A研究院发动机数字化协同研发管理模式研究

第 1章 绪论

1.1选题背景及研究意义
1.1.1选题的依据和背景情况
（1）信息技术发展推动世界工业变革
信息技术的发展不仅改变了我们的生活习惯，也在冲击着传统的产业形态。德国在 2011年举行的“汉诺威工业博览会”（HannoverMesse2011）上提出德国“工业4.0”，要通过物联网等媒介来推动第四次工业革命，提高制造业水平。“工业 4.0”概念中的关键是将软件、传感器和通信系统集成于所谓的物理网络系统，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。德国作为全球制造业中最具竞争力的国家之一，其装备制造行业全球领先。但在新时发表展压力下，为进一步增强国际竞争力，将工业 4.0作为十大未来项目之一，投入 2亿欧元，其目的在于奠定德国在关键技术上的国际领先地位，夯实德国作为技术经济强国的核心竞争力。
世界航空工业也在信息技术的推动下发生着重大革命。例如波音公司的数字化制造技术已经能够完成整机建模、仿真到生产加工的全套工序，在不利用规模效应的情况下，节约了一半的设计时间和成本。当今社会已经进入信息时代，信息技术模糊了现实与虚拟的边界，不断促使产业形态发生变化，虚实之间加速配合，带来了史无前例的大冲击。
（2）我国加快推进制造强国战略部署
中国在 2015年 5月 8日发布《中国制造 2025》，是中国版的“工业 4.0”规划，提出了中国制造强国建设三个十年的“三步走”战略，是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。《中国制造 2025》提出要利用基于信息物理系统的智能装备、智能工厂等智能制造引领制造方式变革；网络众包、协同设计、大规模个性化定制、精准供应链管理、全生命周期管理、电子商务重塑产业价值链体系。加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展，把智能制造作为两化深度融合的主攻方向；加快大型飞机研制，适时启动宽体客机研制，鼓励国际合作研制重型直升机；推进干支线飞机、直升机、无人机和通用飞机产业化；突破高推重比、先进涡桨（轴）发动机及大涵道比涡扇发动机技术，建立发动机自主发展工业体系。
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1.2研究内容及方法
1.2.1研究方法
在深入分析我国现有协同研制模式基础上，广泛开展全球航空产业协同研发管理模式相关情报收集，以国家实施制造强国战略和“两化”深度融合为指引，以建成智慧型航空发动机院所为目标，以世界先进航空发动机研发机构研发管理模式为标杆，建立我国航空发动机全业务流程、全价值链高效协同的数字化研发管理体系，形成航空发动机协同研制管理模式，并推进其在新型航空发动机研制过程中的深入应用，支撑航空发动机领域关键技术的突破，实现航空发动机产业跨越式发展，助推我国航空武器装备的升级换代和国防力量的提升。
1.2.2研究内容
本课题主要研究内容是对国内外航空发动机研发模式和我国航空发动机研发管理现状进行分析，研究先进航空发动机研发管理模式的核心概念，提出适应于我国航空发动机研制体制的数字化协同研发管理模式框架，并对构成框架的协同研发组织、业务流程、项目管理、产品数据管理和业绩考核等主要管理功能进行设计和实施保障措施进行探讨。
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第 2章 数字化协同研发管理模式概述与国内外发展趋势

2.1数字化协同研发管理模式概述
2.1.1数字化协同研发管理模式定义
本文所要研究的数字化协同研发管理模式是指在授权共享的安全计算机网络环境下，建立面向航空发动机全生命周期研发活动的数字化协同工作平台，使分布在不同企业、不同地域的研发人员，形成虚拟 IPT团队，针对同一个或多个项目研发任务，进行实时并行交互开展工作的一种管理方式。数字化协同研发活动主要包括基于模型的系统工程，基于流程、工具和规范的设计仿真，基于 BOM的设计制造协同等关键环节。
2.1.2数字化协同研发管理模式关键环节
（1）基于模型的系统工程
基于模型的系统工程方法论为航空产品研制奠定了基础。它一方面能使设计人员通过构造系统模型尽早地对总体设计方案进行分析、测试和评估，消除其中存在的歧义和错误，实现顶层设计的即时测试与验证，避免歧义和错误向领域工程层次扩散；另一方面也为顶层设计阶段与底层领域分系统分析设计阶段的信息传递由文档形式改变为模型形式奠定了基础，从而消除信息孤岛现象。

