项目管理中飞机构型管理模型构建及其应用

孟 飙，刘志存，闫 婧

(1.沈阳航空航天大学 航空制造工艺数字化国防重点学科实验室,沈阳 110136；2.华北理工大学 机械工程学院，河北 唐山 063009)

项目管理中飞机构型管理模型构建及其应用

孟 飙1，刘志存2，闫 婧1

(1.沈阳航空航天大学 航空制造工艺数字化国防重点学科实验室,沈阳 110136；2.华北理工大学 机械工程学院，河北 唐山 063009)

飞机构型管理是一个复杂的系统性协作问题，涉及到协同研制中许多学科和部门，一直是型号研制和批生产中的技术难点。在分析构型管控与项目管理的映射关系上，应用项目管理的原理和方法，提出创建构型项目管理的一般流程。通过构型项形式化表达的定义，建立了相对独立的管理模块和构型计算的依据。通过定义工业活动结构，结合项目视图管理框架技术，实现在构型项管理、控制、纪实与审核过程中对构型数据变化的管控。在此基础上，建立了基于项目管理的构型管控模型。该技术已经在机翼构型规划项目过程中得到了应用验证，该构型管控模型具有很好的效果。

模型；构型管理；项目管理

对于研制周期长、涉及学科多、质量要求高的飞机产品，项目管理是强化整个研制过程的计划、执行和跟踪控制的重要手段。它实现计划、组织、人员及相关数据的管理与配置，以确保产品开发的顺利进行。面向飞机研制全生命周期的项目管理，不仅需要管理产品研制过程中的作业分配、构型定义，而且需要管理生产过程和使用过程中的计划、执行和控制等活动以及与这些活动相关的资源。这个管理过程始终与产品数据集成在一起，在每个里程碑处要严格维护和管控飞机构型与设计结果的一致性。

纵观国内外构型管理的研究，国外的研究主要集中在构型规范的确定、构型管理相关的组织模式、构型管理的内涵与外延的界定上。由于国内技术封锁等原因，国内的研究仅限于民机转包生产过程中的构型控制，并以此为基础展开的构型组织、更改等一系列问题的探讨。由于我国飞机生产的组织和生产模式与国外大不相同，许多构型管理概念只具其形，因此，必须在结合我国实际情况的基础上，研究其本质特点，确定可定制的流程，在通用成熟的管理平台上进行定制研发，才能真正将构型控制的重要理念落实下来[1]。

1 飞机构型管理目标及其实施特点

构型管理是建立和维护飞机产品在其生命周期内所要求的性能、功能和物理属性以及设计和操作信息的过程。其最终目的是按照客户合同和最初定义的要求，确定某架飞机上最终安装哪些零组件，同时通过严格的更改过程控制确保生产出来的产品符合合同和设计所规定的状态[2-3]。

因此，构型管理在实施过程中具有如下明显的特点：

(1)相对独立性

构型管理的管理对象是构型项CI(Configuration Item)，其在产品生命周期中具有模块化、结构化特征，构型项边界相对明确稳定，变化主要发生在其内部，因此在研制过程各阶段管控任务明确，具有相当程度的独立性。

(2)任务重用性

从项目控制的角度来讲，我们关心的主要是构型项，其设计和控制具有重用性。同系列型号之间构型设计可重用，不同系列型号之间构型项在微小修改下也可达到重用状态。

(3)功能关键性

构型项一般是使用环境复杂、功能和物理特性关键的产品或零部件，也可能是采用新技术进行全新设计和研制的产品，它们在整个产品的研制进程中，占有非常关键的地位。

(4)结构整体性

构型项的选择可以按照产品结构的层次关系进行选择，由一个或多个零部件的集合组成，和产品结构一样也可以表示成分层的树状结构，形成CI树。在管理上具有整体性，单项的构型项控制不能反映飞机产品的整体效能，需要从系统的角度宏观上设计、微观上控制。

飞机构型管理是型号研制过程中极其重要的环节，但实施过程往往因为没有较好的管理环境，又受到多方面的制约，短期效果不明显。而借助项目管理的技术成果，将构型管理环节纳入项目管理过程，强调项目节点的验收，可以有效地提高构型管理水平。

2 项目管理中的构型管理

由于事前的管理和计划是有效实施构型管理的关键，因此项目管理生命周期中构型部分包含了构型管理过程的一个概览，构型管理过程与项目管理过程具有对应关系。因此，整个构型管理活动适用于项目所有阶段，例如计划、工程实施以及性能测定。每个里程碑处都对应事先计划的构型控制模板，对于每个生命周期阶段，构型管理目标与该阶段的项目目标一致，且构型管理活动支持这些目标的顺利实现。在每个阶段要明确构型控制的目标以及相应的风险，建立评定目标完成和促进过程完善的评测机制。为了与项目管理相配合，需要事先定义每个阶段的主要任务，以及完成任务所需的交互接口和支持信息，并明确相关时间节点[3]，如图1所示。

