兩化融合管理體系貫標成果展特輯017：面向全球異地協同的商用飛機研發設計能力助力大飛機研發數字化轉型

摘要： 中國商用飛機有限責任公司上海飛機設計研究院（簡稱 “上飛院”）位于上海市，屬于交通運輸裝備制造行業，是具有 4000 余人規模的國營性質事業單位，是國內大型商用飛機主機所，擔負著中國民用飛機項目研制的技術抓總責任，承擔著飛機設計研發、試驗驗證、適航取證以及關鍵技術攻關等任務。 秉承開展航空技術研究，促進航空工業發展的宗旨，為建成國際一流的民用飛機研發中心，上飛院打造了面向全球異地協同的商用飛機研發設計能力。 通過新型能力的打造，打通了民機研發全生命周期的數據鏈和業務鏈，打造了民機正向研發新模式，打通了數據孤島和流程孤島，實現了數據在線、全生命周期協同，為民機研發產業鏈提供了數字化的研發能力服務，帶動提升了整個行業的數字化水平。

圖1  上飛院兩化融合管理體系貫標實踐

一、企業推進數字化轉型的需求分析

目前，中國裝備制造業正處于從傳統的模仿學習、改進設計到自主研發的轉變過程，在兩化深度融合的國家戰略背景下，除亟需解決人機料法環互聯互通的問題外，現階段最需加強的方面之一是：如何在設計端提升基礎創新能力、掌握先進的數字化協同研發手段。縱觀全球航空行業數字化協同研發的現狀，以波音777為代表的全球第一個全三維數字樣機，開啟了數字化協同研發大序幕。波音787引入了一個統一的全球化的廣域協同環境，采用了基于模型的定義（MBD）技術，消除了設計與制造之間協同的樊籬。空客A350在全球統一平臺的基礎上，圍繞單一數據源和可配置數字樣機為主數據的協同研發環境做了大量的投入和建設工作，取得了預期的效益。

對標國際一流的商用飛機制造廠商，國產大飛機作為典型的裝備制造業，具有技術密集、知識密集、多學科集成、產業鏈條長等特點，面臨著研制復雜度增加、研制成本和周期大幅壓縮的挑戰。為實現建成國際一流的民用飛機研發中心，設計出航空公司愿意買、飛行員愿意飛、乘客愿意坐的飛機，切實需要改變傳統的基于文檔的設計模式，需要大力建設異地協同研發的能力，建設基于工業互聯網平臺的仿真建模能力，實現數據驅動的設計，不斷提升設計研發效率和質量，促進數字化新業務的培育，帶動民機產業鏈水平的提升。兩化深度融合的具體需求如下：

提升設計研發效率：一方面，在飛機設計研發過程中專業間的技術和數據壁壘導致協同深度不足，降低了內部專業之間的協同設計研發效率；另一方面，民機產業鏈較長，涉及到的產學研單位較多，跨單位之間的協同手段不足，降低了產業協同的研發效率，因此，亟需提高飛機設計研發效率。

提升產品質量和價值：數據驅動設計的應用需要持續深入，需要不斷提升產品質量，以滿足日益增長的研發需求。然而，民機研發創新門檻高，需要通過融合發展為創新進行賦能，提升產品創新水平，讓產品為客戶帶來更多價值，最終提升產品質量和價值。

促進數字化業務培育：大飛機研發過程產生了海量的數據，數據價值挖掘的迫切性較強，工業知識的沉淀、軟件化和復用可以為設計研發中心帶來新的數字化業務，培育新動能。

提升民機產業鏈的數字化水平：由于信息化應用門檻較高，民機產業鏈的很多中小企業數字化水平偏低，上飛院作為設計龍頭單位，需要通過工業互聯網平臺為民機產業鏈的數字化水平提升進行賦能。

根據上述需求，上飛院制訂了“聚焦兩化融合、圍繞型號研制、加強總體集成、做實需求工程、面向X的設計、全生命周期管理”的原則，在此原則基礎上開展基于兩化融合管理體系的數字化轉型工作。上飛院在兩化融合管理體系建設的引領下，通過面向全球異地協同的商用飛機研發設計能力的打造全面牽引研發業務數字化轉型工作。

