航空发动机的研制和发展是一项涉及空气动力学、工程热物理、传热传质、机械、强度、传动、密封、电子、自动控制等多学科的复杂的综合性系统工程，同时需要大量的试验来验证性能及可靠性。随着发动机研制深入，试验科目增多，试验复杂化、系统化和测试的精细化，使试验数据呈几何级数增长。如何对其进行有效管理，提高试验数据的使用效率？这给试验数据管理提出了更高的要求。只有建立试验数据与实物装配状态和设计状态的关联关系，才有可能对试验数据进行有效分析和挖掘。笔者主要研究在PLM(product lifecycle management)平台中如何管理试验数据，实现产品生命周期中数据管理。
1 试验数据管理业务现状
目前航室发动机在试验数据管理上存在以下问题：
①试验件种类多、试验设备差异大、试验科目不同，试验数据的存放分散，没有集中的数据库；
②由于原始试验数据量大，且没有与试验件设计属性关联，设计人员几乎无法查询分析试验数据，只能看试验报告，周期长、效率低；
③试验件检测、装配、试验过程信息还只能人工记录，没有完全电子化和结构化，实物状态信息无法与试验结果数据关联；
④虽然设计数据在PDM(product data management)系统中，但是重要的试验数据仍然没有与之直接关联，导致设计人员使用不方便，试验数据与设计数据不能在同一平台中进行对比分析。
航空发动机研发是设计、制造、试验反复迭代的过程，研制成本高。设计必须依靠试验验证，并依靠试验数据修改设计，同时也关注使用阶段产品相关运行和维护数据，这对改进产品的性能、功能、经济性、可靠性和安全性十分必要，这些海量数据信息必须建立关联并集中管理，才能提高航空发动机研发的效率。
2 研发数据集中管理需求
航空发动机研制周期长，需要对其全生命周期实施有效管理，目前设计、制造、装配数据和过程信息都可通过BOM(bill of material)在PDM系统中建立直接的关联，但是最重要的试验信息还分散独立管理，因此必须将试验数据与设计、制造数据进行关联并集成在同一平台下，方便数据的利用。
针对发动机研发过程，数据管理可以按如下阶段进行：研究所总体设计一工厂与研究所协同设计一工艺、工装设计一生产制造一装配、试验一维护、外场一大修等。目前航空发动机行业的PDM系统都是基于西门子公司TeamCenter PLM平台，各阶段数据在PLM集成平台中都有对应的数据模型和管理方式，如图1所示。
图1 PLM集成平台数据管理
笔者研究的主要思路是在PLM平台中，以BOM为主线，通过EBOM(Engineering BOM)构建后续各阶段的BOM，建立数据之间的关联，便于设计人员在设计过程中了解试验的进展、状态和数据，最终在PLM平台中实现试验数据与试验件属性的关联。
3 产品研发过程信息流
目前航空发动机设计数据、工艺数据、台份数据及维护保障数据都可在TeamCenter PLM平台下实现关联管理。而产品试验环节的数据管理还没有实现关联，不完整生命周期数据管理的矛盾突显出来。发动机及其零部件试验过程复杂，涉及非标设备种类多，组成庞大，常规PDM对试验设备几乎无法控制管理，因此试验数据获取及试验设备的控制还需依靠试验数据管理TDM(test data management)平台。为了清楚地描述设计、制造、装配、试验、维护之间的关联，梳理的信息流程如图2所示。
图2 产品管理过程信息流
设计、制造、试验、维护维修等各个环节的数据是基于PDM系统相互关联和相互访问，由于目前TDM系统与设计、制造、维护维修等不在一个系统中，造成设计数据、制造数据和装配数据都不能与试验数据关联，设计人员无法在一个平台下针对某个台份BOM方便地查看试验数据。
4 基于PLM试验数据管理的技术研究
通过PLM平台的应用，支撑多种试验的过程管理和数据管理，通过共享化的平台应用，设计人员能够方便全面透彻地了解试验的过程、状态和试验数据，并收集试验的经验数据和知识，提高设计与试验人员的数据交流效率，及时传递信息，实现高效率的协同工作与交流。PLM平台功能见图3。
图3 PLM试验管理平台功能
4.1 试验过程信息管理
试验过程的管理包括试验需求、试验规划、试验资产、装配状态、故障跟踪等几个环节。以下就试验需求、试验规划和试验资产3个方面进行阐述。
4.1.1 试验需求管理
用户对发动机性能需求常常经过设计人员的分析转化为各项具体的技术指标，但目前尚停留在以文档方式保存的阶段，还未实现对需求的结构化管理，没有将需求和试验规划、计划进度以及反馈试验的结果报告关联起来。
在PLM系统中，通过对需求规格书结构化处理，能够实现把系统外文档直接导人到系统内，自动创建需求规格书结构。并且在需求与试验计划之间建立追踪连接，便于追踪并分析方案是否符合需求。
