固体发动机精益研发平台的应用研究

翁洁鑫、赵永红、魏翔飞 /内蒙动力机械研究所

随着重大背景预研型号和高新四期工程项目逐步转入研制阶段，内蒙动力机械研究所承担的型号研制任务量急剧增加，而研制难度大幅提高、研制周期大幅缩减、技术要求越来越高、产品服务对象越来越多样化对发动机协同研制能力提出了更高的要求。目前，各部门设计、分析和试验人员的协同研发、数据共享与交换等能力较弱，多数情况下仍然沿用传统的设计仿真工作模式，导致工程技术人员协同设计仿真工作效率低，研制周期长，研制成本高，产品质量一致性、稳定性差，这些技术短板已经成为制约发动机设计技术水平提高的瓶颈问题。为了解决上述问题，研究所依托某导弹动力系统研发保条件建设了固体发动机精益研发平台（PERA 平台），旨在提升固体发动机一体化协同研发能力，进一步实现研发项目、研发流程、设计仿真方法、研发数据、设计仿真工具以及研发知识等的协同应用，并使传统研发模式逐步向数字化研发模式转变，最终达到提升跨部门、跨专业多人协同设计与仿真分析能力，大幅提高研制效率，缩短研制周期，降低研制成本，并能确保产品的可靠性、稳定性以及一致性等目的。

一、平台主要用途

PERA 平台的主要用途体现在以下5 个方面：

一是将质量管理与研发过程进行融合，开展质量策划，实现质量预防、质量控制与改进以及质量监督与追溯等；

二是形成知识型设计体系，并将知识管理与研发过程进行融合，实现知识对研发活动的支撑，避免相同错误的发生，提升研发的效率；

三是将研发流程的“随意性”转变为“标准化、规范化、协同化”，并协同共享研发周期中各个系统数据与相关知识，实现产品数据生命周期可追溯、研发知识可共享；

四是推动固体发动机技术发展由传统研发模式向数字化研发模式转变，逐步实现产品的规格化研制，提高产品的成熟度，实现产品的可重复生产，进而推动产品更新换代；

五是以信息化技术与手段克服研制资源严重不足的问题，提升一体化协同研发能力，提升效率、提高精度、降低成本。

二、PERA平台应用架构

PERA 平台的应用架构包括支撑层、资源层、应用层、业务层及展示层，如图1 所示。其中，虚线框为可扩展模块。

支撑层包括网络，计算机以及底层的硬件、操作系统、数据库、中间件等，是软件平台的基础保障；资源层包括各种软件工具和后台服务、固体火箭发动机设计知识库等；应用层包括工具集成、数据管理、知识管理、设计质量管理、指标管理和设计创新功能模板等，应用层具有可扩展性；业务层包括专业设计分析系统、任务及流程管理；展示层是平台门户系统，具有用户登录的统一入口和基本的平台门户功能。

三、PERA平台主要功能简介

图1 平台应用架构

PERA 平台是一个专业集成的、能够以协同方式开展发动机设计研发工作的信息化技术平台。该平台主要是基于WBS 工作任务分解的思想协同开展发动机设计研发工作，实现了研发项目、研发流程、设计仿真方法、研发数据、设计仿真工具以及研发知识等的协同应用。主要由平台门户、研发管理、知识工程、综合设计环境、研发过程质量管理、系统管理等几个子系统或软件模块组成。

门户提供信息展示的平台和常用功能的快速入口；研发管理实现从项目策划到流程管理和任务下发，再到项目过程管理和监控，以支持研发的规范化、标准化，支持任务策划及研发协同/ 满足对项目整体和执行过程等全过程的掌握和把控；知识工程以知识与流程和设计相融合的思想为指导，在研发过程中进行知识的推送和复用，实现将正确的知识在正确的时间呈现给正确的人；综合设计环境是基于知识和仿真驱动的数字化集成设计环境，支持复杂产品研发过程中跨部门、跨专业、跨学科分工协作，支持并行研发和快速迭代，实现人员协同、工具协同和数据协同；研发过程质量管理以产品设计为核心，实现面向型号WBS 的质量策划、产品设计过程预防、产品设计过程质量控制、产品需求与指标管理、质量问题归零、质量追溯监控；系统管理为平台的运行提供保障，主要包括平台运行的组织结构、人员管理、角色/ 权限管理、三员管理、日志管理等。

