液体动力研制体系数字化转型的探索与思考

　　摘 要: 在数字化转型的大趋势下，如何优化升级液体动力研制体系，支撑液体动力技术和能 力的综合提升，成为当下亟需解决的问题。在分析了国内外航空航天企业数字化转型的现状与趋 势、数字化技术与液体动力融合过程的基础上，通过研制流程再造，提出了液体动力数字化研制体 系的总体框架。结合工程实践，开展了协同研制、集成设计、知识管理、数字化制造等方面的探索， 并对数字化转型工作进行了深入思考，重点分析了数字化转型的路径选择、对信息化建设的挑战， 为加速液体动力研制体系的数字化转型提供了方向，对其他制造业的数字化转型也有借鉴意义。

　　关键词: 液体动力; 研制体系; 数字化转型; 流程再造; 数字样机

　　0 引言

　　液体动力是运载火箭和导弹武器的核心装置，系统组成复杂，工作环境恶劣，涉及的行业和学科多，其研制过程是一项复杂的系统工程[1]。从最初的方案设计到成熟应用需要研制系统内外大量的工作协同，经历复杂的工程实践和反复的技术迭代，才能成功。

　　在这个过程中，原有研制体系发挥了重要作用，保证了以载人航天、月球探测等为代 表的国家重大工程的顺利实施[2]。在国家深化制 造业与互联网融合发展、实施中国制造 2025 战略的 大背景下，如何利用先进的数字技术重构液体动力 研制体系，支撑液体动力技术和能力的综合提升， 进一步夯实航天数字化发展的基石，成为当下亟需 解决的问题。

　　1 国内外航空航天企业数字化转型现状与趋势

　　近年来，随着云计算、大数据、物联网、人工智 能等新兴信息通信技术[3-7]与先进制造业的不断深 度融合，制造业正在迈向体系重构的新阶段，加速 向数字化、网络化、智能化方向延伸拓展，万物互 联、数据驱动、软件定义、组织重构成为当前制造业 数字化转型的主要趋势[8]，作为制造业重头戏的航 空航天企业明显加快了数字化转型的步伐。

　　1. 1 国外航空航天企业数字化转型现状与趋势

　　在数字时代，为继续保持国防系统的能力优 势，美国接连发布《国防部数字工程战略》和《国防 部数字现代化战略》，指导整个国防系统数字工程 转型的规划、开发和实施，推动从以文档为中心的 线性采办流程向以模型为中心的数字工程生态系 统的转变，建立无缝、敏捷、弹性、透明和安全的数 字基础设施和服务，提高国防部的信息优势，简化 与任务伙伴的信息共享，加快推动国防系统完成数 字化转型。 洛克希德·马丁公司提出了“数字织锦”计划， 将复杂的装备系统设计、制造、运营和保障等全面 地交织起来，构建覆盖全生命周期、全业务领域、数 据高度集成、各学科建模和仿真紧密耦合的新一代 数字化设计制造体系，加速推进公司数字化转型。

　　泰雷兹公司深化数字化技术应用，基本实现产品全生命周期中产品数字化价值流的连续、无缝的传递 与贯通，在法国、加拿大、新加坡等地投资建设了多 家数字工厂，加速自身及所有客户的数字化转型。 为深化数字化转型，欧空局开发了协同工程环境 ( CEE) ，并在虚拟航天器环境工程( VSEE) 、数据映 射编辑器和空间系统数据库等项目上应用，有效地 解决了需求管理、项目管理等问题，实现了设计流 程、文档、方法、工具、架构和成果的重用，显著提升 了型号研制效率，降低了项目风险。

　　美国航空航天 局( NASA) 开发了全新的工程开发环境( AEE) ，通 过网络门户和设计过程管理、设计与工程分析工具 集成以及产品模型数据集成管理，支撑 NASA 在 RLV 的研制过程中可以方便、灵活地实现多构型、 多方案、多技术的比较和融合，确保了优化方案的 可靠性。

　　1. 2 国内航空航天企业数字化转型现状与趋势

　　航空工业在基于模型的定义方面起步较早，当 时主要解决设计和制造的协同，最典型的应用是主 机厂所在飞机设计阶段就采用全数字量表达飞机 的几何特征，同时将数字样机传递到制造单位，在 数字样机之上开展工艺设计、工艺仿真以及部分环 节自动加工指令的生成。如大型客机 C919 全面采 用 MBD 技术进行产品定义，设计返工减少 40% ，设 计周期缩短 60% ，制造周期缩短 30% 。

　　目前，正在 构建以模型驱动、连续传递为特征的先进工程环 境，面向复杂系统的生命周期流程，有效解决工具 和知识碎片化的问题，加速推进航空工业研制体系 数字化转型。 航天科工集团以“信息互通、资源共享、能力协 同、开放合作、互利共赢”为核心理念打造我国第一 个工业互联网平台———航天云网，并以此为基础推 进数字化转型。开展数字化协同设计，实现了基于 虚拟样机的总体与分系统并行协同设计和试验验 证，总体成本降低 20% 以上，飞行试验减少 10% ，产 品返修率呈现逐年下降的趋势。开展智能制造，逐 步实现设备、管理流程、企业互联的数字化、网络化 和智能化，航天某液压系统生产效率提升 30% ，一 次加工合格率提升 30% 。