构型管理的主要任务为构型标识、构型控制、构型纪实和构型审核，与项目过程管理紧密联系，控制工程数据、过程数据单源性，维护数据之间的关系以及使用模式，保持数据在全生命周期内的一致性。

图1 项目管理生命周期中构型管理过程

2.1 构型项目管理的主要任务

飞机构型项目管理的主要任务有两项：

其一，飞机构型项定义。它为飞机研制过程的构型管控提供了明确有效的管理对象，保证了研制结果完全符合设计的要求，并最终满足用户的需求。

构型项CI(Configuration Item)是指能够作为单个实体进行构型管理，并在构型项目管理过程中，满足最终使用功能的用来描述系统中客观事物的任何对象，可以是硬件、软件、服务或其任一分散部分的集合体。处于独立构型管理之下的任何对象都可以是构型项，构型项可以是单个项，也可以是其他项的集合，它是构成产品系统的一个基本单位。其含义是原材料等原始物体在制造过程中的某一个形态，并且物体的这个形态对企业的构型管理活动来说是有意义的，是需要加以控制和管理的。构型项不包括产品中未形成的部分，产品在形成过程中所经历的中间状态的变化不能称为一个构型项。

构型项的判断是随企业的实际应用需求而变化的，只要其能够作为一个独立的管理对象来进行构型管理，并能满足最终的使用功能的所有形态，都可以作为构型项。按照面向对象的思想，构型项可以表示为：

CI=(CIid，A，M，C)

CIid：表示构型项的标识号，每个构型项都有其唯一的构型标识，它确保了该构型项最终构型的的唯一性和可辨认性；

A：是一个(t，a，v)的三元组集合，表示构型项的相关属性，所有属性的集合则可以描述该构型项的技术性能，包括功能特性和物理特性。其中a是构型项CI的一个属性，通过A中的唯一符号进行标识；t表示属性A的类型，v表示属性A的值，每个A都与一个t和v相联系。

M：表示CI相关方法的集合，可以用一个多元组集合来描述，即(n，pin1，pin2，…，pinn，pout1，pout2，…poutm)。n表示方法名，其描述该构型项生成最终构型的过程中所采用的某一方法和技术手段；pini，i=1，…，n，描述方法的输入参数；pouti，i=1，…，m，描述方法的输出参数。

C：是一个二元组集合(cn，ce)，表示构型项属性之间的约束集合，cn表示约束名，ce是约束表达式。

构型项识别要以ATA章节为构型项顶层组织结构，ATA章节对应于不同的不变构型ICI。在ATA章节的下一层设定构型控制项，该控制项表示结构的可变性，由不同的构型配置方案CIS实现。每个配置方案由可变构型VCI实现，对应于设计模块。可变构型VCI的不同版本由其对应的CIS统一管理，对应于波音公司模块的概念，管理构型的版本和有效性[4]，其构型项规划如图2所示。 顶层产品结构对于一个指定的飞机型号来说是相对不变层，按照专业进行组织。构型层用于构型管控，是整个构型管理的控制点与核心。此层再细分为3个子层：构型层CI、构型配置方案CIS、可变构型VCI。构型项CI是产品结构中承担构型管理和控制作用的节点，一个CI下可以有多个构型配置方案CIS。构型配置方案CIS用于体现构型项CI下多规格的配置管理，集合了该规格下完整的设计解决方案。可变构型VCI是CIS在某个特定有效性下的设计解决方案，VCI中包括设计方案的完整信息(零组件、模型、图文档、技术文件等)。

图2 产品构型项规划

底层结构由具体的技术解决方案组成，底层产品结构包括用于飞机构建的实际零部件。

综上所述，构型项识别的项目管理流程如图3所示。

其二，基于构型项的构型控制。构型控制主要发生在制造厂，设计所是更改发生时的反应单位。在发生设计或工艺更改时，构型项的版本或版次随之更改，来保证更改的结果快速准确的传递，使构型状态在产品研制全过程都处于严格的受控状态，从而保证飞机产品的质量。这里的版本是更改的结果，是构型项在其研制过程中特定时间和条件下的一个设计结果。每个版本之间的变化都可以用更改前后的状态变化表示出来。版本和版本之间存在着“导出关系”。版次指的是工艺变化对零部件编号的影响，即工艺版次。一般的，版本的字母变更对应于设计更改，版本的序号变更对应于工艺更改。某个版本的构型项与其下级构型项之间是一种结构关系，即“使用关系”[14]。

在实际工作中，构型控制任务反映在具体的更改过程之中，项目管理监管了更改过程就必然很好的控制了构型变化。构型控制标准项目管理流程，相关数据流以及所涉及到的部门角色如图4所示。更改可以发生在研制过程的每个环节，可以由任何角色提出更改建议。构型控制过程必须建立专门部门进行管理，负责评审更改建议并发放更改任务。设计部门完成更改并发放更改结果，维护构型版本的变化，由制造部门完成更改的实施和纪实。

