飞机制造企业的组织和实施 西学业大西安飞机工业集团有限责任公司「摘要〕分析了飞机制造企业实施的需求对实施中的产品数据管理和构型管理作了探讨并提出了实施目标和实施方案北工白永红王泽玉邱日希过程中建立单一数据源建立产品的全局数据保证数据的唯一性和一致性数字化飞机研制过程中数据管理的需求一关键词数字化飞机设计制造架飞机由一万个零件组成数字化的飞机设计过程会产生大量的信息因此对于电子数据管理的需求变得越来越迫切为实现真正的数字化飞机设计制造必须采用产品数据管理技术来管理飞机产品模型包括模型之间的约束关系数字样机工艺数据工装数据等全生命周期中的所有产品数据支持设计工艺工装之间的并行协同工作和模型数据的重用的需求 飞机数字化研制过程中构型管理和配置管理在传统的飞机研制模式中通常很少采用构是一种利用数据模型对企业的产品形成过程进行管理的方法在企业信息技术应用中越来越显现出它的战略意义型和配置管理致使在飞机交付用户之前要耗费大量的时间来作装机零件清册的人工统计即使如此也不长期以来航空企业在信息技术的单项应用方面进行了许多研究和应用工作取得了能保证这个清册的正确性另一方面飞机在制造过程中不能保证没有漏装或多装零件因此应用产品数据很多成果同时也暴露出了许多问题最大的问题就管理技术管理飞机的构型是巫需解决的关键问题在实施构型管理的过程中不仅要有效地管理数字化定义模型和各类技术文件的有效性而且要建立完整的物料清单不同部门可以根据需要在这个物料清单中提是产品数据的管理混乱因此研究产品数据管理已成为目前企业在产品研制过程中要面对的最主要的问题应用需求取自己需要的视图随着飞机研制过程中数字化手段的应用飞机设 数字化飞机研制过程中流程管理的需求目前产品数据管理技术的应用程度还不能支持对工程更计制造的效率也不断提高但数字化技术的发展和应用导致先进的制造技术水平同落后的产品数据管理水平之间的矛盾这就需要应用产品数据管理技术实现面向数字化研制过程中的数据管理流程管理构型管改工作流程等飞机研制过程的流程管理多数单位还采用传统的更改和审批发放流程把数字模型变成工程图纸然后再去审批这不仅削弱了数字化技术的优势而且难免发生各种各样的差错为了提高飞机理实现飞机研制过程中的信息集成过程集成和资源共享具体表现在以下几个方面数字化研发的效率必须实现基于数字化定义的产品生命周期状态管理工作流程管理工程更改管理等研制过程的管理 飞机数字化研制过程中单一数据源的需求目前国内飞机制造业在飞机型号研制中虽然采用了数 并行飞机数字化研制的需求在飞机设计阶字化设计制造技术但在飞机设计和制造过程中不是单一数据源例如飞机设计院采用三维设计二维发段飞机性能零组件结构形式零件尺寸材料数量装配工艺性等都将确定目前飞机研制一直沿袭串行的工作方法不能够在设计的早期考虑可制造性可装配性以及质量保证等因素因此对于在制造过程中暴图某一个零件发到制造厂的是二维图纸而制造中该零件采用数控加工时又要重新进行三维建模诸如此类造成设计制造之间多数据源的现象容易引起有效性的混乱造成超差甚至废品因此必须在飞机研发露出的问题设计人员不得不对原有设计进行多次反复修改在很大程度上影响了研制的周期和质量增加年第期航空制造技术了成本并行工程就是对产品及其相关过程包括设设计过程的一一到飞机制造过程的一计制造维护进行并行一体化设计的一种系统化的方法在产品设计阶段就考虑到产品生命周期从概念的重构通过对和一的对照进行装机清册的比较生产根据各类需求生成和管理形成到产品报废中的所有因素包括制造装配维护质量成本进度和用户需求等是实施并行采购等并建立各类之间的相互关系建立一套完整的有效性规则保证在任何时工程的重要使能工具实施是进行并行工程和全候任何人得到的都是正确的版本 