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航天异地协同设计中协同模型的研究

1、引言

面对历史性的挑战与机遇，中国航天科技集团公司制订了“十五”信息化建设规划和目标:以拥有航天知识产权的AVIDM(Aerospace Vehicle Integrated Design Manufacture，航天飞行器集成设计与制造系统)集成框架软件为核心，建成跨地域、跨部门，企业间协同工作的具有初步规模的异地协同集成平台，大力推动航天产品的异地协同设计进程，提升航天领域产品研制、生产和管理的综合水平。本文结合上海航天异地协同设计工程实施，对航天产品异地协同设计中协同模型进行了研究，提出了全周期协同模型，为工程的顺利实现提供了基础。

2、全周期协同模型的研究

要达到协同设计的目标，研究协同设计的模型是关键。根据航天设计所具有的分布性、协同性、复杂性和多学科性的特点，经过多层次的调研、讨论和研究，提出了上海航天异地协同设计的总规划和全周期协同模型。

2.1全周期协同模型需求

吸取以前规划分段、目标变换、系统各异、孤岛不断、投资重复等教训，采用战略规划、分布实施、顶层设计、全周期覆盖、内容明确、框架清晰策略，进行全面规划和设计，并设计出全周期协同模型，便于对协同设计目标、内容、基本做法、平台等进行逻辑描述。根据航天设计所具有的分布性、协同性、复杂性和多学科性的实际情况，在多层次的调研和讨论的基础上，形成了上海航天产品异地协同设计全周期协同模型。对全周期协同模型提出以下需求。

(1)平台统一。进行异地协同设计除了需要有一个统一的跨越地区和集成操作系统的络平台外，还需要有一个统一的能把人、工具、数据、过程集成的软件平台。

(2)业务和数据的集成与协同。在产品研发周期中，有很多工作需要协同工作。例如:多学科设计、工艺设计、科研计划、质量、资源管理、BOM表的设计、采购等。这些工作产生的信息都是同一产品不同侧面的描述，它们的集合才形成了产品的完整模型。

(3)过程集成与协同。航天产品是大协作的产物，整个产品开发过程关键是要按计划，协调好接口，完成各自任务，实现跨地区的集成统一、协调、协同之目的。

(4)并行设计。借助于集成平台，通过设计信息预发布和计划的安排，能够有效和合理地开展并行设计和并行工作，缩短开发周期。

(5)集成-协同-创新-价值。该模型应反映上海航天对协同设计信息化的理念。即集成产生协同，协同产生创新，创新产生价值，价值推动企业发展。异地协同的最终目标是为航天企业创造价值。

2.2、全周期协同模型

根据以上需求提出了如图1所示的航天产品异地协同设计全周期协同模型。该模型选用的是AVIDM航天飞行器集成设计与制造系统平台。AVIDM是一个具有航天自主知识产权的异地协同设计制造集成平台。它面向国防和军工领域复杂产品研制、生产和管理的全过程，实现对企业产品研制过程的全生命周期管理。该模型基AVIDM平台实现多学科设计优化和协同、设计计划协同、BOM协同、管理流程协同等。

全周期协同模型

2.3全周期协同模型中协同内容

航天产品全周期协同模型中主要协同内容如下。

(1)多学科设计优化和协同

①发布明确的优化目标和学科间的约束。目的是使参与产品设计的各学科设计师清楚地了解到优化目标和其他学科的约束、接口要求，使多学科设计从开始就围绕整体目标进行协同工作。避免由于互相之间不了解而造成的设计撞车。并且执行好局部优化须服从全局优化的原则，以达到提高设计成功率的目的。

②由单一设计向综合设计转化。即在进行传统的机、电、控制、光、热等专业设计时，同时进行工艺性、可装配性、可靠性、维修性、保障性、安全性、测试性等设计。即面向产品生命周期各类因素，由单一设计向综合设计转化，实现多学科、多专业的协同优化。

