一种航空发动机产品设计要素结构编制方法及系统与流程

1.本技术属于航空发动机设计领域，特别涉及一种航空发动机产品设计要素结构编制方法及系统。


背景技术：

2.航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，集成了一系列尖端高新技术，包括设计、制造、工艺、试验、材料等一系列互相耦合领域，其设计技术水是衡量一个国家工业水平的“试金石”。航空发动机研发体系是航空发动机全寿命周期内，从事技术研究、工程设计、生产制造、试验验证和服务保障等活动时遵守的工作流程、界面分工，所采用的工具和方法、所依据的规范、准则和标准，从而完成航空发动机产品研发过程。航空发动机研发体系是对之前各维度研发人员经验的凝练，同时随着研发人员能力不断提升，研发体系也是一个边建设边完善的过程，因此研发体系建设对于航空发动机研发过程非常重要，是体现航空发动机研发能力水平，提升研发能力的重要要素。研发体系要素，包括规范、标准、指导书、软件、数据库等要素，是研发体系的重要组成部分，指导研发人员在航空发动机研发和使用过程期间的每一个设计行为的技术要素，体系要素有力的支撑了日常工程型号研发、预研工作开展。但研发体系要素涉及航空发动机研发过程的方方面面，加之航空发动机研发过程多领域相互耦合，因此研发体系要素就相对比较分散，具有隐蔽性，需要有经验的专家潜心总结；同时梳理出未来待建的研发体系要素，将可以指导后续航空发动机研发体系工作的发展方向。
3.目前，航空发动机研发体系要素涉及多学科、多阶段，相对比较发散，无固定统一的梳理方法；此外研发体系要素属于隐性知识，需要研发人员挖掘并潜心研究，其发展方向也具有不确定性，可以按专业划分梳理，可以按技术途径划分梳理，可以按研制阶段划分梳理，可以按研发过程领域梳理，无固定规律可循，如果单一按部门设计专业梳理，对于研发过程不同领域可能会造成梳理不全面的情况，此外不同产品的专业分工范围不同，也可能造成专业界面间模糊对象的研发方法要素得不到梳理；如何系统全面的梳理体系要素目前暂无相关成熟的方法，需要开发一种系统、全面、可持续梳理方法。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供了一种航空发动机产品设计要素结构编制方法及系统，以解决现有技术中难以对航空发动机的研发进行系统全面梳理的问题。
5.本技术的技术方案是：一种航空发动机产品设计要素结构编制方法，包括：采用系统工程理论，以pbs作为框架，将发动机从大至小逐级分解，形成发动机的产品树结构；建立wbs矩阵，根据系统原理和要求，将产品树结构从上至下分解成相互联系的工作单元，每个工作单元建立一项wbs活动；针对每项发动机的wbs活动，确定研发体系要素，锁定对应的关键技术；统计所有的研发体系要素，形成数据集，对数据集进行分类，每个类别形成一个维度；对每个维度的体系要素按照规范、软件、数据库进行梳理归类，形成体系要素矩阵；采集
要素信息，确定体系要素矩阵中每个要素的完成情况，直至完成全部体系要素的梳理。
6.优选地，在所述研发体系要素进行统计前，将航空发动机研发过程各程序环节的工作内容和属性进行罗列，所述研发体系要素通过特征值和类别进行统计，通过计算特征与类别件互信息、条件互信息以及联合互信息，将数据集分成5个类别，分别为：设计域、试验域、工艺域、制造域、外围保障域；每个域所对应的规范、软件和数据库均不相同。
7.优选地，所述规范包括规范文件、指导书、检查单和示意图；所述软件包括性能软件和结构软件；所述数据库包括整机试验数据库、部件试验数据库和试飞数据库。
8.优选地，采用基于动态相关性的特征选择算法对数据集进行计算，从而形成5个类别。
9.优选地，按照国军标7689-2012武器装备技术成熟度评价程序确定关键技术。
10.优选地，对所述要素体系矩阵中每个体系要素设置成熟度，成熟度区间包括已完成要素、待完成要素和待建要素，每当完成一个阶段的任务时，确定该阶段的成熟度完成。
11.优选地，所述成熟度区间内不同阶段下的成熟度采用不同的颜色进行标记。