飞机研制过程管理球化敏捷生产的必要条件跨企业协同产品开发的需求在中航一集团实现对飞机研制过程动态灵活的管理保证将正确的信息在正确的时刻传递给正确的人以做出正确的操作的大集团战略指导下今后新机研制的任务不可能封闭在一厂一所进行更不可能封闭在一个厂内进行设计和制造异地协同设计制造条件下产品数据的管理是我们必须面对和解决的问题按照并行工程的思想和方法实现产品设计成熟度定义与管理支持飞机产品开发过程的重组实现产品数据预发放和发放过程的定义与管理实现工程更改过程的管理实现工装数据的预发放和发放过程的定义与管理实现工艺设计过程的管理系统集成实现这就要求建立一个跨企业的以产品为中心的工作环境在技术上就是要体现产品协同商务的整体目标在形式上联合设计制造的各个厂所就是一个完整的广义企业程在这个企业内要管理完整的产品生命周期中所有的信息和过对等各种工具软件的封装和集成实现系统与档案管理工艺综合管产品数据管理的实施目标理工装管理的工程数据 等应用系统的初步集成接收管理来自各应用系统的产品数据并向各系统提供必要产品对象系统是一个面向对象的信息系统它除了完整地描述产品对象的形态之外还对产品的形成过程实施内容加以描述约定和控制制紧密相关因此的实施与飞机研顶层设计与实施规划的制订在实施中必须选择合适的具有条实施是一项系统工程它的实施涉及面广件的产品对象才能保证实施的成功团有限责任公司西飞在西安飞机工业集必须站在整个企业的角度作好实施的顶层设计制订实施的总体规划明确实施的目标和任务落实各个阶段的具体目标细化落实任务并逐步贯彻实施系统管理产品整个生命周期内的全部产品数据内容包括企业各部门产生和使用的产品信息及与之对应的图形文字表格数据和指针等类型的数据将所有原来孤立分散的数据转变成相互关联的有实施中明确了以某重点工程型号为本期实施应用的对象实施目标产品数据管理是一种利用数据模型对制造企业的产品形成过程进行管理的方法飞机制造企业实施的目标是利用一个集成系统来管理飞机在研制过程中生成的信息管理飞机的构型和配置管理飞机研制的过程以及过程信息集成飞机研制过程中使用的各种软件工具因此需要利用模块化的结构机整体需要做大量的分析整理工作施周期长投人大实施系统的实系统是对整个企业的信息管理作一次大的手术无论是设备的投资还是人员的培训都远远超过一般应用系统的推广应用因此实施实质上就是管理制度科学化的过程如果没对产品的整个形成过程进行控制并对在该过程中形成的或需要处理的数据和文档进行管理 设计制造信息集成管理有企业级的统一规划和指挥就不可能实现管理模式管理飞机研制过程中产生的产品信息是系的调整也就不可能真正实施系统统实施的目标之一必须实现飞机研制中所产生的所有信息的统一管理和控制实现唯一数据源保证数据针对西飞项目实施目标在西飞PDM的实的一致性正确性完整性和安全性这些信息包括产施规划中将项目实施分为初步设计阶段详细设计阶段试运行阶段和正式投产4个阶段初步设计阶段品结构设计模型各类设计技术文档各类工艺文件工装设计和制造模型以及技术文档制造信息等根据实施的飞机型号对象详细整理产品数据管理的范围以及相关的业务现状明确定义业务需求集中精力解决至关重要的技术难点或可能存在的颠覆性问题排除项目实施的拦路虎定义在PDM环境下的实施方 