二、企業新型能力識別和打造的方法和路徑

（一）新型能力識別的方法和路徑

在建成國際一流民機設計研發中心的總體戰略目標基礎上，通過SWOT分析，明確了優勢、劣勢、風險和機會，識別出了構建研發人員互聯網優勢需求、設計技術優勢需求、集成管理優勢需求、協同設計優勢需求、智慧設計優勢需求等五大可持續競爭優勢需求。根據所識別的可持續競爭優勢需求，確定了上飛院需要打造的信息化環境下的新型能力體系包含四個方面：面向全球異地協同的商用飛機研發設計能力、基于云的民機數字研發能力、全生命周期協同資源規劃管理能力、基于工業互聯網平臺的民機研發服務創新能力。

圖2  識別新型能力

考慮能力需打造的階段性和遞進性及其有效支撐預期的可持續競爭優勢獲取的系統性，基于上飛院當前的需求和新型能力打造的目標，最終確定打造的重點新型能力為面向全球異地協同的商用飛機研發設計能力，旨在支撐全球協同研制即“主制造商-供應商”研制模式，在提高研制效率和質量的同時，打通民機研發的上下游產業鏈，為產業鏈中的不同主體提供研發能力服務，帶動整個民機產業體系的向前發展。

圖3  全球異地協同能力

上飛院確定了全球異地協同研發能力的量化指標及目標值，詳見表1：

表1  全球異地協同研發能力量化指標及目標

（二）新型能力打造過程的方法和路徑

1. 實施方案策劃

為打造面向全球異地協同的商用飛機研發設計能力，實現預期的兩化融合目標，公司根據戰略規劃和信息化發展規劃，依照兩化融合管理體系的基本框架，本著實現“三個一”的目標，對新型能力的建設過程進行了策劃，涵蓋業務流程與組織結構優化、技術實現、數據開發利用等方面。

同時，為滿足C919項目設計研發的業務需求，產品數據管理和協同研制管理系統實現了研制數據管理、設計上下文管理、適航系統、機載軟件與電子硬件管理、供應商主數據管理等功能。通過IDEAL協同研發設計平臺的不斷深入實施，基本實現上飛院面向全球異地協同的商用飛機研發設計能力。

2. 業務流程優化

在打造協同研發能力過程中，業務流程優化是新型能力打造的重要環節，通過“過程數字化”管理，可以全面梳理和優化飛機研發業務的流程，不斷提升管理能力，規范設計制造協同工作。

其中，設計協同的流程是設計與制造、機體供應商、系統供應商等的異地協同設計的過程，隨著供應商全球分布的特征日益明顯、知識產權保密性的要求愈加重要，上飛院對設計協同流程進行了優化，包括基于多工作區的模塊化及并行設計、基于互聯網的在線設計協同流程、基于上下文設計環境的供應商協同方式等。優化后，所有流程都實現線上化，各供應商在異地根據配置條件獲取C919等機型全機數字樣機中與該工作包相關的接口數據，基于單一數字樣機開展飛機的并行協同研制。同時，基于全機結構、幾何條件、系統過濾的方式，在構建上下文設計環境后，工作包在線發放至供應商，供應商基于上下文環境進行設計或瀏覽，確保設計成果的保密性。設計協同流程的優化實現了模塊化設計及并行開展，實現了基于上下文設計環境的供應商協同方式，強化了設計成果的保密性。

數據接受發放流程是上飛院同制造、機體供應商、系統供應商等相關進行數據接受和發放的控制流程。隨著設計數據量的不斷增大，嚴格控制數據接受和發放的流程，是保障研制數據唯一性和安全性的重要途徑。經過流程優化后，數據接收區與C919等機型主數據區完全隔離，數據接收單位只能訪問其數據接收區。數據發放接收由流程進行控制，在流程結束后進行數據授權。在數據發放流程中，將新發與更改完全隔離，保障數據的正確性。數據訪問安全性得到了全面控制。

3. 組織結構變革

在組織機構方面，為了提升專業耦合度、減少協調界面，提升總體集成和協同設計能力，以聚焦型號研制、做實需求工程、面向協同的設計、加強總體集成和全生命周期管理為原則，實現協同研發能力的打造，將原來院部門兩級節后調整為院、所、部門三級結構，整合了原先分散的各設計部門的設計資源及人才，成立五所五中心，以發揮專業集中優勢。