　　2 液体动力数字化研制体系的构建

　　目前，液体动力与数字化技术的融合还处于一 边摸索一边试点应用的阶段，其数字化应用水平与 国内外先进的数字化制造业还有一定差距。为加 快液体动力研制体系的数字化转型，需要运用先进 的信息技术和理念对现有研制流程进行数字化再造，在保持当前布局和管理架构不变的前提下，构 建新型数字化研制体系，建成基于模型驱动的一体化研制模式。

　　实现液体动力协同模式向流程化实时 在线转变、研发模式向数字化并行协同转变、生产 模式向透明化精益可控转变、验证模式向虚拟化结 果预示转变、组织模式向集成化高效运作转变、管 理模式向精细化集中管控转变，用“数字表征、过程 量化、软件定义、智能主导”的手段不断化解液体动 力研制过程中的不确定性，支撑液体动力研制效 率、产品质量、核心能力的不断提升。

　　2. 1 数字化技术与液体动力融合过程分析

　　液体动力研制体系数字化转型的核心是数字 化技术与液体动力研制过程的深度融合。结合液 体动力研制实际，参照国内外先进行业数字化应用的最佳实践，数字化技术与液体动力研制的融合过 程可分为单点工具应用、数字化摸索、数字化试点 推广、一体化应用等 4 个阶段，经过加入、改造、优 化、创新流程的 4 次融合，从传统单纯的产品研发数 据创建、管理及三维建模，发展到全周期产品数据 管理支持下的数字化定义、虚拟化验证、智能化制 造，从液体动力数字化向数字化液体动力不断转 变，最终实现数字化与液体动力的一体化融合。

　　3 液体动力研制体系数字化转型的探索

　　针对液体动力研制的瓶颈与短板，围绕业务流 程并行化、管理模式精细化、产品设计关联化、科研 生产虚拟化开展数字化转型的探索。

　　4 液体动力研制体系数字化转型的思考

　　4. 1 数字化转型路径选择

　　研制体系的数字化转型包含建立数字化认知 与思维、制定数字化转型方案、实施数字化转型、开 展数字化评估与反思四个阶段: 1) 建立全员数字化认知与思维是数字化转型 的起点，也是统一思想、取得共识的过程。 2) 数字化转型方案明确转型目标与计划，应由 业务部门与 IT 部门一起，围绕企业愿景与发展战略 制定，对业务而言是数字化技术的业务应用，对 IT 而言是业务问题的技术解决方案。

　　3) 成立领导小组和实施团队，采取试点与速赢 项目相结合的方式开展数字化转型实施，先快速见 效，树立信心，再推广实施。 4) 对每一个阶段的数字化转型实施进行及时 总结和评估，推广转型成果，反思存在的不足，在下 一阶段改进。如此循环迭代，直到转型成功。 研制体系的数字化转型是新兴 IT 技术驱动的 转型，需要在开展数字化技术研究、掌握其本质的 基础上，围绕“项目、流程、模型、数据、知识、数字样 机”六要素，统筹推进项目驱动的管理、流程驱动的 协同、模型驱动的研发、知识驱动的设计、数据驱动 的生产、样机驱动的验证，按照“强化规划引领、加 强方案论证，推动项目分步实施”的思路，开展液体 动力数字化研制体系建设，逐步实现转型升级。

　　航空论文投稿刊物：《航空档案》(月刊)创刊于1977年，由中国航空工业集团公司主管，航空工业档案馆主办，对国内外公开发行，是国内唯一一本专门介绍航空领域历史变迁的大型综合性航空历史刊物。主要栏目有：人物专访国翼经典航空记忆铁翼凌空旧影钩沉航空史迹档案解密等。

　　5 结束语

　　数字化浪潮滚滚而来，未来只有两种企业，要 么是数字化原生企业，要么是数字化转型企业。液 体动力研制体系的数字化转型是 IT 技术驱动研制 体系不断变革、研制体系融合 IT 技术不断创新的漫 长重塑过程，贯穿研制管理、产品设计、智能制造以 及服务交付的全过程，包括发展战略制定、研制模 式创新、IT 架构升级、流程化组织重构、数字化人才 培养、数字化企业文化重塑等内容，是一项艰巨复 杂的系统工程，没有现成的模式和固定的路径，需 要结合液体动力的研制特点和管理实际开展，需要 不断地迭代方案、优化流程与投入资源，需要企业 高层的全力推动、全员的充分参与、IT 的赋能到位， 才能取得最终的成功，为支撑液体动力核心能力提 升与航天强国建设、实现“高质量、高效率、高效益” 发展目标提供有力保障。

　　参考文献:

　　[1]张贵田. 高压补燃液氧煤油发动机[M]. 北京: 国防工业出版社，2005.

　　[2]李斌，栾希亭，张小平. 载人登月主动力: 大推力液氧 煤油发动机研究[J]. 载人航天，2011，17( 1) : 28-33.

　　[3]龚奕利，贺莲，胡创. 云计算: 概念、技术与架构[M]. 北 京: 机械工业出版社，2014.

　　[4]朱洁，罗华霖. 大数据架构详解: 从数据获取到深度学 习[M]. 北京: 电子工业出版社，2016.

　　[5] 包 政. 互 联 网 的 本 质[M]. 北 京: 机 械 工 业 出 版 社，2018

　　作者：陈彦林，许艺峰