飞机构型和配置管理建立飞机完整一致的物料清单88航空制造技术00完成飞机年第6期在初步设计阶段工作的基础上设计PDM数据库环境详细研讨PDM实施应用系统的技术规格(数据法件图和装配图的数据以及产品的技术要求等系是飞机设计完成后的结果设计所形成的产品结构树只表示飞机各零组件在结构上的关库结构和客户化要求等)并完善业务规范明确规定数据库用户标准操作规程最终确定推广实施的最佳方案根据详细设计阶段确定的实施方案客户化PDM系统客户化完成的PDM系统必须先在试验环设计完成的产品结构树不能直接在飞机装配中使用制造厂要对产品结构树进行调整生成装配结构树在这个调整过程中零件在树中的位置可以不同但境试运行并根据业务需要对系统进行优化调整通过试运行后再在真实的飞机型号中正式运行实施的工作流程PDM实施的工作流程主要包括现有流程评估和详细需求分析进行未来流程定义及系统设计(包括差异建立导航环境业务场景景演示与究研软件包功能培训训定义典型业务场景景演示数数据导人务典型业务场景设置巡缝遨分析未来业务场景及流程定义系统架构详细设计应用开发培训等)方续可粼黝黝撇褪l案实施与系统功能客户化系统单元测试系统集成测试系统验收测试及用户培训等过程流程见图1优化流程实施的工作飞机研制产品信息流模型Fig1.图1PDM实施流程owofPDMimplementationFl在飞机研制过程中是飞机产品信息线的核心飞机研制中的所有产品信息都是围绕着产品数据管理来进行的图2是以西飞为例的PDM系统功能信息流图1汹1(设计))产品数据管理:产品数据管理的目标是利用一个集成的信息系统来产生和管理产品设计和制造过程中所需要的完整的技术资料因此需要利用模块化的结构对产品的整个形成过程进行控制并对在该过程中形成的数据进行管理在PDM中以产品结构树为主线组织管理产品数ERPP据产品结构以树状形式描述树中的叶节点表示零件枝节点表示部组件根节点表示飞机这种图示方式表示了飞机部件组件和零件之间的层次关系树中每个零部件都有属性如零件的材料重量尺寸工艺路线等器材供应应每个零部件都有相关的文档如零部件的二维图纸三维模型技术说明工艺加工指令装配指令工装模型等使得文档信息和相关的零部件产品工装检验ICAI工装数控有机地联结在一起实现产品数据的有效管理产品数据包括以零件为主线的产品设计BOM产品三维和二维模型数据产品的图形数据更改单技术要求材料热处理设计技术文件等数据在产品模型中包含有定义零件的基本体素产品零部件的几何/拓扑信息零部件的整体几何特征信息几何变换信息和其他特征信息等;产品的图形信息包括零件图部工艺设计零件数控.Fig2图2系统功能信息流onflowofsysterInformatinfunetion2004年第6期航空制造技术89零件的个数必须一样同时在调整过程中产品结构艺组件等最后形成反映飞机制造过程的BOM(M一树中需要加入大量的工艺工装制造等数据信息工艺数据主要指在工艺设计过程中所产生的数据它包括指令性工艺文件工艺设计手册上已经标准化和规范化的工艺数据以及标准工艺规范等(一般由材料机床刀具量夹具标准工艺规程成组分类特征以及已输人到计算机的零件信息和对应的最终工艺规程等数据信息组成)BOM)在M在M一BOM的重构过程中一BOM中的各个零部件都与M一BOM一BOM中的各个零部件相关联此外的装配结构上增加了新的部件和联系这样就形成了一张完整的联系图其中包括了所有已定义BOM中的构件及其联系在工艺规划过程中产生的相系统要完成E一BO一BOM与M一BOM的比较关信息由中间过程数据零件图形工艺图形中间工艺规程改记录主要是比较MM中的零件数与E一BOM中的零代码等组成包括加工卡片物料清单和更件数是否一致产品构型管理产品构型管理以电子仓库为底层支持以产品的相关数据作为其管理对象以物料清单(BO人妇为其组织核心把