圖4  上飛院三級組織架構

4. 技術實現

以基于模型的在線協同設計為思路，建設了大型客機全生命周期管理平臺，實現流程管理、構型管理、BOM管理、協同工作等功能，支撐面向全球異地協同的商用飛機研發設計。

在設計專業內部協同方面：基于數字樣機開展設計協同，引入構型管理思路，支持模塊化設計和多方案設計，以及總體及各專業協調，形成了C919飛機的單一設計數據源，確保了數據的完整性和一致性。同時實現了基于單一DMU（Digital Mock-Up，數字樣機）的協同研制，支持完整、閉環的設計與協調業務過程，對于設計協調人員，將可以在系統中完整的保存協調歷史記錄。在構建全機DMU的基礎上，設計上下文定義及發布模塊。全球范圍內各家供應商基于單一DMU，在異地獲取工作包。

在民機產業鏈協同方面：實現上飛院和供應商之間的數字化協同，保證上飛院和供應商之間設計數據的一致性、正確性、關聯性，實現高效高質協作。實現供應商各個角色間的協同，進而極大提高產品研制效率，縮短研制周期，提高研制效率。通過研制協同化管理，將更改過程更多在研制初期進行完善，進而極大降低更改成本。同時，在基于數字樣機的設計協同方面，引入構型管理思路，支持模塊化設計和多方案設計，以及總體及各專業協調，形成了C919飛機的單一設計數據源，確保了數據的完整性和一致性。

在產業鏈協同方面：在IDEAL平臺中打造C919協同工作區，為各供應商設置協同工作區，根據角色，定義權限策略、數據存儲方式等，確保數據的一致性和安全性。

圖5  技術實現

5. 數據開發利用

在數據的基礎開發利用方面，上飛院通過對數據管理的優化，建立了數據的單一來源，并明確每個數據源中數據產生、更改、刪除的責任相關方及職責權限，確保數據實時、可靠、有效，可追溯、可審計。其次，打通其他各系統的數據接口，形成決策支持系統，該系統可以從合同管理平臺、IDEAL協同研發設計平臺、CPC協同研發設計平臺、WBA協同研發設計平臺、航線數據庫、航空動態數據庫等多個應用系統中抓取數據，并進行大數據整合分析，形成決策支持的依據。

在管理信息系統數據利用方面，上飛院開展了BI數據分析可視化工具的學習探索和以上飛院飛機設計支持工程技術所為對象的試點實施工作。針對飛機設計支持工程技術所外場支持多、人員分布廣的特性，基于上飛院現有考勤系統數據實時抽取、清洗分類，并利用BI數據分析和可視化工具實現了上飛院設計人員出勤休假、人員分布、出差出國、領導日程等信息的實時查詢，并輸出所內各部門考勤數據的可視化報表，為考勤管理和決策提供有力的數據支撐。

在數據的深度開發利用方面，上飛院將研發周期積累的數據進行提煉為知識，形成面向不同業務場景的知識專題庫，已形成流程類知識368條，問題知識庫1283條，最佳實踐知識庫1953條，崗位知識9891條。在知識建庫的基礎上，開展知識圖譜、知識本體的研究應用，將知識有針對性的推送到設計研發人員的辦公環境中，提升設計質量，目前已實現CATIA、SPDM等系統的知識推送。  

圖6  數據深度開發利用過程

6. 安全可控情況

（1）完善的網絡安全制度體系

上飛院依據國家層面的網絡安全法律法規，建立了適用于本單位的、完善的網絡安全制度體系，并制定了《C919飛機供應商計算機及網絡接入管理規定》、《IDEAL平臺供應商用戶管理規定》等針對供應商等外部用戶接入時的管理規范，要求外部用戶接入客戶端必須遵從上飛院統一的安全管理策略，并且禁止供應商計算機在接入上飛院網絡的同時接入其他網絡。同時，上飛院系統運維的風險應急預案，包括執行《信息系統故障應急預案》及《信息安全事件應急操作程序_機房相關事件》。

