我国航空发动机数字化设计_制造_管理技术现状及其发展

数字化、信息化是当前世界科技、经济与社会发展的重要趋势，是未来发展的战略制高点。

党的“十六大”报告提出“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”的发展战略，把大力推进信息化作为本世纪前２０年经济建设的一项重要任务，表明党中央高度重视信息化在加快我国现代化建设中的巨大作用。

我国航空发动机行业正处于一个我国航空发动机数字化设计／制造／管理技术现状及其发展北京航空制造工程研究所沈阳发动机设计研究所中国一航发动机事业部王普：北京航空制造工程研究所自然科学研究员，长期从事数字化设计制造技术研究及应用发展的关键时刻。

当前，世界航空武器装备技术的加速发展和台海局势的演变，使我们面对越来越严峻的挑战。

同时，高新工程研制任务，国家的重视和投入，为我国航空发动机行业提供了一个难得的发展机遇。

数字化技术的应用是促进我国发动机研制模式的转变、提高我国发动机快速研制能力、赶超世界先进水平、实践信息化带动工业化的战略举措。

本文在学习研究国外数字化先进技术和国内发动机研制中数字化技术应用经验的基础上，提出了在中国航空工业第一集团公司的组织领导下，在多厂所联合研制新一代发动机中应用数字化技术的总体发展设想，重点突出了多厂所协同研制的体系构架、协同工作平台构建，数字化设计／试验系统、设计／制造协同系统、制造协同系统实现以及协同管理等主要内容，为发展该项技术和新一代发动机研制以及该项技术在其他高新工程中深入应用提供参考。

１ 国外应用现状发达国家的航空和国防工业经历了和正在进行着从传统的大批量生产向精益生产模式的转变。

通用电气公司发动机部ＧＥＡＥ在１９９８年制订实施了通过４个阶段实现航空发动机异针对新一代发动机研制、高新工程批生产任务，开展多厂所协同数字化设计／制造／管理技术研究，建立数字化设计／制造／管理协同技术体系和应用系统，全面推广应用该项技术，对提高我国航空发动机研制能力，进行技术创新，促进航空发动机行业跨越式发展必将起到重要的作用26航空制造技术２００５年第１０期王 普张光星张 姿 张晓东国内外航空发动机行业数字化技术应用现状地协同设计和制造的增量式发展规划，取得了显著的效益，大大减少了概念设计、详细设计的工作时间，以及制造阶段的流程开发时间和设计更改时的流程再造时间。

普惠公司在发展计算机网络和通信、主模型、快速原型仿制、计算机分析和仿真技术，建立企业级核心数据库和实施ＰＤＭ的基础上，采用集成产品开发（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ＩＰＤ）团队的形式来管理发动机全生命周期内的计划、流程、技术、信息等经济技术活动。

罗·罗公司通过建立专业化设计系统、发展ＣＦＤ仿真分析、建立发动机典型零件的自动化生产线等措施，建立了协同的计算机工作环境，实施了并行工程，从整体上增强了航空发动机的发展能力。

在航空发动机研制过程中，试验起着举足轻重的作用。

发达国家的发动机行业十分重视对试验装备和技术手段的建设发展，结合电子技术、计算机技术，在信号获取、数据处理、数据共享方面充分利用信息化的先进成果，通过系统集成、规范数据结构和接口，组成包括发动机试验信息管理在内的各种数据管理系统。

如ＧＥ公司、罗·罗公司、洛克希德·马丁公司等发展了集测量、控制、处理、管理为一体的试验信息系统，增强了试验验证能力。

发达国家的实践表明，要提高发动机的研制水平，必须在更广的范围和更深的层次上应用数字化技术，建立具有核心竞争力的企业模式。

２ 国内应用现状我国发动机行业数字化技术应用起步较早，近３０年来，伴随着发动机型号研制，正逐步向纵深发展。

特别是近年来，通过高新工程计算机基础设施的建设，显著改善了发动机研制手段，为实现发动机的数字化设计制造创造了条件。

“十五”期间，在多个发动机型号的研制生产中，更大范围地开展了数字化技术的应用，有力地支持了发动机型号的研制。

在设计部门，广泛推进数字化设计技术，初步实施了ＰＤＭ系统的应用，不同程度地实现了对发动机产品结构、设计审签、数据发放、设计文档（包括ＣＡＤ模型）的管理与控制，基本确立了数字化设计的主导地位。