图3 构型项识别的项目管理流程

2.2 构型项目管理流程的创建

在项目管理生命周期，对构型的控制主要体现在严格的流程控制和可追溯的构型数据演变两个方面。流程主要包括构型规划、构型项识别与定义、构型基线创建、构型更改与纪实和构型审核与评估。构型数据演变主要是产品构型基线创建之前的循环设计迭代以及之后的BOM演变纪实与更改数据引起的版本和版次变化。因此，需要首先遵循构型管理规范和研制企业与国家政策特点定义构型管理相关流程；其次需要在项目管理中贯彻基于产品全信息相关的单一数据源管理理念，建立构型数据的单源演化机制[5-7]。图5为创建项目管理构型要素的一般定义过程[8]。

图4 构型控制标准项目管理流程

图5 创建项目管理构型要素的一般定义过程

图5中，每个活动都被作为一个不可再分的原子作业，具有输入信息，输出信息，资源使用信息，指令信息和活动描述信息，如图6所示。项目管理管控一系列构型管控任务，每个任务由若干具体事件组成，事件由一个或一个以上活动组成。其中，活动所操作的对象是产品单一数据源，该数据源对象围绕产品基线的形成过程及其数据一致性控制过程发生关联性变化。活动之前的对象状态经过活动的转换更新为活动之后的状态，该过程如果对构型状态有影响，则如实记录变化，否则只作为事件的一般事务。

图6 工业活动结构

对构型数据对象的可视化控制通过视图管理实现，视图是事先设定的对应于某种构型状态的模板。该模板的内容包括构型标准引用，工业活动可能影响的构型树节点、风险描述、构型状态变化所涉及的项目管理角色4个部分。工业活动的输出信息如果发生构型信息的变化，则可能启动下一个活动来处理相应的变化。图7为构型数据对象视图管理的框架。

构型数据对象可以通过构型视图展示，型号产品的构型管控任务由企业不同角色协同完成，其流程由项目管理节点统一管理，在构型对象发生变化的节点可能发起构型评审协同作业过程，其结果形成即时数据作为构型对象的有效组成部分。

3 基于项目管理的构型管控模型

从上述论述可知，构型管理具有相对独立的管理任务，并与型号项目管理的节点具有对应关系，其在飞机研制过程中极其重要。传统的技术状态管理只强调设计状态的控制，在项目生命周期内的管控较弱，经常出现产品超差、更改、变型等重大质量问题。因此，将构型管理纳入全生命周期项目管理意义非常重大[9-10]。

构型任务在项目生命周期不同阶段目的不同，结果不同，构型数据对象不断演化，其全生命周期管控模型如图8所示。

图7 构型数据对象视图管理框架

图8 基于项目管理的构型管控模型

在项目设计定型/试制阶段，构型任务是建立产品基线，这是设计和生产的主要标志[13,15]。之前，构型信息是不断完善、修正的过程，属于设计循环，这一阶段的工作与设计单位的具体管理形式密不可分，一般由产品成熟度模型控制阶段成果。之后，构型信息基本不发生变化，构型任务主要集中在一致性控制和纪实上，只有出现重大设计更改才需要返回产品基线管理节点，一般会产生型号的变化。

4 结论

依靠项目管理手段，可以很好地实现构型管理的目标，在某型号飞机的构型控制过程中，运用该方法实现了设计、制造过程的统一管控，整体效率提高了20%左右，其中设计更改的效率提升占70%以上。本文提出的理论与方法综合运用标准规范，并结合计算机技术与先进管理技术在解决构型管理的系统性复杂问题方面取得了较好的成果，形成了有效的构型管理模型。

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(责任编辑：吴萍 英文审校：靖可)

Construction of aircraft configuration management model and its application in project management

MENG Biao1，LIU Zhi-cun2，YAN Jing1

(1.Key Laboratory of Fundamental Science for National Defense of Aeronautical Digital Manufacturing Process,Shenyang Aerospace University,Shenyang 110136,China;2.College of Mechanical Engineering,North China University of Science and Technology,Tangshan 063009,China)

Aircraft configuration management involves complex and systematic coordination between many disciplines and departments,and always poses the technical difficulty in model development and batch production.Based on the analysis of the mapping relationship between configuration management and project management,the paper put forward the general process of creating configuration project management by applying the principle and methodology of project management.In the paper,by defining the formal expression of the configuration items,the independent management module and the basis of configuration calculation were established.By defining the structure of industrial activities,combined with the project view management framework technology,the configuration data changes were managed and controlled within the configuration management,control,documentary and audit process.Thus,a model of configuration management and control based on project management were established.The technology has been applied and testified in the process of wing configuration planning project.

model;configuration management;project management

2016-09-03

孟 飙(1969-)，男，内蒙古乌兰察布市人，副教授，主要研究方向：企业信息化、数字化制造，E-mail:biao_m@sina.com。

2095-1248(2016)06-0083-07

V260.5；TP391.7

A

10.3969/j.issn.2095-1248.2016.06.014