基于编码的飞机产品交付数据建模和表达

宫 磊 张立伟 王丙义

（中航工业综合技术研究所，北京 100028）

飞机在不同研制阶段、面对不同客户需求时的状态多样，飞机交付部队后因加改装、维修排故等状态也在频繁变化，且目前没有机制和手段及时准确地跟踪飞机状态，造成现役大多飞机状态不一致，甚至发生座椅弹射、方向舵装反等关系机毁人亡的事故。

飞机及其产品从出厂、装机到使用、维修、报废等整个全寿命周期经历从工业部门、部队到维修厂等几个单位，不同单位间的产品数据的传递基本靠随履历本手工录入的方式，造成军方与承制单位之间、承制单位之间的信息交互速度慢、效率低、误差多，信息化条件下的军地一体化保障几乎是一种不可能。

1 基于编码的产品交付数据需求

随着研制信息分类与编码工作在某些飞机型号上逐渐推广，中航工业统一编码和产品条码标识标印成为飞机产品全寿命周期信息化管理的关键索引和重要手段，在编码和标识基础上的技术状态管理和军地一体化保障等的信息交互需求逐渐提到日程上来。如某型飞机条码标识及管理要求中明确规定了配套产品提供属性信息，随件传递到条码信息管理系统中，形成配套产品“身份证”数据库；某型飞机为满足飞机使用技术状态管理关于飞机出厂的初始数据需求，组织开展飞机研制信息编码与使用技术状态数据采集，建立与飞机使用技术状态一致的单机构型。

2 国外数据交互研究和发展现状

ATA SPEC2000《物料管理电子商务规范》为供应、订单、出货信息交换提供了一种标准的机制，成为航空公司和航空飞行器供应商之间的相关物料信息交换的标准。美国国防部UID注册系统的XML格式大纲，向IUID产品唯一标识注册系统提供了一种最终产品和其子件的唯一标识符注册、标记、大修、测试、存贮等。每个文件由几条记录组成，每条记录都有文件头和文件尾，文件内容由所需的一些信息组成，并由“^”分割开来，数据交互的文件格式见表1。

表1 美国UID注册系统XML数据文件结构

ISO 21849 《航空航天——工业数据——产品标识与可追溯性》标准建立了产品标识和可追溯性的可重复过程和数据结构，以支持与所属单位、构型改变无关的全寿命周期管理。STEP标准（ISO10303）支持产品从设计到分析、制造、质量控制、测试、生产、使用、维护到报废整个寿命周期的信息交换与信息共享，提供一种独立于任何具体系统而又能完整描述产品数据信息的表示机制和实施的方法与技术。

ATA Spec2000《物料管理电子商务规范》和UID注册系统的XML格式大纲简便、易用，也非常符合业务需求；ISO21849《航空航天—工业数据－产品鉴定与可追溯性》没有明确给出所需的数据项，只是给出一个指导性数据框架；STEP标准覆盖面广、体系完整、语法复杂，包括产品建模、一致性表达等，理解和使用起来的成本较高。因此，本文基于飞机产品交付数据的需求，参考部分标准对产品数据表达和交互的结构、方法，在产品编码和全寿命周期唯一标识的基础上，对飞机产品交付数据建模，并给出产品交付数据的XML表达。

3 基于编码的飞机产品交付数据建模和表达

理清产品物品码、产品唯一标识、关键过程数据和详细过程数据之间的关系，分析产品全寿命周期交付过程，提取产品交付数据项，参考借鉴现有产品数据模型给出产品交付数据模型及其表达。

3.1 产品编码与产品信息在全寿命周期的分布

物品码通过特征、功能、参数等把产品区别到型号规格；产品唯一标识通过单位代码、物品码和序号唯一确定产品；产品关键过程信息记录产品全寿命周期中的技术状态、所属单位等发生变化时的相关信息；详细的过程信息分布在各个单位，以纸型或电子的方式记录某个阶段的处理过程。物品码、唯一标识、关键过程信息和详细过程数据之间的关系如图1所示。

图1 物品码、唯一标识、关键过程信息和详细过程信息的关系

物品码对应的产品的设计数据，可以在设计、制造、仓储、维修、外场等信息系统中作为基础数据共享。唯一标识与实物一一对应，是产品/零部件全寿命周期活动的主线和索引，也是产品交付数据的关键索引。

