两化融合:与强者并驾齐驱

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  一飞院定将通过持续不懈的“两化融化”提升能力、强劲羽翼,在这“黄金十年”里大展作为!
  一项评比,使航空工业第一飞机设计研究院(以下简称一飞院)成了优秀中的优秀。
  在第23届“全国企业管理现代化创新成果”评选中,一飞院申报的“大型运输机全三维数字化网络协同研发管理”项目在全国各行各业申报的数百个项目中脱颖而出,不仅荣获一等奖,而且在评出的30个一等奖项目中排名第一,夺得冠军。这是一飞院在推进“两化融合”工作中取得的最新成果,标志着一飞院在“两化融合”工作中走在了全国前列。
  “‘两化融合’,不就是将信息化引入业务工作吗?”当一些人对“两化融合”的认识还停留在简单、片面的理解上时,一飞院已经用一串串艰辛探索、矢志不渝的坚实脚印,诠释了“两化融合”丰富、博大的内涵——那是信息化和工业化高层次的深度结合,是以信息化带动工业化、以工业化促进信息化,走新型工业化道路。对一飞院来说,“两化融合”不仅是他们完成一系列难度极大、看似难以完成的高新项目的制胜“神器”,更是他们比肩世界一流,与全球飞机设计强者并驾齐驱的强劲羽翼。
  困境无路 创新起飞
  回溯的目光转向1999年。
  那一年,国际形势风云变幻。中国驻南联盟大使馆被炸、南海中美战机相撞等一系列事件,震撼着国人的心。国家做出英明决策,要集中力量把我军的武器装备搞上去。于是,提升我军武器装备现代化水平的高新技术装备——“飞豹A”的设计任务,历史性地落在了以研制”飞豹”飞机而闻名的一飞院身上。上级要求研制进度必须突出一个“快”字,研制周期比常规情况缩短了一半,但技术水平却要比”飞豹”原型机上一个大台阶。
  当时,一飞院面临着这样的困境:一边是以铅笔、三角板等原始工具为主的设计手段,一边是标准高、周期短的设计任务,以如此简陋的设计手段,要完成如此苛刻的研制任务,除非奇迹降临——在这种情况下,即使全院职工不眠不休也无法按时完成任务。
  困境逼出奇迹,创新催生突破。一飞院领导班子认为只能打破常规,走超越创新之路,即:摒弃落后的设计手段,采用当时国际最先进的数字化设计方法,进行全机三维数字化设计。
  然而,这条超越创新之路却充满了风险。因为当时不仅一飞院没有进行过飞机数字化设计,就是放眼全国,数字化设计也只有个别单位在一些小部件上尝试过,从来没有进行过全机的数字化设计。这就意味着:他们要在完成“飞豹A”研制的同时,进行一场中国飞机设计手段的革命。况且,他们选用的设计软件,还是达索公司最新推出的、当时国际上最先进的CATIA V5版本,相较波音、空客等世界航空巨頭使用的V4版本,他们这一步,竟然一下跨到了世界最前列。
  创新意味着勇气和艰难,也意味着风险和责任。设计工作一开始便困难重重,再加上新版本的软件在国际上还没有应用先例,存在着许多问题。没过多久,数字化设计就到了几乎走不下去的地步。许多人开始怀疑、动摇了,上级领导也要求他们尽早做好“两手准备”。紧要关头,是前进,还是后退?如果半途而废,不仅葬送了这一提升设计水平的良机,而且“飞豹A”研制任务也不可能完成。于是,他们硬着头皮、咬紧牙关,抽调精兵强将,以结构、系统和外形都较为复杂、典型的机身03段为设计示范先行攻下,取得经验后再向其它专业全面推广,时间只给一个月!
  当时负责攻关的是IT副总师吴介琴。这位曾在德国工作多年、创建过“吴氏程序”的计算机老专家,怎么也没想到,这么难的攻关任务,所给的时间只有这么短!但是面对严酷的现实,他只能和攻关组的年轻人一起,接过了这份沉甸甸的担子。时间异常紧迫,一个月的期限里,每一天的任务都要按小时倒排节点。年过花甲的吴介琴和平均年龄只有30岁的攻关组小伙子们一起,吃住在攻关现场。大家每天工作十五六个小时以上。攻关组的一项重要任务是把三维设计的数模转化为二维图纸发出来,因为当时工厂里数控机床还不普及,工人加工零件大多还采用常规加工方法,还要看平面图纸,因此,最好的办法就是把三维设计的数模自动翻译成二维图纸发出去。但是,攻关组通宵达旦干了大半个月,二维图纸怎么也发不出来,大家心里都十分焦急。院领导每天晚上都要过问当天的进度。有几次,吴介琴副总师被问急了,半开玩笑地对领导说:别逼了,再逼我都想跳楼了!