初步建立了发动机零部件级的数值仿真系统　，建立了一批发动机设计试验工程数据库，制定了一系列支持数字化设计的标准。

在发动机主要制造厂，开展了数字化设计制造管理的技术研究，在发动机关键零件工艺设计、工装设计、数控加工中取得了明显的效果。

部分工装模具和复杂工装已实现三维数字化设计，在工艺设计方面采用了计算机辅助工艺设计技术（ＣＡＰＰ），提高了工艺设计的效率，为实现ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ的集成奠定了基础。

在企业管理方面，主要生产厂不同程度地发展了数字化管理技术。

在生产计划与控制方面，初步实现了主生产计划和物料需求计划的制定和管理。

开发了发动机大修生产管理信息系统，实现了对某型号发动机从分解到装配过程的大修计划、生产调度、生产过程监控、库存一体化管理和全方位物流条码跟踪与控制。

在发动机试验方面，对于重要的大型试验设备，在试验数据的采集、处理、传递、管理等环节不同程度地采用了数字化技术，建立了发动机试验数据库，实现了对试验数据的安全有效管理，增强了设计与试验环节更紧密的连接。

基本掌握了发动机试验信息化的关键技术，为发展发动机试验系统信息化打下了良好的技术基础。

３ 差距从总体上来说，我国航空发动机行业的信息化水平还比较落后，无法形成一种强大的生产力。

主要表现在：（１）设计部门和制造部门内部的数字化系统集成的功能和范围有限，各厂所数字化技术的发展是分散、独立进行的，数字化技术还没有经历一个完整的型号研制过程的全面应用验证，未形成有效的数字化设计制造体系。

（２）目前的组织体系造成了发动机设计与制造分离。

产品开发通常是串行的模式，部门间的信息交流存在障碍，开发过程中存在很多不增值环节，生产准备周期长，更改反复频繁。

（３）数字化技术基础薄弱，技术应用发展不平衡。

基础薄弱表现在技术基础滞后，缺乏有效的数字化信息资源，数字化应用与开发能力不强，基础设施不配套。

在总体上，发动机行业的数字化水平落后于飞机行业。

在行业内部，各厂所的发展不平衡，即使在一个单位，不同专业之间也存在明显的差距。

这种状况制约了航空发动机的研制和配套能力。

27航空制造技术２００５年第１０期程的组织实施。

（４）　协同设计制造工作模式。

协同设计制造工作模式可分为协同设计、协同制造和协同设计／制造３种。

协同设计主要在主设计所和部件设计所之间进行，由设计数据中心、共享数据区、设计流程、标准规范和规章制度提供支持，实现协同设计。

协同制造主要在总装厂与零部件制造厂之间进行，由制造数据中心及相应的支持工具提供支持，完成数据发放、工程更改、产品提交等并行协同工作。

协同设计／制造主要在主设计所与总装厂之间进行，两个数据中心提供支持，完成数据预发放、发放、接收、工艺会签、工程更改、制造意见反馈以及设计人员对制造意见的回复等并行协同工作。

（５）　实施发动机研制的并行工程。

并行设计制造以产品数据共享为基础，关键要素是技术、协作和过程。

技术为产品开发提供各种工具，协作为实施技术提供工作模式，过程是大量协作导致产生产品的步骤与工作流程。

在协同工作平台、共享数据区支持下，建立规范化的工作流程，支持以团队的形式来进行发动机全生命周新一代航空发动机的性能、结构将有很大的提升；大型运输机的发动机对发动机的寿命、可靠性和经济性要求更高；高新工程任务迫切需要提高批生产能力，发动机的研制和生产能力对数字化技术应用提出了更高的需求。