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2.2数字化协同研发管理国内外发展趋势
2.2.12国外航空发动机企业研究应用现状
（1）美国通用航空公司（GEAE）
在全球化市场竞争的强力推动下，世界航空制造业形成了包括研发、生产、试验、使用和维修等环节的全生命周期管理的产品研发方式，形成了国际间联合开发、共同投资、风险共担和利益共享的发展机制，并特别重视数字化异地协同技术的研究和应用，以降低其产品研发过程中协调的工作量和工作难度，提高产品质量，缩短产品研制周期。
集成产品研发（IPD）在航空发动机行业的应用起源于 20世纪 80年代末，当时世界航空产业均面临提高航程及载重量的巨大挑战，波音等航空巨头竭力在机型上推陈出新，而当时发动机的研发速度却远远跟不上飞机机型更新速度。GEAE公司通过与管理咨询公司的合作，结合其多年航空发动机的研发经验，总结出一套完整的协同产品研发制造流程的概念，并应用于 GEAE的所有发动机研发过程中。其重点是强烈关注产品概念设计阶段的研究，做到产品在产品预发布时已经满足了绝大多数指标要求，并大量使用产品需求和目标系统分解（QFD）技术以及主模型（MasterModel）技术，达到缩短发动机的研发周期目的。1998年 GEAE在研发流程中针对CAD/CAE/CAT/PDM模型数据及方法进行改进，将其发动机的研发由平均 60个月降到 24个月，使得 GEAE能够在飞机系统指标完全发布后再进行详细设计，大大减少了设计成本并提高了可靠性。
（2）美国普惠公司（P&W）
普惠公司为了不断提高产品质量，实施以并行工程为核心的集成产品开发(IPD)管理模式。并行强调的是制造、成本核算、产品维护等专业人员与供应商和用户一起在产品设计的早期阶段即行介入。普惠集成产品开发的实施成果：缩短了 50％的投放市场时间，降低了 75％的产品开发成本，并减少 80％的后期认证工程变更。除了机构和流程的重组，技术上的改进办法是：采用 Teamcenter软件作为企业统一的PLM系统，确立 UGNX软件模型作为唯一的产品描述；以丰富的可视化与创新搜索功能增强配置管理，允许在全企业范围实现直接图形化的数据访问；将 Teamcenter与 SAP集成并关联起来，实现工程、供应和装配之间的无缝集成。
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第 3章 A研究院发动机数字化协同研发面临的挑战和机遇...............18
3.1A研究院概况......................18
3.2A研究院航空发动机研发面临的挑战....................18
第 4章 A研究院航空发动机数字化协同研发管理模式设计...................21
4.1A研究院航空发动机数字化协同研发管理模式目标...................21
4.2A研究院航空发动机数字化协同研发管理组织架构设计....................21
第 5章 A研究院航空发动机数字化协同研发管理模式实施................29
5.1实施组织管理.....................29
5.1.1组建实施团队.....................29

第 5章 A研究院航空发动机数字化协同研发管理模式实施

5.1实施组织管理
5.1.1组建实施团队
结合前期研究院有关协同项目的研究基础，组建项目实施团队如下表所示。

数字化协同研发管理模式的研究及平台的构建涉及大量实施文档，在平台建成之前，先使用开源的代码管理系统统一分类管理全部文档，在平台建成之后，将全部文档数据迁移到协同研发平台上进行集中管理，并通过审批流程进行状态控制。
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第 6章 总结与展望

6.1总结
通过本课题的研究，探索了 A研究院航空发动机数字化协同研发的管理解决方案，设计了组织、流程、平台等各方面的详细架构，通过实施，建立了一套行之有效的研发管理模式以及与之配套的数字化标准体系与数字化协同研发环境，较好地支撑了 A研究院航空发动机的协同研发。总结起来有以下几方面的创新点：
（1）系统设计了航空发动机数字化协同研发管理模式的业务架构。
提出研究院建立“基于系统工程设计体系集成子平台”、“数字化试验体系子平台”，制造厂建立“数字化工艺设计与仿真子平台”、“企业资源管理平台（ERP）”、“制造运行管理平台（MES）”、“数字化综保平台（MRO）”等 6个设计制造平台；提出了“协同研制平台（PDM）”、“项目协同与综合管理子平台”、“协同基础资源与知识管理子平台”等 3个协同管理平台，形成了 6+3的总体协同业务架构，将设计、制造、服务保障等全寿命周期的研发活动无缝对接起来，来实现了基于产品数据管理的数字化协同研发管理模式。
（2）全面提出了协同研发管理模式的规范标准体系。
规范体系是协同研发管理模式固化的一种体现， 它是规范研发活动、流程、数据以及信息系统平台建设的规矩，从实施标准、数据库标准以及应用标准等三个方面较为全面地提出了保障整个研发管理模式有序规范运行的系统性规范。
（3）完整构建了协同研发管理模式下的数据架构。
数据架构是管理信息和业务需求的具体承载方式，提出规范定义和建立各业务系统的子数据库，形成规范的结构化工程数据中心和管理数据中心，建立系统之间数据共享和传递的规范性，同时为开展大数据统计分析，提供决策支持夯实基础。
（4）总结了保障协同研发管理模式成功实施的措施。
在总结经验和教训的基础上建设性提出了保障协同研发管理模式落地成功的关键因素，促进航空发动机行业研发体制、机制的变革以及新兴信息技术应用的实践以适应新的管理模式。
参考文献（略）