(2)协同计划

全周期协同模式中的协同计划将要求通过异地协同同时与所有单位和有关部门进行计划的协同开发与制订，并避免发生执行冲突。进行计划协同开发的内容有以下几个方面。

①组织方面。进行专业的、梯次的、数量的配置与协调，以及组织结构形式协调。

②资源方面。包括计算机和软件工具，加工、测试、场地等物资资源，开发资金等财力资源等等。

③进度方面。为缩短开发周期，须进行并行设计的计划开发。由于产品开发各阶段以及阶段内的活动并不是简单衔接，而是相互作用又相互制约的。按照实际情况引入信息预发布机制，在原来单一串行顺序中加入并行协同工作，即在上游阶段未完全结束时即开始下游阶段的工作，使开发总时间缩短。

④质量方面。要使产品并行开发得以实现，需要安排好质量的平时检查与阶段性检查的目标与内容。

⑤成本方面。为使开发成本不超过预算指标。计划制订需要在以上4方面进行综合平衡。为保证基于大协作的航天产品开发能够按时保质完成，除了协同开发计划外，还需协同进行计划执行控制，协同进行计划冲突调解。因此，异地协同不但促进了科研设计，也促进了保障科研设计进行的计划的协同开发、协同监控与冲突解决。

(3)BOM协同

BOM表的产生来自不同单位的设计、工艺、仓库、计划等部门。除了供给有关单位的设计、工艺、仓库、计划等部门使用外，还供财务、劳动人事、公时定额管理、采购等部门使用。下表是不同部门人员所需要的BOM信息。从BOM的信息可知，它的开发和集成只有在异地协同设计环境下才能顺利地进行。因此，BOM表的协同开发是异地协同设计中的一项重要的协同内容。

(4)流程协同

要使协同活动正常有序开展，管理是关键。上海航天异地协同设计将通过项目管理、工作流管理、文档和更改管理、三维构型管理等协同管理来开展基本的异地产品协同开发活动。通过异地协同流程管理，使上海航天局产品开发流程，在局的范围内实现了统一和优化，并进入规范化管理阶段。使全局单位的项目、工作流、文档数据、构型模型等工作达到统一、规范、高效，最终达到全局乃至集团公司内的协同设计目的，大幅提升航天研发能力。

2.4、全周期协同模型的功能模型

航天产品是典型的多学科和高精尖的复杂产品。研制这样复杂产品是项系统工程，必须靠多种专业、多种类型的人员在异地同步或异步共同完成。根据上海航天任务的性质可以丈量出弹簧的长度、特点，航天产品协同设计全周期协同模型的软件基本功能结构由三层组成，即:协同基础层、协同服务层、协同应用层，如图2所示。

图2 航天异地协同设计系统

协同基础层提供工作区管理、用户管理、角色管理、功能权限管理、数据权限管理等功能。在协同应用层，主要提供各类设计软件工具，各个不同领域的设计小组之间或本组之间可在一起协同设计或探讨，并且还可从其它不直接相关的小组获取设计信息。中间层是协同服务层。它提供基于Web的协同工作环境。在该环境下，设计人员按照络会议的形式，通过图形、图像、声音、文字等多种方式进行全方位地交流。包括视频会议、电子白板、公共交流、CAD文件共享、桌面共享、声音交流、视频交流、会议历史回放等方式。协同服务层还提供了数据管理和流程管理功能，实现过程与项目管理、文档管理、工作流管理以及产品管理等功能，具体如下。

(1)过程与项目管理

以产品研制的过程为主线，贯穿于项目管理的整个过程。过程模型主要由产品的WBS任务分解结构及复杂任务的各类技术流程所组成。在过程模型中考虑到与计划流程的接口和信息交换，满足国防型号的研制过程和一高平般民品项目的研制过程。其具体内容有:资源管理、任务分解结构(WBS)管理、项目甘特图管理、技术流程图管理、项目流程模板管理、项目执行、项目状态监控、项目的动态调整、项目信息汇总、过程模型的重用等。

