航空产品研制生产现场无纸化技术研究与应用

王胜任

(沈阳飞机工业(集团)有限公司网络信息中心，辽宁 沈阳 110034)

航空制造领域非常复杂，产品制造生产过程中涉及各种技术文件、图纸、模型等制造数据，对这些数据进行有效的技术状态控制和管理使用等方面的要求非常高。现有的生产管理和技术信息基本是以纸质形式传递，信息传递效率较低，生产现场信息的更新难以得到及时、准确的反馈和控制，限制了管理和生产效率的提升空间，不能满足企业信息化实时性的要求，整个企业信息化难以产生更大的效益[1]。如何实时有效地管理、传递和应用这些制造数据，是值得研究的新的信息化技术应用领域。应用生产现场无纸化技术，实现现场无纸化制造生产，能够有效地控制制造生产数据的技术状态，提高产品制造生产信息传递效率，进而提高产品研制质量和效率，降低研制成本。中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司是飞机制造生产企业，目前与西安地区厂所正开展航空产品异地联合研制。本文就是该产品研制过程中所涉及的“某航空产品多厂所数字化协同研制技术研究及应用”科研课题的研究内容，主要是结合该航空产品研制过程中的业务实际，重点研究面向产品生产现场的无纸化技术支撑体系构建原理及方式方法，推动信息化数字化技术在产品研制生产过程中的深入应用，提升产品研制能力。

1 无纸化技术体系基本原理

该体系基本原理是基于产品数据管理(Product Data Manage，PDM)技术，开发生产现场无纸化应用支撑平台，在生产现场部署配套的网络硬件环境，建立生产现场无纸化技术支撑环境。依托无纸化应用支撑平台，以产品结构(Bill Of Matieral，BOM)数据为核心，通过产品构型及版本有效性管理，达到对产品制造数据技术状态的有效控制，构造产品结构与相关制造数据的关联关系，实时动态地组织制造过程中相关制造数据，形成制造数据包向生产现场打包发放，以电子化数据代替传统生产现场流转的各种纸质图纸文件资料。通过生产现场配套的网络硬件环境，现场工人、检验员、工艺员能方便快捷地检索查看相关制造数据，实现生产现场无纸化技术应用。现场无纸化技术体系架构图如图1所示。

2 现场无纸化技术体系关键点

2.1 无纸化应用数据范围

生产现场无纸化并不意味着生产现场完全没有纸质文档文件，应结合业务实际确定对哪些制造用数据进行无纸化处理。不同的制造企业需要结合自身产品生产制造的实际技术要求，确定针对哪些制造数据进行无纸化应用。一般情况下主要包括如下可以进行无纸化应用的制造数据:(1)技术单及更改单;(2)指令性交接状态表及零件供应状态表;(3)工程数据集三维实体模型、轻量化模型;(4)制造数据集及检验数据集三维实体模型、轻量化模型;(5)工艺规程数据(AO、FO);(6)各类仿真结果数据;(7)基于三维工艺设计的截图文件。

图1 现场无纸化技术体系架构图

2.2 现场无纸化配套网络硬件环境

完善的配套网络硬件环境是开展现场无纸化技术应用的关键环节之一，主要包括工控触摸一体机、延伸到生产现场的网络以及条码扫描仪。其中，部署工控机的位置及数量需进行合理规划，既要满足需要又要节约成本。原则是保证40m距离内至少有2个信息反馈点，每个点都需配备条码扫描仪。具体实施过程中可以结合企业自身实际进行。现场配套网络硬件环境逻辑图如图2所示。

2.3 现场无纸化技术支撑平台

图2 现场配套网络硬件环境逻辑图

产品生命周期内的不同阶段的产品体现为不同产品结构的视图，产品结构视图有多种表现形式，能够集中并反映产品结构信息和零部件信息的主要是各种BOM，即物料清单[2]。PDM能够对BOM进行有效的一体化管理，基于PDM系统，以其有效的BOM一体化管理以及有效性控制管理功能为基础，开发基于产品零部件批架次有效的无纸化技术支撑平台，实现以BOM为主线，按照有效性规则组织形成动态的现场制造数据包，通过工控机登录该平台实时获取制造数据包，浏览所需的制造数据。无纸化技术支撑平台建设应满足如下要求:支持零件及装配生产;满足批架次有效性约束条件;以EBOM、PBOM/MBOM组织展示制造数据包，支持多层级零部件装配结构展示;支持一般文档类格式文件、CAD三维实体模型、轻量化模型以及视频文件等数据提取和展示，同时要充分考虑数据类扩展方面的问题;可以与MES系统集成应用。