3.2 飞机产品交付场景和数据项提取

基于飞机、发动机、配套产品的组成和唯一标识，结合成品库房管理、装机数据采集和航材管理、综合保障等的需求，重点关注跨单位的信息交互，提取飞机产品交付数据。

3.2.1 飞机产品交付数据的对象和范围

产品交付数据是指为满足信息化管理需求的、随产品实物交付的、与产品使用技术状态等相关的产品组成、产品性能、寿命可靠性等数据。

飞机产品交付的对象主要涉及主机厂交付的主机及其零配件、配套单位交付机载设备及其可更换单元等，产品全寿命周期交付过程涵盖生产、交付、装配、存储、调配、维修、报废等全寿命周期过程。如图2所示。

图2 飞机产品全寿命周期过程示意图

3.2.2 飞机产品交付数据的交互

产品交付数据主要针对产品本身的相关数据，不涉及产品技术资料或其他产品管理相关的数据。按照产品交付数据项的内容可将产品交付分为新产品交付、返修产品交付等。

3.2.2.1 新产品交付

新产品交付主要发生在研制单位向使用方的交付，如配套单位向主机厂、航材部门交付新产品，主机厂向航材或外场交付新飞机/发动机，航材向外场交付新产品等。主要的交付信息包括初始的产品清单、装机关系、出厂信息（含寿命、贮存、可靠性等信息）等，如图3所示。

图3 新产品交付信息传递示意图

产品设计特性包括产品设计重量、外形尺寸、性能参数、寿命可靠性、配套关系等产品设计数据。

产品出厂参数包括产品实际重量、实际尺寸、实际性能参数、出厂标识、装配关系、封存记录、纪实状态等产品出厂的实际数据。

3.2.2.2 返修产品交付

返修产品交付主要发生在使用部门向维修方的交付，交付信息除产品设计特性和产品出厂参数外，还有产品使用记录、产品封存记录、产品故障信息，经维修的产品返给使用方时应交付产品维修检验信息和产品封存记录。信息交互过程如图4所示。

图4 返修产品交付信息传递示意图

产品使用记录包括产品使用情况、产品检修情况等。

产品故障信息包括产品故障代码、故障类型、故障发生时间等；

产品维修检验信息包括产品维修记录、产品性能检验等。

产品封存记录包括产品封存、启封等情况的记录。

3.2.2.3 其他

如使用产品的交付、报废产品的交付等。当空军基地之间航材调用或飞机调用时产生使用产品的交付活动。

3.2.3 产品交付数据项的提取

按照产品研制模式和交付数据的稳定性，把交付数据元素分为产品设计数据、产品当前状态数据和产品过程数据，见表2。其中：

产品设计数据是与产品组成、物理特征、功能、性能等相关的产品数据。包括产品（主要指飞机、发动机等复杂产品）视图定义、设计重量/功能/性能、配套产品及数量、寿命可靠性等。

产品当前状态数据（含机载产品、机载软件、LRU等）记录产品出厂状态（产品唯一标识、实际性能参数、出厂状态纪实）和产品当前状态（产品配套/装机情况、当前所属单位）等的数据。

产品活动数据记录产品在交付主机或军方后，当责任主体、技术状态、装配关系等发生变化时需要记录的产品过程数据，这些数据可能会影响产品当前状态。

表2 产品交付数据的数据项分类和数据项

3.3 产品交付数据信息模型

引入批次清单（BOL，Bill of Lot）的概念[1]，参考Cornelis Adrianus van Dorp产品跟踪和追溯参考信息模型，参考ISO 10303 AP239《工业自动化系统与集成-产品数据表达和交换-第239部分：应用协议 产品全生命周期支持》的3个核心概念（产品、活动和资源）和数据规划模型，结合航空产品重点关注的产品组成、产品寿命可靠性、产品可追溯性等相关的核心数据，给出随机产品交付数据信息模型。

批次清单BOL定义产品批次构成，是构成父项装配件的所有子装配件、零件和原材料的批次清单，以及制造一个装配件所需每种零部件批次的清单，见图5。批次清单是一种实例化的产品BOM，是信息组织的主线和信息传递更改的重要依据。

