飞机制造企业产品数据管理研究

□ 阳 波 □ 陈金平 □ 党敏升

航空工业西安飞机工业(集团)有限责任公司 西安 710089

1 研究背景

产品数据指产品在研发、制造、销售、售后服务全生命周期不同阶段产生及应用的所有数据,是制造企业生产组织和管理的核心资源。构型管理是在产品全生命周期内,以产品结构为组织方式[1],将各阶段产品数据关联起来并进行有效管控,确保产品数据一致性、有效性、可追溯性、标准化的管理。产品数据管理以信息化技术为基础,以产品为核心,实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理,可确保数据完整、准确、及时、可靠、无冗余、广泛共享,支持企业高效、低成本生产运营[2]。

飞机研制技术含量高、系统复杂、周期长,对研制管理工作要求极高[3-4]。飞机研制有鲜明的行业特点:① 多品种，小批量，产品复杂等;② 产品数据多样,各机型数据来源、要求、格式及发放模式不统一;③ 各机型产品数据管理方式、环境存在较大差异。采用多场所异地协同制造的研制模式,对飞机产品数据的准确性、实时性提出了更高的要求,对飞机制造企业产品数据的统一管理也提出很大挑战。可见,研究飞机产品全生命周期各阶段相关业务对数据的需求,分析各类数据的特点,建立一套产品数据管理机制,将飞机产品的研发、制造、销售、售后服务有机联系在一起,使各部门的活动协调一致,形成一个科学、高效的运作整体,可以提高企业整体效益,为飞机企业实现利润最大化提供有效的数据支持[5]。

2 存在的问题

目前,我国飞机制造企业，特别是各主机生产企业都在不同程度上应用信息化系统，来实现制造的集成化和信息化。在应用诸如计算机辅助工艺设计、产品数据管理、制造资源计划等系统后,数字化制造取得了一定的成果,生产水平有了较大提高[6-7]。现有的信息系统虽然在产品设计、工艺设计、文档管理等方面满足了企业的需求,但是在产品全生命周期的数据管理方面还有很多不足,实际应用中仍缺乏对产品数据在全生命周期中的状态变化及逻辑关系研究。飞机制造企业产品数据管理主要存在四方面问题。

(1) 对数据缺乏全生命周期管理的规划。随着产品数据管理、制造资源计划等信息化技术在飞机数字化研制领域应用程度的提高,产品生命周期不同阶段会产生各种不同的物料清单,各类物料清单独立存在于企业的各个信息系统中。当数据发生变更时,物料清单通过串行的方式实现,数据的一致性及物料清单发布的效率很难得到保证[8-9]。产品数据在研发、制造、销售、售后服务全生命周期传递过程中,对信息系统的需求、功能、资源缺乏统一规划,导致产品数据管理集成和协同程度低、效率低。当前，飞机产品多场所分离的协同研制模式使此类问题更为突出。

(2) 业务流程未完全通过信息化系统贯通。虽然对产品设计、工艺设计、工装设计、物料管理、生产计划管理、生产执行管理、供应商管理、售后管理等进行了规划，并建立了相应的信息化系统,但是各系统之间缺乏有效的集成,不利于各系统之间的数据传递和交换。部分系统之间数据传递依靠手工摆渡,难以保证数据的完整性、准确性和及时性,导致部分数据存在冗余缺失。

(3) 部分数据结构化不彻底。飞机产品虽采用协同平台进行数据管理,但由于设计物料清单来源于不同的设计部门，导致数据格式属性不一致,既有结构化数据，也有非结构化文档、图纸等数据，这些数据在协同平台同时存在,模式不统一。技术单、拒收单产生的零组件,以及成品、线缆接插件、标准件等未进行结构化管理,未遵循单一数据源原则。顶层工艺设计未对拒收单新增的零组件进行管理,经常出现生产现场各机型数据需要人工核查一致性的问题。

(4) 缺乏相应的数据管理行业标准。数据管理缺乏相关的标准规范体系,不能有效指导产品全生命周期的数据管理。

3 产品数据管理方案

3.1 管理原则

以物料清单为主线,基于单一产品数据源,对飞机产品全生命周期中不同阶段产生的数据进行有效管理。单一产品数据源是波音公司在构建、实施飞机构型控制与制造资源管理计划时提出的,通过建立产品数据的逻辑联系,将物理上分布的产品数据形成逻辑上的统一整体,为产品数据的访问与操作提供唯一的数据源,体现了建立在分布式系统基础上的集中式管理思想。单一产品数据源的建立和实施能够保证企业产品数据多流向与各节点数据同步,以及产品数据的完整性、正确性、及时性、安全性。单一产品数据源技术原理如图1所示。

3.2 飞机产品数据流框架

飞机产品研制过程中，会产生六种物料清单,分别为设计物料清单、工艺物料清单、制造物料清单、生产物料清单、交付物料清单、售后物料清单。其中，制造物料清单根据设计物料清单和工艺物料清单构建,生产物料清单、交付物料清单、售后物料清单等都依据制造物料清单构建。可见,需要建立以制造物料清单为核心的产品数据管理系统。飞机产品数据流框架如图2所示。