12.作为一种具体实施方式，一种航空发动机产品结构编制系统，包括：产品树建立模块，用于采用系统工程理论，以pbs作为框架，将发动机从大至小逐级分解，形成发动机的产品树结构；wbs矩阵建立模块，用于建立wbs矩阵，根据系统原理和要求，将产品树结构从上至下分解成相互联系的工作单元，每个工作单元建立一项wbs活动；研发体系要素确定模块，用于针对每项发动机的wbs活动，确定研发体系要素，锁定对应的关键技术；数据集建立模块，用于统计所有的研发体系要素，形成数据集，对数据集进行分类，每个类别形成一个维度；体系要素矩阵建立模块，用于对每个维度的体系要素按照规范、软件、数据库进行梳理归类，形成体系要素矩阵；要素信息采集模块，用于采集要素信息，确定体系要素矩阵中每个要素的完成情况，直至完成全部体系要素的梳理。
13.本技术的一种航空发动机产品设计要素结构编制方法，在进行航空发动机的产品研发时，通过先以pbs作为框架建立发动机的产品树结构，研发产品每个需要研发的部分均通过产品树结构进行准确的标定，而后通过建立wbs矩阵，形成wbs活动的各个工作单元，从而确定具体的工作方向，而后通过确定研发体系要素确定各个工作单元具体的工作内容和所需的软硬件资源，通过将所有的研发体系要素整理形成数据库，对所有研发体系要素进行分类整理后将各个部分的任务分门别类地分发至各个部分，各个部门之间的工作不会冲突；最后通过进行要素采集，实时观察各个工作单元的工作完成情况，保证能够有效完成任务；各个研发体系之间不会冲突，研发效率高，研发全面系统。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
15.图1为本技术整体流程示意图；
16.图2为本技术发动机pbs结构原理图；
17.图3为本技术发动机pbs分解结构示意图；
18.图4为本技术基于pbs的wbs分解示意图。
具体实施方式
19.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
20.一种航空发动机产品设计要素结构编制方法，以航空发动机pbs (product breakdown structure)及wbs(work breakdown structure)为基础框架梳理体系要素，不同领域、不同专业体系之间相互配合，达到对体系要素的全面梳理。
21.如图1所示，包括如下步骤：
22.步骤s100，挑选某结构形式发动机，采用系统工程理论，以pbs作为框架，将发动机从大至小逐级分解至部件系统、零部件，形成发动机的产品树结构；
23.如图2、图3所示，pbs框架为一种结构从大至小的树状框架，以pbs作为框架基础，是由于pbs是从发动机产品出发，能够相对完整的体现发动机结构设计成果，相对梳理比较好切入。
24.如图2所示的一种航空发动机pbs框架结构，包括高压压气机、高压涡轮、润滑系统、传动系统等；高压压气机包括前机匣组合件、后机匣组合件、转子组合件和承力环组合件等；润滑系统包括滑油箱、滑油泵、散热器和滑油滤等，通过pbs结构能够简单清晰的包含发动机的所有结构。
25.步骤s200，建立wbs矩阵，根据系统原理和要求，将产品树结构从上至下分解成相互联系的工作单元，每个工作单元建立一项wbs活动；
26.如图4所示，针对每项发动机pbs结构，设定一个负责专业，开展该组件设计、制造、试验、保障技术活动梳理，从而完成发动机wbs矩阵建立。
27.wbs按照系统的原理和要求把项目从上而下分解成相互联系的工作单元，从航空发动机研制工作分解特点来看，其wbs是以产品pbs为中心，按照研制流程具体工作分解而形成的多级层次技术活动体系，在从事发动机研发活动中将应用一系列工具、软件，因此，wbs将作为体系要素梳理的直接框架。
28.步骤s300，针对每项发动机的wbs活动，确定研发体系要素，锁定对应的关键技术；
29.每一个wbs活动中包含所需要用到的工具和软件，并需要设定一个负责专业进行各专业汇总，按照国军标7689-2012武器装备技术成熟度评价程序确定关键技术。
30.步骤s400，统计所有的研发体系要素，形成数据集，对数据集进行分类，每个类别形成一个维度；
31.优选地，在研发体系要素进行统计前，将航空发动机研发过程各程序环节的工作内容和属性进行罗列，如一环节的工作内容需要功能设计指导书，则此工作内容选定此项，见表1及表2，其中表1为体系要素按特征值和类别进行统计的数据集；表2为计算上述特征与类别间交互信息。
32.研发体系要素通过特征值和类别进行统计，通过计算特征与类别件互信息、条件互信息以及联合互信息，将数据集分成5个类别，分别为：设计域、试验域、工艺域、制造域、外围保障域；每个域所对应的规范、软件和数据库均不相同。
33.表1体系要素基本信息
[0034][0035]