  “跳楼”的压力催生了奇迹的诞生。第二天深夜,国内第一张由三维数模自动翻译的二维图纸发出来了,吴介琴副总师激动得在楼道里大喊起来。03段攻关取得了成功,这给了全院职工以极大的鼓舞,三维设计技术迅速在全院铺开,显示出它的强劲威力。各专业团结奋战,仅仅几个月就干出了国内第一架全机电子样机,在国内率先实现了计算机三维设计、三维外形协调和电子预装配的历史性突破。该项技术使“飞豹A”两年半的设计周期缩短为一年,使工程更改单由常规的六七千张减少至一千张出头,不仅成倍地提高了工作效率,更重要的是,它标志着中国人的飞机设计手段有了质的飞跃。
  上级和军方领导在观看了一飞院演示的电子样机和零部件三维设计后,禁不住连声赞叹:太漂亮了!在国家“863计划”十五年成就展上,一些院士伸出了大拇指说:这才是真正的高科技。CATIA软件的原始开发商、法国达索公司副董事长伯纳德先生得知世界上第一个应用CATIA V5软件设计的电子样机在中国问世后,在发给总设计师的传真中连用了3个“!”,并极力邀请603所来法国访问交流。于是,2001年年初,时任所长黄强带领攻关组主要成员来到达索公司。当经过保密处理的全机电子样机展现在达索会议室时,法方从总裁到普通员工全体起立,长时间热烈鼓掌,并马上在公司大门口升起了一面鲜艳的五星红旗,以示对中国科研人员的敬意。在2003年的全国科技大会上,该成果荣获了国家科技进步二等奖。
  改变传统的设计方法,在国内率先进行飞机数字化设计的尝试,使一飞院尝到了甜头,也进一步坚定了他们走“两化融合”之路的信心和决心。   伴随型号健步行
  一张一飞院“信息化支撑能力建设”图,使一飞院在国家“两化融合”战略方针指导下,全面大规模使用信息化新技术推动大型飞机研发模式转型升级的历程,跃然眼前。
  一飞院的信息化建设是与型号研制同步发展的,通过“飞豹A”飞机、空警-2000飞机、ARJ21飞机和运-20大型运输机,信息化建设走过了全机数字样机、产品数据管理、跨地域并行设计、全三维关联设计及并行协同研制的四个阶段,实现了“一个型号上一个台阶”的发展目标。
  在21世纪初的“飞豹A”研制中,一飞院改变传统的设计方法,在国内率先进行飞机数字化设计的尝试,干出了国内第一架全机电子样机,在国内率先实现了飞机研制三维设计、二维发图和电子预装配,从传统设计一步跨越到国际水平,实现了我国飞机设计手段的革命。
  空警-2000飞机研制的牵引,使一飞院的数字化设计上了一个新台阶。他们应用在“飞豹A”研制中取得的数字化设计成果,仅4个月就干出了全机电子样机,令评审的专家们惊叹不已。同时,他们在此基础上再进一步,实现了VPM产品数据管理,在国内首次实现了用全机数字样机取代物理样机进行转阶段评审,实现了国内飞机研制生产方式的变革。
  在ARJ21飞机研制中,一飞院又在国内第一个应用VPM软件,实现了跨地域的异地产品数据管理,建立了与4个国内制造厂和19家国外供应商大规模异地协同数字化设计、制造和管理的信息平台,第一次实现了以我为主、同国内外各参研商并行协同工作等技术和手段的创新,初步形成了具有研究院特色的飞机数字化研制体系。
  挑战越大,创新的力度就越大,取得的成绩往往也越大。这一点,在一飞院承担的运-20大型运输机研制中体现得最为明显。
  “之前我们搞过的最大飞机是60吨,现在一下子跨越到200吨,技术难度不是增加了几倍,而是增加了一个数量级。”
  “研制周期太紧了,美国C-17从方案确定到首飞用了14年,俄罗斯的伊尔-76用了11年,欧洲的A400M至今8年过去了还没飞起来,而我们在设计经验、技术储备和综合能力上都和人家相差甚远,却要用5年多的时间实现首飞,如何保证‘后墙不倒’?”
  “还有人才呢,波音、空客设计团队就达三千人,现在一飞院满打满算两千来人,设计人员一千五百人,其中缺乏经验的年轻人占到70%,而且还要兼顾其他型号。”
  面对这些如山的困难、严峻的挑战,出路只有一条,那就是依靠先进的设计手段。虽然一飞院经过“飞豹”、空警-2000、ARJ21等飞机型号的锻炼、积累,在数字化设计手段上已经有了很大的突破。但是,面对大型运输机的研制要求,现有的数字化设计手段依然难以适应。有人断言,如果不进行技术创新,依靠现有的技术手段,恐怕玩儿了命也完不成任务。
  经过一番调研和慎重考虑,2007年7月份的一天,总设计师唐长红把时任结构设计副总师的冯军和信息系统研究所所长刘看旺叫到了自己的办公室。
  唐总说: “我听说波音787,采用了什么关联设计,好像很厉害,能不能拿来用到咱们这儿?”刘看旺说:“唐总,这个我们了解过,关联设计在波音787研制中确实起到了很大作用。但是这种新技术封锁得很严,现在要在型号研制中应用,难度太大了。”冯军接着说:“既然我们干的型号前所未有,那再增加一个前所未有的事情又如何?”
  “好!”唐长红说:“成立一个攻关团队,这个事一定要干成!”