设计物料清单是工程设计组织创建的产品结构树,反映产品设计的意图和内容,存储工程产品及组件的结构关系与数量信息,是产品工程数据的组织架构。设计物料清单描述产品的设计属性和装配层次关系,包括节点基本属性、三维模型、二维图样、相关文档等，在层级划分上包括机种层、机型层、专业层、构型配置层、零部件层等。设计物料清单是设计部门向工艺、生产、采购等部门传递产品数据的主要形式和手段,是产品数据的源头。

工艺物料清单是产品工艺规划阶段的物料清单,在不含标准件设计物料清单基础上添加工艺组合件、零组件分工路线，依据设计文件对非结构化的设计数据进行整理,如技术单、拒收单新增件、成品等,是进行工艺任务分工和工艺文件编制等工艺准备的基础。工艺物料清单对于组织工艺设计、安排生产计划、制定采购计划都具有重要作用,是生产拉动计划、物料需求计划及成本核算的依据。

制造物料清单包含产品所有的装配、制造零组件,反映工艺装配关系是否符合工程设计要求。制造物料清单在工艺物料清单的基础上,经过工艺规划,增加资源信息,并按生产模式重新构建装配关系。制造物料清单包含所有的零组件、标准件、成品、材料等组成单元，以及装配关系和数量配套关系。

生产物料清单通过提取单架机制造物料清单,实时获取计划、完工记录、质量记录等过程追溯信息，包含产品的层次结构类信息、物料信息、资源信息、工时定额、材料定额等。

交付物料清单在单架机制造物料清单基础上,添加质量信息、偏离等，形成完整的产品最终状态物料清单,代表产品的最终状态。

售后物料清单表示飞机的外场状态信息,以设计物料清单、交付物料清单为基础,由售后服务部门建立符合飞机产品支援工程特点的飞机产品结构,以这一产品结构为核心组织服务工程过程中产生的各类数据,并且与工程更改流程结合起来,主要数据包括备件信息、飞机维修维护所需的资源信息等。售后物料清单的构建是保证在役飞机服务构型数据一致性及完整性的基础。

目前,企业信息化中往往各系统独立存在，如何在多系统的环境下实现产品信息共享,解决物料清单在多系统中的集成一致性及时效性等问题，显得尤为重要。基于贯穿企业信息过程的物料清单信息流,实现企业的多信息系统集成,可以达到数据共享,提高数据传递时效性和准确性的目的[10]。

4 产品数据管理实施

4.1 措施

实施飞机产品数据管理的措施主要有三点。

(1) 完善业务流程。以物料清单数据为主线,对各业务领域不同阶段产生的数据进行组织管理,对各业务领域数据产生及使用流程进行优化,形成合理、可靠的产品数据链。

(2) 完善产品数据管理文件制度体系。明确产品数据管理内容，规范产品数据管理流程，确定产品数据生成、管理、应用、维护、安全等方面的职责。

(3) 完善信息化平台。依据确定的产品数据管理方案和产品数据管理规范制度,提出产品数据管理平台所需要的功能，并进行完善。

4.2 内容

(1) 设计制造一体化模式机型。设计构建面向制造的设计物料清单。在顶层规划时,完全继承所有设计物料清单属性,并在设计物料清单基础上增加工艺路线及工艺零组件,将设计物料清单与工艺物料清单合二为一，形成工程设计物料清单,作为制造物料清单的唯一数据源。以设计物料清单为输入,按消耗式构建全机制造物料清单数据,包含顶层装配单元，以及装配单元下所有的零组件、标准件、成品、材料等。

(2) 设计制造分离模式机型。构建完整的全机结构化工艺物料清单,基于现有结构化设计物料清单,依据图纸、技术单、拒收单添加新增零组件和成品数据,或者调整相关零组件的有效性,形成符合设计图纸要求的完整工艺物料清单数据,作为构建全机制造物料清单的数据输入。以工艺物料清单为输入,自顶向底消耗式统一构建全机制造物料清单,包含装配单元、装机部件、装机零组件、零件等,生产单位按构建好的制造物料清单编制装配指令。某飞机产品全机结构化工艺物料清单如图3所示，其中，P1为装机部件,P2、P5、P6、P7、P8为装机零组件,P3、P4为零件。

5 结束语

飞机的研制技术含量高、系统复杂、周期长,只有有效实行全生命周期各阶段物料清单的统一管理,才能对整个飞机的研制过程和构型进行有效控制。笔者对飞机制造企业产品数据管理进行了研究，打破了传统物料清单串行管理方式,实现对整个飞机产品全寿命周期物料清单数据的结构化管理。这样做可以为飞机制造企业的研制过程管理和信息化建设提供有效数据支撑。