图5 批次清单信息模型

产品状态的变化是全寿命周期跟踪的重点，包括装配、维修、检验、封存、软件更新等活动，活动是记录产品全寿命周期可追溯性的基本单位。参考美国仪表协会制定的ISA SP95《企业控制系统集成》规范和ISO 10303 AP239中活动的定义及其记录的表达，以活动中心记录其产品活动变量实际值及其相关资源（包括人员、单位、设备等）等。如图6所示。

图6 产品活动记录信息模型

将产品组成关系模型和产品过程记录模型通过产品对象连接起来，初步表达飞机产品交付数据所关注的产品组成关系和产品活动，形成包括组成关系和活动的产品全寿命周期最小交付数据的模型。如图7所示。

图7 产品组成以及产品活动记录信息模型

考虑航空产品重点关注的产品组成、产品寿命可靠性、产品可追溯性等信息，参考ISO 10303 AP239关于产品当前状态和活动记录的概念，将产品设计相关的产品配套关系、产品设计特性（含设计参数、寿命可靠性、封存特性等）、产品实际特性、产品当前状态等加入到模型中，使产品设计特性分别与产品实际特性、产品当前状态、产品活动变量对应，形成最终的航空产品交付数据信息模型。如图8所示。

图8 产品交付数据的信息模型

3.4 飞机产品交付数据表达

按照产品交付数据元素的分类，将产品交付数据分为产品设计数据、产品当前状态和产品活动数据。按照产品交付数据信息模型，提出规范的产品交付数据的XML数据表达，见图9。

图9 产品交付数据的静态对象

产品设计数据对应飞机、发动机、机载设备、成品附件或零部件的设计信息，产品设计数据主要包括产品设计特性（包括设计性能参数、寿命可靠性、封存特性等）、产品视图（对产品位置、系统、结构、工作单元等的定义）和产品配套清单，关系如图10所示。

产品当前状态数据和产品活动数据按照此方法建立静待对象模型，这里不再展开。

4 飞机产品交付数据模型的验证

基于某型飞机的综合保障信息系统的需求，开展基于条码唯一标识的产品交付数据采集，形成随飞机出厂的单机构型数据包。

图10 产品设计数据的静态对象模型

所有飞机产品必须按规定赋予产品唯一标识并制作规范的条形码，产品交付时作为验收的条件之一。在条码唯一标识的基础上要求“数据随产品”交付，以某型号产品的供给和配套关系为主线，参研参产的型号单位在交付实物的同时需使用统一的产品标识软件生成符合上述格式的产品交付数据，逐渐向产品接收单位汇总，在主机厂汇总成完整的飞机装机技术状态数据的采集，如图11所示。

图11 “数据随产品交付”的装机数据采集过程示意图

为了便于此项工作的开展，研发符合此模型的配套产品数据生成和传递软件。其中，产品标识软件部署在各个成品承制单位，用来辅助配套单位生成随产品交付的产品数据；装机数据采集工具部署在主机厂，用来辅助主机厂在装机时记录产品的装机状态，形成飞机装机交付数据包。软件截图见图12。

最终随飞机出厂的单机构型数据包，基本满足综合保障信息系统关于飞机产品位置、系统划分、计时等飞机使用维护过程所需初始单机构型数据的要求。

图12 配套产品交付数据生成和传递的软件截图

5 结束语

本文以全寿命周期产品唯一标识为主线，归纳总结综合保障信息系统、航材仓储管理系统、产品电子履历等关于产品数据的需求，并以产品组成关系和过程记录为核心建立产品交付数据信息模型，根据产品交付数据的分类和信息模型规范产品交付数据的表达，最后在飞机装机数据包交付过程中进行验证，基本满足综合保障对飞机装机初始数据的需求。

尽管产品交付数据模型有一定的可扩展性，产品交付数据表达也具有一定的灵活性，但是随着更多飞机产品随件数据需求的提出，需要进一步完善飞机交付数据模型和表达规范。

[1]Dorp C.A.v.Reference-data modelling for tracking and tracing[D].Netherlands：Wageningen University,2004