  冲上华山一条路。关联设计,大运的成败,全系于斯!
  所谓“关联设计”,是数字化设计的一项前沿技术。在这项技术中, “关联”部分是它的亮點。因为大飞机研制难度很大,需要进行一轮轮迭代,外形和载荷不断修正,导致顶层数据不断调整。而上游每调整一个数据,下游的设计员就要花费数倍的精力进行更改。而且必须在上游工作完成之后下游才能开始,一个等一个,把研制周期拉得很长。而关联设计则可以让各专业从方案论证到研制全过程,始终在同一个平台上进行,实现设计数据集中管理、实时共享;一旦上游数据发生更改,下游同步更新,并自动进行更新设计,从而大幅提高工作效率,缩短研制周期。
  这项“看似并不难”的攻关,真干起来确实困难重重。攻关团队经历了挫折,他们不气馁,调整思路,换个方向再冲锋,几个月后终于取得了喜人的突破:设计人员坐在电脑旁边,将上游的总体外形设计输入做出改动;立刻,下游机翼结构的相关部件在屏幕上马上变成了红色。“设计更改信息可以实现100%的传递。”接着,设计人员又按了一个图标,只见一个任务栏进度指示快速跳跃,先前变红的零件逐个还原为正常颜色。“这是更改的自动更新,多快!”现场响起了一片掌声。
  紧接着,一飞院将关联设计技术从局部推广到全机,形成涵盖总体、结构、系统的整机关联设计。
  关联设计大大加快了设计进度,比如过去需要7天完成的机翼任务协同更改,采用关联设计后,仅需半天;过去几个月才能完成的全机强度校核,现在只需要几天。唐长红感慨地说: “关联设计至少给型号研制抢回了八个月的时间。如果没有数字化技术的支撑,大型运输机不可能这么快干出来。”
  在大型运输机研制的关联设计中,一飞院不仅建立了具有自主知识产权的集成数字飞机设计系统、试验数据处理系统、网络化虚拟设计制造系统、虚拟现实仿真系统等,还进一步突破了全三维技术、关联设计技术、并行协同研制技术等新的数字化设计技术难题,成功地构建了跨地域、跨企业的数字化并行协同研制平台,形成了国内第一个基于全三维技术和多厂所联合研制模式的新型飞机研制标准规范体系。其中,全三维及其关联设计技术属于国内首次应用,牵引推动了研制全线的信息化水平。一飞院成为全球第二个大规模、体系化应用关联设计技术的飞机研发单位。在关联设计技术应用方面,一飞院足以与波音、空客等世界航空巨头并驾齐驱了。
  “两化融合”没有终点
  四个型号、四个阶段走过,一飞院员工对“两化融合”有了更深层次的理解: “两化融合”是信息化和工业化的高层次深度结合,意味着信息化进程和工业化进程不再相互独立进行、不再是单方的带动和促进关系,而是两者在技术、产品、管理等各个层面相互交融,彼此不可分割。因此,他们开始把目光和着力点定位于系统工程,朝着以基于模型的系统工程、性能样机和设计制造一体化应用为目标的第五阶段迈进。
  他们开始反思,尽管我们的业务过程、管理过程都是在信息化系统支撑下开展的,但不得不承认,此前的“两化融合”实践都是情势所逼,尚带有自发、无序的特征,未形成真正的规范化和体系化,处于从单项应用向综合集成发展的阶段。所以,他们借助工信部推行的“两化融合”管理体系贯标,从构建体系入手,不断迈向“综合管理信息化、研制流程规范化、创新设计知识化、型号研制数字化、研制体系标准化、研制能力国际化”的应用目标。他们逐步加大了信息化与工程研制、管理的深度融合,围绕产品设计、人力资源管理、物资采购管理、财务管理、行政管理、质量管理、项目管理、档案管理、知识管理等业务,通过业务流程梳理、数据集成和流程集成,形成了信息化综合管理与飞机数字化工程研制等两大体系,构建了项目管理、综合管理、并行协同研制等三大平台,打造了飞机创新设计、全三维关联设计、多厂所协同研制、数字化综合保障等四大环境,努力把一飞院建设成为与飞机研制业务、方法、流程高度融合的信息化“智慧型”研究院。
  基于“成为涵盖技术创新、研发设计和运行技术服务的飞机全生命周期一体化解决方案提供者”这一战略,他们已识别了与战略匹配的可持续竞争新型能力要求,即面向飞机全生命周期管理的研发能力、面向飞行环境基于模型的系统工程演进研发能力和基于大数据的知识工程管理能力。在此基础上,建立了与自身战略一致的两化融合方针,确定两化融合目标,即打造“基于模型的创新研发能力”和“多项目智慧管控能力”。同时明确了两化融合步骤,落实了组织机构及保障条件,全面深入推进“两化融合”。
  有人预料:2012年以后的十年,是中国航空工业与西方强国并驾齐驱的10年。作为中国飞机设计领域的“擎天柱”,一飞院定将通过持续不懈的“两化融化”提升能力、强劲羽翼,在这“黄金十年”里大展作为!
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