软件集中管理助力航天器研制

软件集中管理助力航天器研制 袁丁 中国航天科工集团某院 航天某院承担着多个航天器型号的研制工作，航天器制造一般 要经历预发展、产品研究开发、制造与生产、试验试飞、维修支持等 5个阶段。由于航天器型号产品的复杂性，型号研制需要涉及机械、 电子、软件、流体、气动、液压、软件、可靠性等多个学科，需要多 学科协同进行 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 。在航天器研制过程中，产品设计和开发在整个产 品研制中占了较大比重。而在产品设计过程中，随着开发阶段的不断 深入，开发费用也越来越高昂，传统的手工画图、实物模拟的方式已 不能满足产品研制周期短、效率高、经费少的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 。目前世界上大型 航天器制造厂商将航天器的整个研发、装配、生产、维修尽可能用计 算机模拟以节省设计经费和时间。 1 航天某院充分认识到计算机辅助设计分析工具在航天器研制中 的重要作用，作为国内最早研制和应用计算机的单位之一，自七十年 代开始，计算机应用逐渐在各研制单位推广应用，“八五”以来在 CAD/CAPP/CAM/CAT/仿真的研究、开发、软硬件环境建设、推广应用 及人才培养和队伍建设方面取得了较为明显的成果。从科学计算、仿 真开始逐步到设计、工艺、制造和测试等方面采用了CAX（如 CAD/CAPP/CAM/CAT/CAFD/CAT/CAQ）计算机辅助设计工具；从计算机 专业人员应用CAX发展到一般工程设计人员较广泛地应用CAX；从一 般的PCB计算机布线，发展到复杂电路的计算机设计、仿真和优化以 及数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）的计算机设计；从结构计算机制图，发展到复杂结构件三维造型设计、装配、结构分析、 工程图纸生成、工艺设计（CAPP）、工装设计（CAFD）、NC代码自动 生成等。目前在电路、机械结构、微波电磁场等专业的设计上都采用 了较为先进CAD/CAM/CAE的软件工具，通过这些专业设计分析软件的 使用及推广，大大提高了产品研制及测试的水平和效率。 经过多年的建设，航天某院累计购置的专业设计分析软件资产 已达到上亿元，但随着航天某院航天器产品研制任务的不断增多，对 专业设计分析软件要求更加迫切，专业设计工具从数量和种类上都显 出不足，一方面要求增加常用设计工具数量，满足设计师人手一套的 使用要求；另一方面要求增加高端设计分析工具，满足设计手段和设 计能力的不断提高。因此迫切需要采取各种办法提高现有软件的使用 效率，满足型号研制使用需求。 满足设计师使用专业软件的需求可以考虑从两方面解决，一方 面可以采用新购软件的方式，但由于相关商业软件许可证非常昂贵， 短期内进行大量投资购置大量软件在经济上是不可行的，只能采取购 置急需软件的方式补充少量软件，但采购何种软件、采购多少都应该 在对现有软件的使用率分析基础上进行，才能做到有的放矢，保证投 2 资地有效性。而目前对软件使用率的有限管理分析手段，对管理层而 言，无法从总体上把握机器的使用状况，不利于制定精确的采购 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ， 以最少的开支满足最大的需求。另一方面可以提高现有软件的使用效 率，这需要改变以往专业设计分析软件封闭在少数人、少数部门内使 用的方式，打破部门壁垒，将这些昂贵的专业设计分析软件共享给更 多人，供多人、多部门使用。 航天某院的组织架构为典型的矩阵式管理方式。一方面，航天 某院由院机关和下属厂所组成，为两级法人；另一方面，航天某院各 航天器研制采用项目管理方式进行，项目开始时由院级和各厂所分别 抽调人员组成跨单位项目团队，项目团队进行单独经费核算。在航天 器型号的研制全生命周期中，根据各阶段的研制特点，对专业设计分 析软件的需求有所不同，如在项目开始阶段，对通用设计工具如Pro/E 等工具需求较大，希望配置大量软件满足设计师快速开展工作，对专 业分析仿真软件需求不多；而在产品研制后期，需要对产品进行模拟 装配和仿真，对专业分析仿真软件需求较大，需要进行各专业的虚拟 仿真分析，而此时对通用设计工具需求量反而减少。由于在型号研制 阶段对专业设计软件的需求不同，在多个型号同时进行时，由于各个 型号的研制进度不同，就有可能在型号项目间进行专业设计软件的协 调共享，充分发挥软件效率。 软件共享是指改变以往软件通常采用安装在某固定计算机上， 只能由固定计算机单独使用的情况，而是将软件的使用许可证集中安 装在服务器端，软件客户端可以不限制安装物理位置，使用时客户端 通过网络访问许可证服务器取得许可证权限即可使用，通过此方式， 将以往软件单独使用的方式扩展为共享使用的方式，可以扩大软件使 用范围，大大提高软件使用率。 3 目前国外很多大型公司已开始建立基于网络浮动的软件共享使 用方式，如IBM公司建立了全球软件共享中心，将很多常用的大型软 件在全球范围内共享，充分利用地区时差不同，使用时间不同，以及 项目各阶段使用软件频率的不同，大大提高了软件使用效率，节省了 大量资金。