改航空发动机设计制造协同流程及关键技术研究

航空发动机工业是我国的战略工业，是一项知识密集、技术密集、高投入、高风险、高附加值的高科技产业，包含众多学科、专业，需要不同的部门协同配合。“十五”期间我国发动机行业的数字化基础能力和数字化技术应用能力有了显著提高，但与国内外数字化技术领先行业，比如飞机行业相比，在应用规模、应用水平等各个方面却差距明显，一个主要方面表现为设计所一制造厂分离，造成并行工程不易实施。

由于独立法人、事业/企业体制差异以及利益机制等因素，导致航空发动机设计所和制造厂分离，各厂所数字化技术的分散独立发展。产品研制流程仍以串行模式为主，部门间的信息交流存在障碍，存在很多不增值环节，更改反复频繁。因而设计制造周期长，生产成本高，生产效率低，形成了航空发动机设计、制造2个基本独立的研制体系，直接造成设计EBOM不能被制造厂共享，制造厂需要根据制造需求重构MBOM。

为了满足国防需求和参与全球竞争，缩短航空发动机新产品研制周期、尽快形成批产能力，提高产品质量，缩短交货期，不仅要求在发动机研制设计制造核心技术上有所突破和发展，而且要求对我国传统的发动机研制流程进行变革和重组，在研制模式与组织上采取多厂所联合研制的形式，推动航空发动机设计和制造企业实现研制模式、组织结构、资源观念、企业间关系的变革。

1 航空发动机设计一制造协同工作流程

对于我国航空发动机行业来讲，除了要有先进的技术和系统，还必须使生产流程和制造方法更加精益。在发动机设计过程中，通过组建协同工作组IPT)设计团队，基于协同工作平台，制造部门能够提前参与，共享发动机设计阶段的相关信息，提前完成对设计的工艺审查。一方面提高产品的可制造性、工艺可达性、产品可维护性，避免后期出现不必要的返工，同时4. Sam Fisher from the Splinter Cell series (51%)可对新型结构形式、新工艺、新材料的利用提前开展研究工作，减少由于制造工艺性问题所造成的设计与制造协调时间，促进新技术、新材料、新工艺的应用水平的提高，缩短发动机研制周期，提高质量，降低成本。因此，必须建立适应数字化特点的设计和制造协同工作流程，包括：设计数据预发放流程、设计数据正式发放流程、工程更改流程等。同时，在协同工作流程中，还需要通过公示板、制造讨论区等多种形式，根据设计所和制造厂发布交流制造过程中制造与设计部门的技术协调情况，及时进行制造信息反馈与交流。

1.1 设计数据的预发放和工艺会签流程

对于生产准备周期长的零件或一些特定的零件，在其设计达到一定成熟度时，通过协同工作平台进行预发放，将设计数据发放到制造部门，供工艺部门提前进行工艺准备工作。预发放方式是在协同设计制造的初级阶段的一种过渡方式，最终在协同设计制造工作平台和机制完善之际取消。

制造厂对接收的产品设计数据，只有读的权限，不能修改，反馈意见通过全局服务器通知设计单位。典型的设计数据预发放和工艺会签流程如图1所示。

图1 设计数据预发放和工艺会签流程

1.2 设计数据正式发放流程

设计结束后，基于协同工作平台和产品数据发放和接收的标准规范，由设计单位向主承制厂发放全部 D、2D图样数据、相应的技术文件和BOM数据，制造单位根据通知接收数据并返回结果。发放的数据内容与设计数据的预发放和工艺会签流程相同，并包含发放单位信息的对象(如文件、更改单、通知单等等)。典型的设计数据正式发放和接收流程如图2所示。

1. 工程更改流程

产品数据更改中的发放、接收与产品设计中的发放、接收相同。数据更改管理的具体实施内容，包括更改信息反馈、更改请求、更改实施、更改完成及更改有效性控制。产品数据的更改需要建立以下2种方式的流程。

a.设计主动更改。由设计提出更改请求并进行设计更改，向制造厂发放更改通知单波帅又给出了个性回答：“你说的很对、更改数据及相应的更改记录等。制造厂接收数据后，进行相应的更改数据发放，更改执行(工艺更改等)，并将更改结果返回和保存，实现更改管理的闭环控制。

图2 设计数据的正式发放和接收流程

b.设计被动更改。制造厂向设计部门提出更改请求，由设计部门进行更改。后续程序与上述相同。工程数据的更改是通过图/文档的版本管理和更改单/技术协调单来保证更改记录、图/文档的历史纪录和数据的一致性。对于已发放工程数据的更改，由数据生成部门进行更改，产生一个新版本后发放到接收单位。PDM的自动同步机制将保证协同双方的工程数据的版本和状态的一致性。

2 航空发动机设计—制造协同工作流程中的关键技术

通过建立和优化发动机设计-制造协同工作流程，为打能航人发动机数字化设计、制造、试验生产线的设计环节奠定基础，实现在数字化流程控制下的并行设计和十分困难 工作。重点解决在发动机设计单位的工作方式、数字流程定义和流程的优化、流程的控制机制、数据的共享机制、团队组织与管理机制等关键问题。

2.1 航空发动机设计-制造协同工作方式

发动机设计制造将根据并行化的先进制造理念，采用集成化的络制造环境组织业务流程，并更加强调资源的合理重组和企业间及期企业内部的优化协作。由于目前我国发动机设计所和主要承制单位均已分别拥有独立的PDM工程数据管理环境，在此基础上，可以通过在协同平台的基础上设立异地协同服务器(称之为全局服务器)，设计所、制造厂分别安装异地协同的客户端，实现设计所和制造厂之间的数据发放与流程控制等协同工作，采用联邦式协同工作方式，如图 所示为基于PDM的设计制造异地协同工作方式。