为此，发动机数字化技术的发展需要完善、发展发动机数字化设计技术体系；建设发动机数字化试验信息管理系统；深化发动机数字化制造、生产组织管理技术；建立协同工作平台、协同设计制造工作模式，实现多厂所协同研制和生产；加强标准体系和数据库建设；达到建立发动机研制和生产的数字化创新平台，提高设计、制造和管理技术水平，缩短研制周期，降低成本，促进研制方式和业务流程的变革，形成快速研制和生产能力的目标。

１　建立协同工作平台和协同工作模式，实现多厂所协同研制生产发动机多厂所协同研制生产模式，要求建立协同工作平台，支持多厂所之间的信息共享、集成和传递、流程的组织和管理，以及型号项目控制和协同工作的能力，将发动机事业部、设计部门、制造部门、供应商、用户以及合作伙伴联系在一起，支持协同工作、并行工程、精益制造、供应链管理、知识管理等先进管理模式的实现。

（１）　协同工作平台。

多厂所研制模式要求建立一个基于金航网的协同工作软件平台，协同平台的主要功能包括：浏览器、逻辑服务、数据服务的三层Ｂ／Ｓ体系结构；　联邦式数据模型，以表达不同来源、异构的数据对象；各种协同机制、工作流、视频会议、数据信息浏览、数据传输、生命周期等；异构信息系统应用集成适配器；客户定制应用的快速开发等。

（２）　基于协同工作平台的信息集成。

采用客户定制开发和接口开发技术，实现协同工作平台与主要应用系统之间（ＴＥＡＭＣＥＮＴＥＲ、ＩＭＡＮ、ＵＧ、发动机设计系统、发动机工艺设计系统、工装设计系统、ＭＥＳ系统等）的信息集成，实现不同厂所之间的信息交换与共享，支持多厂所联合协同设计制造和资源的充分利用。

（３）　建立发动机型号工程设计数据中心和制造数据中心。

设计数据中心管理发动机产品设计数据，建立设计所内部各种数据管理流程，与各部件设计所之间的数据共享和交换流程，与发动机总装厂（制造数据中心）之间的数据发放、接收、工程更改流程；建立发动机产品ＥＢＯＭ（包括产品结构、三维模型、二维工程图、各种设计技术文件等），支持发动机研制过程的并行协同设计和协同设计制造。

制造数据中心设在总装厂，负责管理发动机产品的制造数据。

在接收设计数据后，组织分发到各部件制造厂，建立与各部件数据制造厂之间的数据发放管理流程，在各部件厂的部件ＭＢＯＭ的基础上，形成全发动机的ＭＢＯＭ，支持制造过程中并行工28航空制造技术２００５年第１０期部件设计数据型号工程设计数据发动机事业部协同设计主设计所总装厂协同制造零部件制造厂制造数据中心设计数据中心部件设计所制造数据零部件制造数据零部件制造数据零部件制造厂成品供应商部件设计所部件设计数据共享数据区协同工作模式成品件库发展目标和任务期内的计划、流程、技术、信息等技术活动，实现设计之间的协调，提前进行可制造性分析、工艺审查，消除目前型号研制过程中的协作障碍；确保设计／校对／审核／批准／发放、工程变更处理、设计偏差处理等工作都能够基于协同工作平台进行，实现对数据、流程、更改和版本进行有效控制。

（６）　实施型号项目管理。

航空发动机的研制是一项复杂的系统工程，需要对研制过程中的诸多环节和部门进行组织协调和控制。

在发动机型号研制过程中，通过构建从发动机事业部到发动机设计制造企业的跨地域、多项目、多层次的项目管理平台，实现对发动机型号工程研制的项目计划、进度、文档、成本、资源、质量的管理，提高管理效率与质量。