直升机并行工程应用环境

·学术探讨 · 直 升 机 技 术 2003年第4期 总第136期 直升机并行工程应用环境 黄 蓝，郑文心，黄 玮，彭 勇，付小兵 (中国直升机设计研究所，景德镇，333001) THE APPLICATIoN ENVIRoNMENT oF CoNCURRENT ENGINEERING IN HELICoPTER DESIGN HUANG I．an。ZHENG Wen-xin，HUANG Wei，PENG Yong，FU Xiao-bing (China Helicopter Research and Development Institute，Jingdezhen，333001) 摘 要 直升机并行工程跟踪国际先进制造业发展方向，应用现代数字化技术，构造适合我国直升机设计的协同 环境，以适应现在全球化市场既联合又竞争的局面。 关键词 并行工程；协同环境；数字化技术；直升机 Abstract The project ofthe concurt~nt engineering in helicopter design，by tracking the progress 0f international m m Ilg industry，based onthemodem di辱taltechniques，constructs a cooperatedwoddng environmentwhichfitsto 0Ilr helicopter dt to cope with the situation of both alliance and competition in global market． Key words concurrent engineering；digital techniques；cooperated working environment；Helicopter 并行工程(CE。Concurrent Engineering)是针对传 统的串行产品开发过程而提出的一个概念。从本质 上讲，CE是一种以工作空间的展开换取工作时间缩 短的方式来处理系统复杂性的系统化方法，即构建 在时间和空间上交叉、重迭的工程产品研制模式，使 现有技术得到充分利用。在信息化技术支持下，按 多学科多层次协同的组织方式工作，这种工作方式 与传统的顺序方式相比，扩大了系统的状态空间，缩 短了复杂问题交互式求解的迭代次数。在CE环境 下。产品设计过程突出特点是：注重多专业的综合； 密切上下游交互。而这些特点是在面向产品的工程 环境上实现的。 l 背景 1．1 计算机工程应用技术的发展快速 网络环境下的集群高性能计算技术、群组工作 集成环境等方面发展迅速；集成产品开发过程的建 模与管理工具逐步工程实用化；DFx工具不断涌现； t收稿日期：2003-07．13 支持并行工程CAx工具不断更新。 1．2 数字化工程卓有成效 波音公司研制的波音777飞机，在世界上第一 个实现了无图纸设计；欧洲空中客车实施DiHAN 计划，采用虚拟产品开发技术，把空中客车试制周期 从4年缩短为2．5年；波音一西科斯基公司在设计 制造RAH一66直升机时，使用了全任务仿真的方法 进行设计和验证，花费4 590 h仿真测试时间，省却 了11 590 h的飞行时间。节约经费总计6．73亿美 元；CH一53E型直升机设计中，38名绘图员花费6 个月绘制飞机外形生产轮廓图，而在RAH一66中， 一 名工程师用一个月就完成了。 1．3 高度重视数字化工程建设 自8o年代提出并行工程出来，美国、欧共体和 日本等先进发达国家均给予了高度重视，成立了研 究中心，并开展实施一系列以并行工程为核心的政 府支持计划。在我国。国家863计划。国防科工委等 都对制造业信息化工程给予高度的重视。 维普资讯 http://www.cqvip.com · 2 · 直 升 机 技 术 2003年第4期 总第 136期 2 直升机并行工程支撑基础 直升机并行工程在企业集成框架指导下，在网 络及计算机系统和数据库系统的支撑下，实现信息、 工具和过程的应用集成。 