2.4 现场无纸化数据组织与管理

2.4.1 现场无纸化数据组织

要实现现场无纸化就需要实现基于BOM对相关的制造数据进行有效的技术状态管理，对其有效性进行严格控制，以BOM为主线，按照有效性规则组织形成现场制造数据包。在PDM系统中对BOM中零部件及相关文档建立严格的批架次有效性及版次管理，现场无纸化的制造数据均与EBOM、PBOM及MBOM建立对应关系。其中，工程数据集、技术单/更改单与EBOM零部件建立关联;制造/检验数据集、AO/FO、指令性交接状态表/零件供应状态表、各类仿真结果数据等与PBOM/MBOM零部件建立关联。

2.4.2 现场无纸化数据管理

现场无纸化应用数据都是用于指导生产的数据，必须按照既定业务流程进行管理，签审定版再发放。本文主要研究这些数据现场无纸化应用方面的问题，不对其管理业务流程进行深入探讨。相关数据管理基本思想如下:

a.技术单/更改单。技术单/更改单是设计发放的技术文件，需要执行贯彻、传阅流程后发放，与EBOM关联。

b.指令性交接状态表/零件供应状态表。指令性交接状态表/零件供应状态表是制造单位内部产生的技术文件，需要执行相应的签审流程后发放。指令性交接状态表是部装生产厂和总装生产厂的工艺部门提给零件生产厂的装配制造技术要求;零件供应状态表是零件车间的工艺部门提给相关零件车间的零件加工制造技术要求，与PBOM/MBOM关联。

c.工程数据集。即工程模型，是设计发放数据，需要执行发放管理流程后发放，同时要对工程数据集零部件进行模型轻量化处理。制造过程中不允许更改产品工程数据集，与EBOM关联。

d.制造数据集/检验数据集。即制造模型/检验模型，是制造单位内部按照工艺技术要求，基于工程数据集拷贝再进行工艺设计后产生的，需要执行发放管理流程，同时要对制造数据集/检验数据集零部件进行模型轻量化处理。制造数据集用于零件加工，检验数据集用于测量，与PBOM/MBOM关联。

e.AO/FO数据。AO/FO是制造单位工艺设计产生的关键技术文件，在CAPP中编制并签审后定版发放，再通过系统集成技术传送给PDM系统，与PBOM/MBOM关联。沈飞公司称之为装配工艺规程和零件工艺规程，AO是在部总装配生产时使用，FO在零件加工生产时使用。

f.各类仿真数据。各类仿真数据是基于专业工程仿真分析软件得出的参考依据性试验结果，以独立文件数据格式传送给PDM系统，与PBOM/MBOM关联。

3 现场无纸化实际应用

沈阳飞机工业(集团)有限公司以保证生产单位能够开展无图制造业务前提下反馈点数量最小化为原则，对所有生产单位生产现场基础网络进行了有效改造，在生产现场部署了工控机，建立了现场无纸化应用配套网络硬件环境。目前已经在所有新产品的研制生产中进行了全面应用，生产现场工人、检验及工艺人员基于无纸化技术支撑平台开展工作，效果良好。实际应用方式是通过授权，生产现场相关人员登录该平台，输入零部件编号及批架次信息，便可获取此批架次零部件的制造数据用于指导生产。平台主界面如图3所示，主要包含3个部分:最上面矩形框是动态数据包条件输入区;下面左半部分矩形框是基于PBOM/MBOM的产品结构组织，展示的是制造过程产生的数据;下面右半部分矩形框是基于EBOM的产品结构组织，展示的是来源设计的工程数据。其中，“可视化”列用来展示轻量化模型。

4 结束语

图3 现场无纸化应用平台主界面

本文结合中航工业沈飞公司产品研制生产实际，设计规划了生产现场无纸化技术体系架构，深入地阐述了数据组织管理的原理及方式方法，在其基础上开发了无纸化技术支撑平台，建立了现场无纸化技术支撑体系。通过沈阳地区与西安地区开展的航空产品异地联合研制过程中的实际工程应用验证，证明其技术架构合理，技术方案切实可行，具有很强的实用性，能够为现场工人、检验及工艺等人员开展现场业务工作提供有效的技术途径，提高工作效率，保证工程更改贯彻的及时性，缩短向现场传递数据的时间，确保现场制造数据技术状态的准确无误，提升企业产品研制能力，其应用范围不限于航空领域，还可以为其他行业领域提供参考和借鉴。

[1] 刘世平，张洁，饶运清，等.分布式车间管理控制系统研究[J].中国机械工程，2001，12(12):1432－1435.

[2] 项艳梅，朱林，刘清华.基于BOM的产品数据多视图集成研究[J].计算机应用研究，2004，21(2):17－19，55.