2.2 数字化设计-制造业务流程建模

业务流程建模是对发动机设计制造协同工作过程的描述、抽象和提炼，构建符合并行设计要求的发动机设计-制造流程模型，以实现对工作过程的监控和管理及流程优化。数字化流程建模中包括了控制流和信息流，需要守我成以下工作：

图 基于PDM的设计制造异地协同工作方式

a.按照发动机方案设计、技术设计、详细设计的 个阶段，定义异地工作流程的活动模型。活动模型的详细程度应以设计活动完成的逻辑功能为分解准则。

b.按照并行工程的原则，定义流程中的控制流，即定义控制信息，控制流程中的各活动节点的开展和结束。利用节点和节点之间的连接关系来表达流程中的活动及其顺序关系。

c.定义流程中各设计活动之间的信息流。设计一制造协同工作中产生的数据，在活动之间传递形成信息流。基于并行流程的信息流涉及协同双方或多方的信息模型，具有明显的分支和双向流通性质，需要明确相关协同流程的信息流内容和关系。

d.定义各设计活动节点的数据界面和接口方式，以保证信息流的共享和流通。

e.采用IDEF、ARJS、Petri等流程建模工具， 形式化表达活动之间的关系和信息，建立数字化流程的模型，进行流程模型仿真和优化。

2. 数字化流程的控制机制

建立数字化流程的控制机制，是基于协同工作平台开展设计制造协同的关键。通过在设计制造协同工作平台中定制优化的业务流程，使业务流程显现化;同时借助于协同工作平台的流程管理与控制工具，为业务流程的执行、控制和进一步的优化提供基础运行平台。数字化流程的控制机制主要流，即定义控制信息，控制流程中的各活动节点的包括以下 个方面：

a.发动机设计数据的成熟度模型。面向发动机并行设计模式，定义产品设计部门向制造部门交付设计数据的成熟度模型、模型不同阶段评价标准。设计部门采用基于成熟度的管理方式，将达到一定技术状态的数据提前发放给制造单位，形成基于成熟度的产品发放规则，规范化发放内容，便于并行设计的下游环节开展工作。

b.面向发动机设计流程的审批、发放规范。将设计活动的控制与成熟度规则结合，保证活动所需的信息正确，控制各学科或专业之间的设计协同。

c.更改流程的定义与管理。发动机研制要经历设计、制造、试验、修改设计的反复过程。对已发放的产品版本由于工程更改将导致流程的改变，通过定义更改流程，确定更改的影响范围，建立控制机制，保证流程的执行。

2.4 发动机数字化设计一制造模式下的团队组织与管理机制

建立产品并行开发团队和管理机制，是参与设计的各专业人员能够协同工作的保障，保证并行设计的数字化流程的有效运行，有利于推进发动机研制流程的优化重组。

a.制定IPT团队的组建规范和管理规范。采用项目矩阵管理模式，按照产品和过程成立不同层次的IPT。根据已定义的数字化设计流程，确定IPT团队的成分(设计、试验、工艺、制造等各学科专业人员)，明确和权限，建立各设计活动和团队成员之间的相关关系。根据项目的进展和工作重心的转移，实行IPT组织和成员的动态、矩阵式管理。

b.问题协调与处理技术。设计过程的并行化大大增加了设计中不确定性信息，导致大规模的设计更改和交互信息增加。通过建立适合的协调系统，监控并行设计中重要的约束条件，利用合理的手段解决设计活动中出现的制造厂与飞机设计所、主要承制单位之间进行问题协调，如工程变更处理、设计偏差处理、制造偏差处理等问题。

2.5 信息共享与集成

设计与制造协同不仅为用户提供设计数据交换的基础工具，同时提供各类信息共享与集成的工具，满足多层次的设计制造协同需求，实现严格权限控制下各类信息共享与集成。

a.建立产品数据共享区。根据成熟度模型设计部门定期将产品数据提交到产品数据发放共享区(或预发放区)中，数据内容以EBOM为核心，包括发动机外形、结构、系统等CAD模型及相应的技术文件等。通过定义相关的工作流程，并由系统自动通知相关的制造部门IPT成员进行异地浏览和使用。这些数据方便制造人员尽早地开展工艺、工装设计等生产准备工作，使其尽早地参与到设计过程中，并进行可制造性分析。

b.有关制造厂的工艺、工装及制造的IPT成员在权限控制下通过浏览的方式进行数据共享，必要时可以下载到本地，利用CAD模型进行工艺、工装的设计及制造。

c.对存放在产品数据共享区中的数据进行版次的控制和管理，任何的更新将自动通知到相关的IPT成员。

结束语

随着国际形势和台海局势的发展，国际国内市场对航空发动机的需求量日益扩大，市场竞争也越来越激烈，对我国航空发动机研制提出了新的挑战，迫切需要尽快改变我国发动机行业传统的设计制造模式，实现发动机联合研制过程中的设计/制造/管理一体化协同业务流程，从理论、方法、应用模式等方面突破航空发动机异地、异构协同设计制造中的关键技术，从而缩短航空发动机产品的研制周期。这是增强发动机行业的创新力和核心竞争力的重要手段，也是一种必然的选择。

（来源：中国软件资讯 ）