四、PERA平台的应用

1.PREA 平台基础应用

在平台中设置研究所的组织机构，定义了系统角色，为各研究室技术人员与部分机关人员配置系统使用权限；集成了一些研究所内目前应用成熟的自研软件与CAD 软件，如热力学计算软件、内弹道计算软件、关于壳体的一些设计计算软件、关于喷管的一些设计计算软件、Pro/E、Autocad2007 等；集成了一些显性研发知识，如与燃烧室设计、壳体设计、喷管设计、安全点火装置设计、可靠性设计等相关的标准，以及研究所技术人员近几年所撰写的论文等。

2.型号研制在PREA 平台上的应用

研制型号在PERA 平台上的应用场景与应用流程如下：

·总师/副总师新建项目，定义项目的基本信息（项目的名称、编号、密级项目的负责人、项目的计划开始时间和计划完成时间）、指定项目的参与部门、指定项目的研制阶段、指定项目的主要成员（技术指挥、行政指挥）、指定项目需要的其他系统的接口（如PDM 等）、定义项目的需求（如研制总要求/合同文件等）；

·总师/副总师根据项目实际情况分解项目WBS，按专业进行项目WBS 结构分解，指定每个专业的负责人；

·各专业负责人根据项目需要指定专业团队成员，并定义其在当中的角色（如主管设计师和设计师）；

·各专业负责人定义各自的需求（如总体专业是大总体给的需求，分系统专业是总体专业给的需求），可从需求模板库中快速选择完成；

·各专业负责人根据需求定义其需要交付的结果文件和研究所内质量文件要求的归档管理文件，可从标准交付物模板库中快速选择完成；定义完成后，将需求和其验证需求的结果文件进行关联；

·各专业负责人根据结果文件定义任务（工作项/工作活动）完成相应的结果文件，可从标准工作项模板库中选择，快速进行项目策划。定义工作项的基本属性（名称、编号、密级、阶段、专业、计划开始时间/计划完成时间、工作项负责人、参与人），将工作项进行派发；

·主管设计师（或工作项负责人）继续定义工作项的输入（可新建或选择其他工作项的输出）、输出（选择结果文件）、工作活动（可将工作项任务进行继续分解，指派设计师共同完成任务；定义工作活动的基本信息、输入、输出、知识和工具）、定义工作项的质量检查表（如标准化要求等）、关联相关知识等。可点击相关工作项，查看与其有数据关系的上下游工作项，查看其他工作项的进度状态和数据状态；

图2 平台应用场景与流程

·主管设计师（或工作项负责人）启动任务，进行任务下发；

·主管设计师/设计师在其待办任务中查看该任务，点击任务名称，进入协同工作台，查看任务的基本信息；

·主管设计师/设计师查看完成该任务所需要用到的输入数据（各个版本）；

·主管设计师/ 设计师利用关联的知识和工具，辅助工作的完成；在任务执行中，可在其执行页面直接搜索查看知识工程中的知识进行应用、可以添加软件清册中软件进行应用；同时记录相关的工作日志和问题报告；可将相关数据和过程文件保存到工作文件中（相当于云盘，可在线编辑自动保存），以防因保密、文件夹繁多，时间过久而找不到相关文件；

·主管设计师/设计师上传所需要提交的输出数据（可将本地计算机中的文件上传到平台中，也可以将工作文件区的文件直接引入到输出数据中）；下游工作项实时收到其输出数据作为自己的输入数据，并通知其任务执行人有新数据更新；

·质量人员可对各专业的交付物质量进行标准化质量检查、检查输入输出数据的版本是否一致、检查所需要提交归档的文档是否齐全、检查结果是否满足其需求。

在型号产品研发期间，总设计师/副总设计师、技术指挥、行政指挥、主任设计师、副主任设计师可全程监控产品整体研发进度和相关数据或文件的状态；可以监控各研究室所负责的工作项的进展情况，包括工作项状态、交付物状态、工时、问题报告等。平台应用场景与流程如图2 所示。

基于上述应用场景与流程，通过实际研制型号，如XXX 导弹主发动机、XXX 导弹动力装置等对该平台开展测试应用工作，初步探索基于WBS 工作任务分解思想，以流程化、协同化方式开展发动机设计研发工作的数字化研发模式，并为PERA 平台在研究所内的全面推广使用奠定了基础。

通过PERA 平台的应用研究，内蒙动力机械研究所初步实现了固体火箭发动机研发过程中部分设计流程、仿真流程、算法工具的集成封装，增加了研发过程管理信息化手段，提升了协同研发设计模式实践水平，积累了多学科过程耦合及协同仿真技术经验，掌握了模块化方法思路及工具，落实了仿真计算过程模板化技术思路，降低了仿真工具应用门槛，加快了设计迭代，初步形成了基于流程化的协同设计、仿真与优化能力，使研究所具备一定的研发过程管控能力。▲