4.1.2 试验规划管理
对于发动机这样一个研制周期非常长的产品，把试验的规划进行系统性的管理尤为重要。由主管部门制定好的发动机试验规划流程如图4所示。
图4 试验管理流程
因目前没有系统能够直观反映设计部门以及试验部门所关心的项目状态和设计进度，所以期望在PLM/TDM系统中按照流程实现试验项目规划的管理，同时制定适合业务流程的试验任务安排规划，用于管理试验人员和设备资源的规划信息，制定具有成本效益的试验计划任务的派工计划，满足试验的业务需求。该计划能够被设计人员查看，便于试验状态的信息是公共可查的，以满足测件的型号、编号管理；试验任务的总体安排规划和各项任务的试验人员/设备的组织安排；试验现场人员的控制，试验信息的实时发布等。并满足对管理人员、设计人员以及试验人员对试验过程状态的实时监控。
4.1.3 设备资产管理
由于尚未对试验设备的维修、调剂、报损、报失、报废、审核等业务流程进行系统内的管理，导致试验的资源调配和利用状况不明晰，试验数据和试验项目与试验资源没有进行关联管理。
在PLM/TDM系统中实现试验设备资源利用状态的系统化管理，记录试验资源的利用状况、标定状态、使用期限和资源可视化是有效管理和充分利用设备资源的关键，以此实现设施资源的规划和运营维护的管理。
4.2 BOM的构建
PDM系统中保存着不同阶段的设计数据，记录着历经不同设计阶段的产品模型变化和版本的演化过程以及设计数据的状态和结构，因此设计人员已经习惯依赖PDM系统检索所需要的不同阶段状态的设计数据，以BOM来管理设计结构，已成为PDM数据管理的规范模式，它具有上下文索引功能，便于查询该设计数据的引用和使用情况。
任何一个产品都会唯一对应某一设计阶段的发动机台份，在系统中可以把EBOM先转换成中性BOM。因为中性BOM的特点是具有产品设计的技术特性和关键技术数据，而且能与EBOM建立关联。所以设计人员创建完成中性BOM后，在中性BOM中记录实物的序列化信息，通过结构化数据之间的关联可以将设计数据的有效组织传递到试验数据管理的组织结构，从而在系统中产生可追溯的能力，即由中性BOM构建实做BOM，再在实做BOM中添加相关属性，衍生出TBOM(test BOM)。
TBOM描述从“设计时”到“试验状态”和操作状态阶段的物理资产的配置信息，记录单个试验件及其可追踪部件、组装部件和系统的完整历史、任一处所开展的服务工作和配置变更的试验事件信息，其中还包括从试验件寿命特征、寿命限度、适用性及利用率等信息。
按照TBOM的组织方式，将已有的针对某状态的TBOM，通过增（减）相关信息，可以方便转换另外一个状态的TBOM，这样针对同一产品不同测试状态的BOM把各种试验信息进行有效组织，并可以进行对比对照，如图5所示。
图5 试验BOM管理
4.3 试验数据在PLM中的结构化管理
试验数据大致分为试验结果数据、试验汇总报告、试验过程数据等，数据的类型繁多，例如声音、视频、图片、PPT、WORD、PDF、扫描文档等，这些数据都可以被计算机存储，但是不易被计算机“读懂”，此类数据俗称非结构化数据，数据量约占总量的70%。而试验元数据也可能很大，这类数据通常需要专门的软件处理，此类数据能够被计算机“读懂”，但是不容易，数据量占总数据量的29.9%。KPI(key performance indicator)数据（聚合的数据，试验特征数据，分析结果数据）是一种计算机非常容易“读懂”的数据，只占总数据量的0.1%。
对于这部分计算机能够“读懂”的数据，如何在系统中得到有效的管理和使用，一直是大家所关心的问题。在PLM系统中，这些结构化试验数据处理过程：首先整理试验数据，通过TDM开发相应的数据输出接口程序把与设计相关的试验结果数据按照模板要求的格式导出生成excel或xml等文件，然后导人到PLM系统中，系统能够将这些文件进行结构化的展示、管理和使用。
把试验数据以数据集(data set)方式在TeamCenter中统一管理。其试验信息与数据的组织关系如图6所示。
图6 试验信息与数据的组织关系
由图6可以看出，数据的组织关系与TDM系统类似，也方便了以后两个系统间的数据交互。
5 结束语
在PLM平台下，使设计数据与试验数据直接关联起来，不仅使设计人员直观地利用试验数据改进设计，同时使产品信息管理过程连续化，由此形成的工程数据中心，包含较全面的基础数据，便于设计/工艺/试验/服务人员了解不同阶段的相关数据。同时这些数据是设计体系建设中最要的基础数据，对设计体系的完善起到至关重要的作用。
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