(2)文档管理

对产品研制过程中所有的文档和资料，实现全生命周期管理。该项管理既可作为通用的档案管理系统运行，又可集成于过程、项目管理及产品配置管理于一体。实现对复杂产品中的设计、过程、制造信息的管理与调用。其主要内容有:个人工作区管理、三库(设计库、受控库和产品库)管理、分类管理、模板管理、权限管理、更改管理、版本管理，以及文档的创建、检入/检出、下载、预览与批注、打包、送审、检索、相关流程的查询与监控、信息订购、络共享等。

(3)工作流管理

提供异地协同设计中所有流程自动化设置与运行的平台。通过采用WFMC(Work flow Management Coalition全球工作流管理联盟)标准，实现任务在相关人员间的自动路由，包括图形化流程定义器、分布式工作流引擎、图形化流程监控器、工作台面管理等功能。各单位用户可以定义并行/串行、反馈、跳转、循环、条件选择、子流程、嵌套流程等多种复杂的流程路由关系，同时系统支持动态选人、基于组织和角色的人员指派、任务转寄等各项灵活的控制机制。另外，通过子流程也可以对具有协作关系的多个异地、联邦系统之间进行流程任务的跨系统分发和管理。

(4)产品管理提供对产品进行初始配置、日常管理和根据“1035”计划建议要求维护的工具，主要包括:产品队伍管理、产品研制阶段配置、产品专业配置、产品数据权限管理、产品信任关系配置等功能。

3、上海航天异地协同设计协同模型的实践

上海航天局是中国航天科技集团公司的重要组成部分之一。有近20个军品研究所和厂。由于分散在上海市的七个区，协同效率低，研发周期长，真所谓是“十年磨一剑”。通过协同设计系统一期建设，使工作效率明显提高，设计周期缩短30%。主要工作如下。

3.1建设全覆盖的上海航天城域

建立一个通贯全局的信息络是实现异地协同设计系统的第一步。上海航天城域的特点是不但能覆盖到每个研究所的设计人员桌面，而且也能覆盖到总装厂的管理部门和车间数控加工人员台面。全贯通是整体协同的基础。见图3。

链路童运动鞋链接的实现:采用租用上海电信专用的SDH链路，汇结点设在上海航天局本部的方法。实践表明，这种方法既节省资金又具有相当的可靠性。

调 速 范 围： 0.01⑸00mm/min3.2建立统一的协同设计平台

上海航天异地协同设计系统采用具有航天自主知识产权的航天产品集成设计制造系统AVIDM做为协同设计制造集成平台。基于络和该平台，可以实现集团公司内的所有单位之间的协同工作与信息共享。AVIDM(Aerospace Vehicle Integrated Design Manufacture)---航天飞行器集成设计与制造系统是由中国航天科技集团公司所属北京神舟航天软件技术有限公司自行开发的基于Web的企业级协同产品研制管理系统。最初主要是针对航天型号产品数据管理所研发的一套PDM系统。经过十多年的发展，不断吸收国际先进的管理理念，目前已成为适用于各行各业的新一代通用协同设计集成系统。

通过与神软公司的共同实施，实现了在集中式中央数据库的支持下，不同部门和单位的用户共享统一的产品数据结构和设计资源，协同高效地完成产品的研制工作。为产品的开发、研制、生产过程提供了科学的管理手段，并确保数据的完整性、协调性及正确性。

至今，已经有六家单位成功实施，在卫星、火箭等近十项型号任务中全面应用，实现了有效的数据管理、良好的过程控制，有效地缩短了生产研制周期，提高了产品质量，改善了工作环境，优化了劳动组合。

3.3设置总设计逻辑流程

只有有序、有组织的活动才能达到协同的效果，才能形成合力和提高速度。为此，需要定义和创建与组织集成有关的过程链。只有设计过程中所有技术和管理方面的任务组成了逻辑过程单元，各个应用领域中的数据和信息的集成才能达到协同的要求。因此，制订一个统一的、科学的总设计流程，是协同设计系统建设中的重要内容之一。具体包括如下几个方面。