在波音公司、戴姆勒-奔驰航空公司等多个公司也开展了 软件共享建设。 针对航天某院目前专业软件管理的现状和需求，我们建立了一 套许可证综合管理系统，对航天某院各专业设计分析软件进行集中管 理，满足航天某院各单位、多型号项目的使用要求。该系统通过在用 户前端建立一套访问控制的机制，增强对许可证使用的管理；在后端， 收集许可证的使用数据，建立基于数据库的统计分析系统，实现许可 证的使用核算和投资回报分析。 该系统的体系架构图如下图所示： 系统主要功能有： , , 。主要是保证许可证的和 （即在同样时间内完成更多的计算任务）。 4 , 。即在许可证不足的情况下，各单位、 项目和人员只能使用规定份额的许可证，以保证许可证资源 的公平分配。 , 。即在许可证不足的情况下，紧急的项 目或用户能抢占非紧急项目或用户的许可证，而保证作业优 先执行。 , 充分考虑原有软件的权属问题，保证 许可证的所有权不变，优先保证提供单位的使用，然后才能 共享给其他单位。 软件共享系统的工作模式如下图所示： 软件共享系统的工作模式 系统管理基本思路为： , 用户不能直接访问许可证服务器，而必须首先向一台访问控 制服务器申请需要的许可证； 5 , 访问控制服务器收集并集中管理所有的许可证资源，从而为 航天某院所有的许可证资源建立一个集中统一的映像和访 问入口； , 当访问控制服务器接收到用户请求，访问控制服务器将启动 访问控制程序，确认用户是否有权申请该许可证，如果申请 合法，则接受申请，并将实际许可证服务器信息返还用户； , 用户接口程序，接收到确认信息后，启动实际应用程序，并 从实际的许可证服务器上申请许可证。 系统的安装配置图： 在航天某院信息技术中心部署一台许可证管理服务器，对航天 某院内共享地专业设计软件许可证进行集中统一管理，提供许可证的 分配和调度，以及许可证使用信息的收集功能；另外部署一台数据库 6 和Web服务器，提供对许可证服务器的实时监控，许可证使用情况的 统计分析，许可证使用计费和基本数据库维护管理等功能。航天某院 内各单位的设计师只需要安装客户端软件，通过客户端软件调用应用 程序即可。通过此方式将各单位的专业设计软件进行集中，设计师可 以使用比以往丰富的多的设计工具，目前正在集中共享和下一步规划 管理的的专业设计分析软件主要有： , 结构计算分析软件：Pro/E、NASTRAN、PATRAN、ADAMS、 DIVISION； , 电子设计分析软件：Protel、Mentor、Cadence、HFSS、 Synopsys , 系统设计仿真类软件：MatLab、HLA-RTI、SPW , 可靠性设计软件：RELEX、ITEM , 空气动力学软件；Fluent、StarCD 通过该系统的应用，初步建立了一套较为完整的专业设计分 析软件许可证管理体系，对航天某院内各单位、多型号的多个设 计分析软件进行了集中统一管理，打破了以往单位、型号间壁垒， 大大提高了软件使用效率，分析该系统的效益有： 1 通过软件集中共享的方式，将以往分散在各单位、各型号间 的各种专业设计分析软件进行了共享，各单位、型号间可以调剂 使用各种专业设计软件，避免了大量重复购置软件的费用。并且 设计师可以使用到比以前多很多的软件，开阔了设计师的视野， 一定程度上提高了设计师的设计分析能力。通过共享方式也大大 减少了软件的闲置时间，提高了软件的使用效率，也大大节约了 7 软件采购资金。以目前管理的17种、300套专业设计分析软件为例，如每套软件100万元，使用效率提高20％为例，节省的经费为300套×100万元/套×20％＝6000万元。 2 以往的专业设计分析软件由各单位进行维护，软件的系统 维护和专业业务维护由不同人员负责，以每单位两人负责维护专 业软件为例，航天某院13个单位共有26人进行维护，目前许可证集中到院信息技术中心以后，技术中心有4人进行专业软件运行维护工作，不仅工作分工更细，解决问题时间更短，每年人力 成本就可减少（26-4）人×6万/人、年＝132万元。 3 各专业设计分析软件价格昂贵，以往这些软件购买后的使 用率很难统计，很多软件闲置很难发现，容易造成资产浪费。通 过软件许可证管理系统对专业软件进行管理后，可以对所有管理 软件的使用情况进行记录和分析，并生成各种报表，可以发现软 件使用中的不合理情况。同时，也有利于及时发现软件资源不足 的情况，便于新购软件时有依据和针对性，确保投资的准确性。 4 在软件许可证系统中建立完善灵活的权限控制机制，确保 软件许可证提供单位对本单位提供的许可证具有最高权限，可在 任何时候保证使用到原有软件，并可使用其它单位临时不用的许 可证。使单位感觉到本身利益受到保护，并能够使用其它单位资 源，尝到了软件许可证共享的甜头，从而提高了各单位应用的积 极性，促进了各单位共享意识的提高，为以后数据集中奠定了基 础。 8 1. 建设与航天某院专业设计分析软件相匹配的高性能计算体 系，解决各种设计分析工具软件所需的计算能力问题，满足 院属各单位使用； 2. 建立高性能计算存储中心，对设计分析数据进行集中统一存 储并建立数据分析系统，对各种分析数据进行整理、归纳、 统计和分析，查找规律供各单位各型号共享使用； 3. 建立并完善专业设计分析软件技术支持体系，支持各专业设 计分析软件在航天某院的应用及推广，提高专业设计分析软 件的应用水平。 9