2．1 直升机并行工程框架 中国直升机设计研究所根据自身特点，考虑近 期以及逐步发展的要求，借鉴国内外数字化技术应 用经验，应用并行工程的理念构建并行工程的集成 框架。如图l。 纂繁 系统 层 图 1 并行工程的集成框架 计算机网络系统和数据库系统构成直升机设计 支撑基础。在这个基础上集成各种工程应用工具和 使用环境。整个工程设计环境，由统一的用户界面 进入协同环境。各工程人员根据授权许可和专业设 计要求，使用工具和应用环境。所有的工作，在过程 模型和项目管理的控制下协同工作。 2．2 网络系统 根据并行工程应用的要求，在所园区网络系统 建设的总体框架内，结合网络技术现状和今后发展 考虑，按照安全可靠、高效实用、可伸缩性和经济性 的原则，进行所园区网络的建设。所园区网络采用 三级结构，第一级用 1000Mbps以太网作为园区网的 主干，选择并行工程实施重点即信息量比较密集的 位置作为主干节点。各个二级节点就近连到相应的 主干节点上。各个终端节点根据应用要求，配置千 兆或百兆的不同设备。 节点上的应用设备根据应用要求配置，不同的应 用节点区分不同的工程应用系统，分别配置UNIX工 作站、NT工作站或Pc机。从而在所内建立起一个覆 盖并行工程应用相关专业和部门的园区网络系统。 2 数据库系统 数据库设计采用三层体系结构。考虑所内现有 的数据库基础以及将来数据库技术的发展，各种数 ◆ 据库的异构等因素。 目前所内有应用于工程设计和产品数据管理的 IBM DB2，用于项目管理和信息管理的MS sQL Serv— er，用于支持工作流及其办公系统的Lotus Domino等 数据库系统。在应用上有基于client／server和web／ server的两种模式。不同数据库通过ODBC接口进 行数据交换。所有对数据库的操作由统一的用户界 面透过应用服务器进行。 不同的数据库支持不同的专业应用软件需求， 利用数据库管理功能、支持client／server和web／server 方式、支持第三方的开发工具等，建立起客户机和服 务器之间、服务器和服务器之间透明的分布数据操 作，支持并发控制和数据完整性控制机制。 2．4 直升机并行工程标准体系 标准体系是工程的重要组成部分，它规范工程设 计、工程过程、工程状态、工程管理等，形成“共识”工 程应用环境。直升机并行工程建立的主要标准有： (1)管理标准。并行工程组织管理规范系列；并 行工程项目管理规范系列。 (2)设计标准。直升机图样管理系列；CAD建模 系列；CAD制图系列；CAD数据管理系列；数字样机， 数字化预装配系列。 (3)三维标准件，零部件库。国际标准件，零部 件系列；国家标准件，零部件系列；国家军用标准件， 零部件系列；航空标准件，零部件系列；企业标准件， 零部件系列。 3 系统功能集成 ． 系统功能是在直升机产品研制过程主模型的控 制下，实施产品数据管理和项目管理，保障项目开展 的平衡协调。在管理的监控和调度下，使用专业工 具完成工程研制。研制过程模型、研制过程管理和 监控、工程设计形成完整的产品研制环境。 3．1 产品研制过程模型 产品研制过程模型就是通过产品研制过程分解 后建立起的数字化模型。包含各个过程的目标任 务、过程机制、产品结构树、WBS、工作流、胛 组织结 构、资源定义等信息。通过过程控制及IPT组织管 理系统将过程模型映射到不同的功能分系统中。该 系统的核心是过程建模和过程的管理。 过程建模的主要任务是：过程定义、产品结构树 的建立、WItS定义(包括 胛 组织)、资源定义、模型 维普资讯 http://www.cqvip.com 直 升 机 技 术 2003年第4期 总第136期 ·3· 仿真及分析。过程建模是过程控制的基础。过程建 模收集并整理产品开发过程的相关信息，按一定条 件进行分析和优化，形成并行工程过程模型。 