不生成新版本，则不为它们创建新版本对象。其次，检查设计视图中哪些构件已经在工艺视图中有了对应版本对象，如果已经有了修订版本，则不新生成零部件的工艺视图版本，而是直接使用工艺视图中对应版本。第二步是创建零部件之间关系，即将设计BOM中零部件的关系复制到新生成的零部件的工艺BOM版本。第三步是关联零部件下的文档，将设计BOM中零部件构件相关联设计文件关联到新生成的零部件工艺版本下。

（七）基于视图的更改影响通知及处理

航天产品研制过程中，设计更改不可避免，为确保更改前后数据准确、可控，保证产品技术状态的一致性，必须对更改过程进行严格控制。基于产品结构视图实现多阶段数据管理后，当上游产品结构视图（设计）属性或数据更改后，系统可及时通知受影响的视图（工艺等），动态关联到受影响的下游视图配置项，并自动发送通知（邮件、任务、提醒等）到该产品对象具体的负责人或型号负责人处，当相应的负责人接收到更改通知后，可依据产品研制进度做出处理决定，平台能够有效支撑和提示操作。

五、结束语

协同研制是航天工业实现产品创新研发和生产制造的重要手段，AVIDM协同研制平台在航天科技已经普遍应用。本文深入分析航天产品协同研制的业务需求及协同模式，指出AVIDM协同研制平台在未来应具备的核心协同支撑能力，从而有效支撑先进设计、制造技术与信息技术深度融合，拓展航天产品协同研制技术方法，提高航天工业生产效率和生产质量。