基于模型的集成研发系统建设与应用

■ 贺颖 陈健辉 陈代胜 赖翔 闫丽君 / 中国航发动研所

中国航发动研所构建的基于模型的航空发动机集成研发系统，可用于支撑航空发动机产品的研发迭代过程，形成航空发动机多学科关联的数字化方案，促进航空发动机设计领域的知识积累、共享和传承。

航空发动机产品研制需要多个专业协同工作，历经方案设计、详细设计、工程设计等多个可能反复迭代的设计阶段，需要综合使用计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）等软件以及大量专业设计、计算和仿真软件，执行大量复杂而专业性强的、反复迭代的业务流程，并在设计迭代过程中的多种专业设计、计算、仿真软件之间传递数据，不断积累知识和经验。传统的研发模式很难支撑航空发动机自主研发能力的持续提升，难以适应新一代航空发动机自主研制的要求。中国航发动研所多年来一直致力于研发流程、研发数据、研发要素管理方式的探索，构建了基于模型的集成研发系统。

系统架构及功能

中国航发动研所的集成研发系统基于多层分布式体系架构，包括分布式硬件资源层、数据层、数据访问层、基础逻辑层、核心逻辑和基础界面层、应用管理和数据转换层以及专业应用软件层等7个层次[1-2]，系统架构如图1所示。基于该架构的集成研发平台可提供产品的多学科关联对象建模，基于产品的多类对象模型，通过各类资源库、流程管理、数据管理、工具管理的功能模块，实现设计要素的有效管理。

图1 动研所集成研发系统架构

关键技术

动研所集成研发系统采用了先进的IT基础技术，如多层架构技术、网络服务（WebService）技术、XML技术等。同时，采用了独特的多学科关联产品对象建模技术等核心技术，是多领域技术综合体。其中，多学科关联建模技术和基于对象模型的过程数据管理技术是较为关键的两项技术。

多学科关联建模技术

多学科关联建模技术首先将研发产品不同专业、不同学科的研发模型组合为相互关联的参数化模型，再基于产品参数级多学科关联对象模型进行参数解析与文件重构，形成不同活动间的参数，进一步构造参数级的多学科关联对象模型。在此基础上，可实现基于产品参数级多学科关联对象模型和多维度数据管理架构的设计迭代数据实时管理、依赖性自动追溯和设计方案自动提取。对象模型可以与流程、规范、工具等多类研发要素相关联，实现模型与要素的关联管理。

多学科关联建模技术的实现效果是基于设计对象[3]、对象层次关系、设计对象技术状态/版本、流程、工况、应用程序及其迭代调用次数等维度，在研发活动执行过程中，对研发迭代过程数据（文件/参数）进行实时自动管理，并保持其关联关系，从而形成可以体现设计迭代过程的多学科关联产品数字化模型[4-5]。

基于原理对象建模和结构对象建模技术的关联使用，可以将原理对象和结构对象相关联，实现数据的统一管理。结构对象可以将建模工具生成的结构方案模型及其物理属性、设计尺寸参数，自动提交到结构对象管理器，进行实时自动管理；将部件模型装配层次关系自动提交到结构对象管理器，实现对设计物料清单（BOM）的实时自动汇总，并通过结构数据的检入检出机制实现模型自动更新与推送，从而支持团队协同结构方案设计和迭代，其应用方式如图2所示。

图2 性能、结构、强度多专业模型的关联管理

基于对象模型的过程数据管理技术

动研所集成研发系统的数据管理机制是实时数据管理技术[6]，会自动检入检出，数据通过流程、活动关联到对象模型上。针对每一个工程项目实例，首先可以基于对象模型与参数体系库，逐步建立产品的原理设计对象组成层次；每一个原理设计对象均有自己的技术状态队列，上级对象的技术状态为所有下级对象的特定技术状态的组合。对于每一个原理设计对象模型，基于其特定的技术状态，关联一个或多个原理研发流程；每个研发流程执行时，均可以基于不同的工况，调用一个或多个自研程序和商业化的原理研发工具软件；针对每一个工具软件所生成的原理研发模型文件和解析提取出的计算结果参数，区分其迭代调用的次数。

基于原理设计对象模型，可以创建与其关联的参数级结构设计对象模型；与原理设计对象模型一样，针对每一个结构设计对象模型的特定技术状态，也可以关联一个或多个“基于结构模型的研发流程”；每个流程执行时，均可以基于不同的工况，调用一个或多个自研程序和商业化仿真软件，并能够自动获取结构设计对象所关联的三维结构方案模型，以及所需要的研发数据，作为输入数据；同时，针对每一个活动所生成的结构模型和解析提取出的计算结果参数，区分其迭代调用的次数。

基于多维度关联的迭代数据管理架构[7]，针对每一个对象模型，均可以基于其迭代流程中的输入输出数据流关系，自动逆向追溯出有效的方案数据；基于不同对象模型之间发布、接收的数据流关系，方案数据管理视图可以自动维系发动机的不同层次设计对象的方案之间的映射关系，形成完整的发动机方案数据视图。

典型应用场景

集成研发系统中开展研发工作涉及到项目负责人、科研部项目主管、各个专业的各级设计师，不同角色人员负责不同的工作。

科研部项目主管负责在集成研发系统中创建项目、选择项目类型，填写项目的基本信息，并定义项目团队成员及其权限。项目负责人负责进行产品的系统架构设计、定义主要设计指标，完成设计对象建模。各专业的主任设计师在其专业对象下新建研发流程，定义本专业的不同活动执行人，并实现本专业活动任务的下发。不同对象模型之间的数据传递通过跨对象间的数据发布与接收实现，图3给出了一个较为完整的典型应用场景。

图3 集成研发系统典型应用场景

结束语

动研所经过十多年的集成研发平台建设，逐步实现了研发要素和研发过程数据的管理，通过流程的约束实现了不同型号按同一套流程开展工作，但在不同型号应用过程中也发现，产品构型和要素的改变会带来部分设计内容的更改。随着应用规模的持续扩大，集成研发系统的运行效率问题急需解决。后续，集成研发平台应用需要在流程主干刚性、末端灵活的原则下，不断按实际情况对应用方式和平台运行效率进行优化。