（2）技術的自主可控水平

上飛院從開始建設此平臺至今，一直堅持以我為主的開發能力建設，供應商輔助進行開發工作，我們的平臺開發團隊對此平臺具有完整的開發維護能力，每年會根據業務需求對平臺進行升級開發工作，項目開發團隊人員在20人左右，專業涵蓋了平臺的需求架構、開發、運維等工作，具有完全的對此平臺的自主可控能力。

三、實施效果與主要作用

（一）實施成效

上飛院實施兩化融合管理體系以來，以文件化和制度化的方式保障兩化融合管理體系工作的正常開展，確保得到戰略層面的資源匹配和關注度。建立從戰略到信息化管控落地的監視與測量、績效評價指標體系，能夠實施監控單位兩化融合管理體系建設進展以及績效情況，確保兩化融合管理體系切實有效的運轉起來，并提供持續改進的框架，幫助上飛院源源不斷的獲取可持續發展所需的新型能力。

上飛院通過監測考核的方式對兩化融合管理體系完成情況進行考核，2020年各項量化指標考核指標均達標，其中，通過協同研發平臺發放的技術文件與總技術文件的比例實際完成值94.23%，協同研發平臺有效賬號數實際完成值1495個，較2019年提升9%，設計人員工作效率實際完成值525小時/人，產品數據來源線上唯一比率實際完成值100%，研制過程需求驗證率實際完成值71.2%，較2019年提升0.2%，C919項目任務月計劃完成率96.9%，較2019年提升1%，大客圖樣錯誤造成的設計更改比例實際完成值0.34%，較2019年提升83%。

表2  全球異地協同研發能力量化指標完成情況

（二）主要作用

通過兩化融合管理體系的貫標，打造了民機協同研發新模式，打通了數據孤島和流程孤島，實現了數據在線、全生命周期協同。催生了建模仿真工業互聯網APP生態構建，模型庫、工業APP應用中心等初具規模，提升了上飛院全球異地協同研發設計能力。

1. 明確了上飛院數字化轉型的戰略

通過兩化融合管理體系的貫標和建設，上飛院明確了以兩化融合管理體系為引領，加速數字化轉型的戰略：以新型能力建設為數字化轉型的核心路徑，按照大飛機研發業務價值體系優化和創新的要求，以新型能力建設全方位牽引大飛機研發數字化轉型活動，由流程級邁向網絡級和生態級，實現數據驅動設計，打造大飛機產業鏈協同發展的開放價值生態。

兩化融合管理體系幫助指導上飛院依據自身戰略需求，規范地建立新型能力，確保兩化融合管理體系相關過程持續受控。指導規范上飛院開展兩化融合管理體系工作過程中做好基礎保障、人才保障、資金投入、設備設施等管理工作，有效引導和幫助上飛院以融合創新的理念方式打造兩化融合管理體系，兩化融合管理體系是全面推動上飛院轉型升級的重要抓手。

圖7  數字化轉型戰略

2. 以上飛院為設計龍頭，為整個民機產業鏈提供研發能力服務，帶動民機產業體系的快速發展

通過新型能力的打造，為整個民機產業鏈提供了協同設計能力服務，有效帶動了民機產業體系的快速發展。目前協同平臺上的供應商主體已超過150家，有效用戶超過10000個。

3. 打通民機研發全生命周期的數據鏈和業務鏈，促進民機數字化協同設計的水平和能力提升

通過協同研發能力的打造，使企業擁有更加開放、協同、柔性的組織形態，實現公司內部不同專業和業務環節之間的綜合集成，打通民機研發全生命周期的數據鏈和業務鏈。基于產業鏈協同發展需求，進行跨企業間協同競爭優勢和能力需求的識別、業務流程的同步優化、組織結構統籌調整、技術的協同開發、以及數據的自動流轉和協同利用，使資金、技術、人才、信息等資源要素在全產業鏈上自由流動、合理配置、釋放活力，形成可持續發展的全產業鏈生態系統。

圖8  全生命周期的數據鏈

同時，通過全生命周期的數據鏈和業務鏈，保障在飛機研制的8-10年時間內，飛機使用的20-30年時間內必須保證飛機產品數據的“唯一性、有效性、完整性、可追溯性”。