过程管理的主要任务是：过程映射。将建立起 来的模型映射到产品数据管理中，实现工程过程的 管理和监控；将模型映射到项目管理系统中，实现任 务管理、监控和调度。 过程管理是过程建模的目的，过程的集成体现 对过程进行控制。通过过程映射、IPrr组织映射、资 源映射等方式，实现了过程模型在各个工具和分系 统中的实例化。 3．2 研制过程管理和监控 直升机并行工程的产品研制过程管理包含产品 数据管理；项目管理和办公管理。 3．2．1产品数据管理 产品数据管理保证了产品数据源的可用性、有 效性、完整性和安全性。直升机并行工程系统的产 品数据管理使用ENOVIA PM。 产品数据包含文档数据(设计文档、过程文档、 ；2： 盘蔷警 滋 遴缢 一 ●～ 一 ● ⋯ } ． ．． ， ： - ．： ．：，、一 二。．·一尊‘÷ r ●J__I_● ●’ ’’ ● 一 ¨ ● - ， 一 。h ⋯ ●^ ． - 管理文档、说明文档等等)、工程数据(三维实体模 型、二维工程图纸、零部件清单等等)、管理数据(过 程模型、过程控制数据、产品结构树、产品配置信息、 资源配置信息、工作流等等)。 产品数据管理实现对文档数据、工程数据、管理 数据的管理。 文档的管理包括文档的登记、存取、审批、检索、 分发、传阅以及发放等等功能。它支持文档的版本、 版次、格式、类型、关联等属性操作。定义文档工具 实现各种格式文档的支持环境自动激活；版本版次 实现多层次更改；文档数据类型实现集中控制、分布 存贮；文档关联到对象(如零，部件)上，以明确工程 意图。数据库文件存取，定义数据 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 、显示、标注 以及文档与目标对象的关联关系，实现产品构件、更 改请求、工程更改、数据发放及关联文件等管理。 工程数据的管理包括工作流管理、构型管理和 工程更改控制等方面的内容。工作流程利用图形化 工具可快速调用或建立，工作流程模板根据并行工 程‘项目管理规范’预先定义；将产品(及其关联)数 图2 过程建模工具和过程模型 · ． 丽 ‘h 一— tc— l—-一一 ；一 i kI'¨ j ’ ⋯ j -L ． 一 ● H4 【 《 I {0m — ●’ ■Ⅲ ￡ 妞 --蛳 r 薹 兰 叠t 一 i — t-⋯⋯ ”斜t 啦q _-附 ； f -_ ● * “ 茧 馘i ⋯ r 一’ —．‘．一 一毒 1 曲}赢 ⋯⋯ 蛐 ⋯⋯ r⋯ ⋯⋯ 一 ‘ 掌 一 * L ‘ 啦I i ，■‘州 } ● hit~t1~’枷 L t舢 L 蜘 r }●--H r ● 一 I廿讳 a栅 _ ' 》· r—， ●●l盔 【 ●嘣 f ，‘‘●日 ·誊嘲 q ： 【 I艄 P‘ 戢 ■自 · ●*■“ ● 州， 0 h ： 奢 ： ‘●⋯ ，u 、^ ： -f1 ⋯ 芝 ●1．． O 黧 裔 一童 1 鑫 }-●一 篇器 {ll 22 —● — -0 ! ! 一 l 蓦嚣嚣嚣 鬻 嚣嚣翟嚣 骥 赣 图3 产品数据管理 维普资讯 http://www.cqvip.com · 4· 直 升 机 技 术 2003年第4期 总第136期 据按逻辑分类打包，通过工作流传到目标对象(人 员)，实现不同工作节点上任务的协同。构型管理支 持产品的基本结构(BOM表)、支持产品的装配定 义；支持同一个构件不同产品批架次的更改来实现 构型管理；支持BOM中不同节点使用不同版本的工 程数据实现数据有效性管理。工程更改用于控制和 支持对产品构件及其结构的更改以避免数据重复， 确保数据的一致性、安全性和有效性。 管理数据的管理是对管理数据的维护以确保产 品数据在系统中的可用性、安全和可靠。 3．2．2 项目管理系统 项目管理系统接受过程模型映射过来的项目 WBS，进一步定义任务计划、资源配置、监控点等，在 产品研制过程中进行监控和调度。同时提供项目成 本分析，项目任务进度评估分析，项目资源保障分析 和辅助决策等功能，实现对项目实施过程中宏观上 的控制。