表2特征和类别之间的信息
[0036]
micmijmii(f1；c)＝0.1226i(f1；c|f2)＝0i(f1；f2；c)＝0.3113i(f2；c)＝0.3113i(f1；c|f3)＝0.1887i(f1；f3；c)＝0.3113i(f3；c)＝0.1226i(f1；c|f1)＝0.1887 [0037]
优选地，采用基于动态相关性的特征选择算法(rdfs)对数据集进行计算，从而将数据集分成5个类别。该算法采用条件互信息度量已选特征和类别的条件相关性，互信息度量候选特征和已选特征发挥的协同作用，来判断各个研发体系要素所属的类别。
[0038]
步骤s500，对每个维度的体系要素按照规范类、软件类、数据库类进行梳理归类，形成体系要素矩阵；
[0039]
每项发动机wbs活动负责专业组织相关其他专业，从系统完整性理论出发按设计域、试验域、工艺域、制造域、外围保障五个维度开展体系要素梳理，其中每个维度的体系要素按规范、软件、数据库三类进行梳理，发动机研发过程是以硬件为基础，以活动为主线，保证发动机系统完整性，这样就解决了设计制造领域间、不同专业间梳理重复和遗漏的问题，从而形成体系要素矩阵。
[0040]
其中规范、软件、数据库具体包含项目见表3，每一项关键技术活动必须要梳理出一条规范或指导书体系要素。
[0041]
表3每项发动机wbs活动树立维度展示
[0042][0043]
优选地，规范类包括规范文件、指导书、检查单和示意图；软件类包括性能软件和结构软件；数据库类包括整机试验数据库、部件试验数据库和试飞数据库。
[0044]
步骤s600，采集要素信息，确定体系要素矩阵中每个要素的完成情况，直至完成全部体系要素的梳理。
[0045]
对要素体系矩阵中每个体系要素设置成熟分类，成熟分类包括已完成要素、待完成要素和待建要素，每当完成一个阶段的任务时，单位内部评审体系要素要求开展评定；并用不同的颜色进行标记。这样就可以梳理出目前研发人员已建立的成熟的体系要素，同时针对未建立的体系要素也为后续研发体系工作方向进行指引，以此可以开展后续研发体系的工作计划。
[0046]
在进行航空发动机的产品研发时，通过先以pbs作为框架建立发动机的产品树结构，研发产品每个需要研发的部分均通过产品树结构进行准确的标定，而后通过建立wbs矩阵，形成wbs活动的各个工作单元，从而确定具体的工作方向，而后通过确定研发体系要素确定各个工作单元具体的工作内容和所需的软硬件资源，通过将所有的研发体系要素整理形成数据库，对所有研发体系要素进行分类整理后将各个部分的任务分门别类地分发至各个部分，各个部门之间的工作不会冲突；最后通过进行要素采集，实时观察各个工作单元的工作完成情况，保证能够有效完成任务。
[0047]
克服了不同领域、不同专业、不同阶段梳理重复、模糊等问题，解决杂乱无规律的体系要素梳理不全面、不系统问题；通过本方法梳理的体系要素矩阵可以以评价航空发动机研发体系的成熟程度，即起到总结研发体系成果的作用，又为后续研发体系工作方向进行指引。
[0048]
作为一种具体实施方式，具体涉及一种航空发动机产品结构编制系统，包括：
[0049]
产品树建立模块，用于采用系统工程理论，以pbs作为框架，将发动机从大至小逐
级分解，形成发动机的产品树结构；
[0050]
wbs矩阵建立模块，用于建立wbs矩阵，根据系统原理和要求，将产品树结构从上至下分解成相互联系的工作单元，每个工作单元建立一项wbs活动；
[0051]
研发体系要素确定模块，用于针对每项发动机的wbs活动，确定研发体系要素，锁定对应的关键技术；
[0052]
数据集建立模块，用于统计所有的研发体系要素，形成数据集，对数据集进行分类，每个类别形成一个维度；
[0053]
体系要素矩阵建立模块，用于对每个维度的体系要素按照规范、软件、数据库进行梳理归类，形成体系要素矩阵；
[0054]
要素信息采集模块，用于采集要素信息，确定体系要素矩阵中每个要素的完成情况，直至完成全部体系要素的梳理。
[0055]
通过分别按照产品树建立模块、wbs矩阵建立模块、研发体系要素确定模块、数据集建立模块、体系要素矩阵建立模块、要素信息采集模块，实现产品分类-任务活动规划-研发体系要素整理-任务分发的设计流程，各个研发体系之间不会冲突，研发效率高，研发全面系统。
[0056]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。