(1)初始配置。进行系统的初始化配置。包括:域配置、数据库服务器配置、应用服务器配置、专业配置、密级配置、术语配置、文档类型与模板配置、CAD工具配置、BOM表配置、用户授权方式配置、组织关系树配置、角色配置、用户配置、权限配置等工作;

(2)创建型号产品。创建所要管理的产品，同时必须为每个产品指定一个产品管理员;

(3)组织型号队伍。配置产品的研制队伍、配置人员的主管/相关专业、专业数据的涉密级别、定义人员的技术角色、进行权限设置、工作流模板的配置、技术流程模板配置等;

(4)配置任务分解结构树。由产品的管理人员按照WBS的工作任务分解结构对纳入系统中的型号产品进行逐级分解(按照系统、分系统、子系统、设备级的产品结构关系进行);

(5)配置相关任务的技术流程。针对WBS任务分解树中的每个任务节点，配置与之对应的研制技术流程，落实技术流程中每个“活动”中的任务要求、人和完成时间等(需报主管领导审批);

(6)根据技术流程提取相应的计划，报计划管理部门审批;

(7)计划管理部门进行相应计划的审批工作;

(8)下达计划，正式启动技术流程，同时对技术流程的执行情况进行跟踪和监控;

(9)研制部门按照计划要求，顺序执行技术流程中所规定的各项工作，完成相应“活动”中所规定的各项任务，如进行CAD、CAM、CAPP、CAE等设计分析工作，或进行相关的试验或其它工作;

(10)“活动”中所规定的各项输出结果都完成后，向上级提交工作结果，进入工作流审批;

(11)所有提交的结果审批通过后，标志该“活动”所规定的任务完成，系统自动驱动技术流程中的下一个“活动”任务。只有在该技术流程中的所有“活动”都完成后，才标志WBS任务分解树中所对应的项目节点完成，该节点再向它的上一级节点提交。进入更上一级的技术流程活动，完成组装和验证等任务。

3.4、实施步骤

好的做法是成功的一半。现将我们的经验总结如下。

(1)建立实施组织

成立了由局、所级领导以及各部门领导组成的“AVIDM领导小组”、食品设备“AVIDM工作小组”，以及由各部门抽调人员组成的“AVIDM骨干小组”。

(2)需求调研、拟定计划

通过对企业目前科研生产管理的现状、业务流程、工作管理模式的调查，拟定了解决方案，并通过了各所级评审。

(3)基础数据的采集和整理

输入和采集了组织信息、用户信息、文档类型、文档属性、图纸、模型以及相关的管理属性信息等;采集了企业的编码规则、目前所用到的工作流程等等。完成人员、专业、密级、技术角色、行政角色、职称、组织等设定;完成设计文件和研试文件的签署流程、归档及分发的流程以及更改单和技术通知单的签署流程的整合和设定;完成文档模板的订制。

(4)建模

主要进行了人员管理建模、产品数据类型建模、产品结构管理建模、工作流程模板定制和编码管理建模。

(5)完善AVIDM3.0软硬件需求和配置。

(6)系统测试

系统建模完成后，选用典型数据，由工作小组以及骨干小组人员在系统中模拟设计人员、工艺人员等进行试运行。测试各部分功能是否正常，并对系统不断修正与纠错。通过测试与调整，最终达到系统完善的目的。

(7)培训

完成了适合上海航天的AVIDM3.0培训讲义编写。并对设计人员、科技处调度、质量处标审和质量会签人员以及档案处档案管理人员等进行分期、分批和就地培训。

(8)制订一些列实施AVIDM工程所必需的规章制度和规范。

(9)系统试运行组织型号人员在AVIDM系统中试运行，检验订制结果、各类业务流程。

(10)正式运行

4、结束语

本文所提出的上海航天产品异地协同设计全周期协同模型已成为上海航天产品异地协同设计工程的主体思想，该工程第一期已经实施，建立了上海航天产品异地协同设计，它是中国航天科技集团公司广域中的一个子，该不但覆盖了本系统内的各专业单位，还上接集团公司广域中心与本集团公司内的兄弟单位、以及国家政府单位如国防科工委、总装备部等，实现了异地协同。(end)

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