由其主要功能模块实现：计划制定与平衡， 多级任务分解和项目监控。 按WBS进行任务计划定义，根据过程模型，按 并行模式把项目任务多层次展开，综合任务、进度和 资源定义实施计划平衡，再将具体的子任务逐级落 实到I 小组直至个人。内容包含：(具体化)任务、 (时间)进度、(人、财、设备等)资源；任务之间的关联 关系、任务完成形式、任务监控点等等。 计划确立后，在协同环境上发布，项目成员根据 系统定义的权限接受任务开展工作。项目完成状况 在系统中反馈，项目管理员根据不同的负责权限监 控任务状态，执行评估分析，并实计划施调度。 图4 项目管理与监控 3．2．3 办公自动化系统 办公自动化是以文本文档为主的信息管理系 统，建立在以流程管理、系统定义和信息收发功能上 的应用。由其主要功能模块实现：流程管理、系统定 义、信息收发和文档管理。 该系统针对文本文档的管理和监控，如发文、收 文、文档审批等的各种信息流转过程；根据项目组成 设置系统许可和用户权限，包括流程定义、流程监 控、用户定义等；实现基于邮件系统的信息发布、接 收和文档的状态查询等功能。 3．3 使能工具 DFx使能工具是面向产品的系列设计工具，如 DFA、DFM、DFC等等。直升机设计并行工程基于 ENOVIA VPM和数字样机协调系统，在各应用软件 支持下，实现直升机产品及零部件的数字化样机协 同设计与分析。CAx使能工具是各种计算机辅助工 具，如CAD、CAE、Q 、CAPP等等。直升机并行工 程基于CATIA的CAx工具，安装在直升机并行工程 ． 框架中，与面向产品的VPM和数字样机紧密集成， 形成直升机设计的工程应用环境。 在直升机设计的工程应用环境中，在过程模型 指导下，完成数字化定义，数字化设计等数字产品素 元。包括直升机产品结构树定义、各零部件的3D 实体模型、2D图纸、产品分析模型及相关设计文档 。 等。在产品数据管理的约束下，在项目管理的监控 下，应用数字样机集成环境进行协同设计。各专业 (系统)在产品结构树中，应用相应的工具实现专业 内、专业间和过程中的协同。 数字样机在产品的设计阶段为产品的可装备性、 可生产性、可维护性提供了一个实时的、精确的验证 和协调环境。它通过关联设计、参考设计等手段，建 立产品零部件模型之间的依赖关系；对产品、部件以 及零件的工作状态描述，并通过几何数据和文档的定 义建立起成熟度管理方法；对于产品设计过程中的协 同工作流的定义，以及对工作流的执行与监控，提供 一 个产品系统之间、零部件之间相互关联、交互参照 的和统一集成的工程协同环境；通过在工程设计过程 中设计更改的监控，跟踪并控制产品配置版本变化， t 维普资讯 http://www.cqvip.com 直 升 机 技 术 2003年第4期 总第136期 · 5 · 执行更改的传递(包括配置的更改、版本版次的更改 等)实现更改管理；应用空间坐标、参考或关联设计等 多种定位形式，按照产品装配序列和装配路径等规 则，定义设计约束条件(如装配公差约束、工艺工装约 束、特定零部件空间约束等)，实施装配过程仿真、运 动机构仿真、人机工程等虚拟样机协调。 图5 办公自动化系统 图6 使能工具集成 4 结束语 参考文献： 直升机并行工程应用环境在国家高新工程应用 中取得成功。在时间紧，任务中，技术难度大，经费 紧张的情况下，项目工程人员，凭借并行工程协同环 境的优势，组建由各专业系统组成的项目组协同研 制，并用数字样机技术进行虚拟样机协调，保证了时 间进度和工程质量。 [1] 范玉清．航空宇航制造工程．重庆：重庆出版社，2001． 1． [2] 黄 蓝，郑文心等．中国直升机设计研究所CIMS应用 示范工程．第十八届全国直升机年会，2002． [3] 王 昕，熊光楞．并行工程系统集成方法的比较与应用 研究．www．prdm．net／knowledge．hun． 维普资讯 http://www.cqvip.com