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来实现产品数据的组织控制和管理高效灵活地应该指出每一个零部件和每一个联系至少应该属于一个BOM因为飞机的所有BOM都被存放在数据仓库中所以利用PDM可以对E一BOM和M-BOM的任何一个更改状态进行查询依据一定的规则可以在M一BOM中提取自制件的BOM外购件的BOM成品清单等生成各种视图检索和查询最新的产品数据实现产品数据的安全性和完整性控制软硬件设计不同的软件体系对硬件环境的要求会有差异一产品构型管理能够使企业的各个部门在产品的整个生命周期内共享统一的产品构型各个职能单位根据自己所关心的内容提取生成相应的产品结构视图如采购视图和生产视图等而不仅仅是版旦硬件环境确定下来就会限制软件功能的选择造成不必要的损失因此首先要确定软件体系然后再制本控制和物料清单的创建订硬件环境软件的选型要服从长远规划的大局从飞机在产品构型管理中要建立飞机的整体模型使各型号的应用情况出发综合考虑同时还要考虑到软件个使用人员对产品有完整的了解建立飞机的构型配置规划建立一致的完整的产品BOM在生产制造过功能的丰富性系统的灵活性和开放性访问的时间性规模的可调性使用的方便性技术的支持性和潜在性价格的合理性等因素程中企业随时需要获得最新的产品信息即各类BOM不同部门对BOM的要求不一致但相互之间必须保持一致因此产品构型管理必须能根据不同要求生成各类不同的BOM实施的方法和步骤.41PDM实施队伍的组织PDM系统的实施具有涉及面广信息工作量大通过构型管理能够搞清楚某架次的飞机中采用了哪些零件零件的版本版次分别是什么本架次飞机中哪些零件具有代替件和互换件某一零部件的版本为管理模式变革周期长投人大等特点系统的实施决不是少数几个人经过几天或几周的培训就可以投人使用的必须作为一项工程进行系统的实施在实施过程中必须要有一支作风过硬技术扎实的实施队伍什么要更改等有效性信息各类BOM的管理及生成PDM对飞机构型采用BOM控制法进行管理和描述每个BOM都是管理对象中包括原材料半实施必须在领导小组的领导下组织专门的PDM实施项目组项目组中应该包括熟悉企业业务流程的专家产品数据管理解决方案专家应用专家和熟悉相关软件的用户熟悉系统客户化和编程的程序员以及IT支持人员等成品零件部件及其相互之间的关系零部件可以同时与多个BOM相关联设计生成的是飞机设计过程的BOM(E它是在产品设计时产生的面向功能的BOM一BOM)实施的团队组织见图3制造厂在工艺过程规划中首先根据制造设备人员的能力参考E一BOM和产品模型编制装配协调图表装配顺序图表等;增加工艺路线分工信息材料定额信息等;针对零部件在飞机制造过程中的安装位实施步骤通常系统实施包括组建队伍需求分析系统设计详细设计二次开发安装与装置人员培训以置对零组件进行拆分;根据装配时的工艺要求增加工0及试运行等步骤根据实际情况这些步骤也可以有所变动图4简要地描述了西飞的PDM实施步骤航空制造技术00年第6期〕M实施领导机构构技术和方法发生巨大变革开创了全新的飞机设计制PI造模式而产品数据管理技术在这种变革中起了巨大》江实施厂所项目组的作用在从设计到制造的整个产品开发过程中产品数据管理已成为其中至关重要的一环特别在大型飞程序员r支持人员业务专家家解决方案专家家机制造企业中受到了广泛的重视并且得到了普遍和深人的应用取得了明显的效果最终必定会成用户代表为支持跨企业的整个产品生命周期的产品开发支撑平图3PDM施的组织台适应信息时代产品开发由单一企业自主开发向广Fig.实3OrganizationofPDMimplementation义企业或虚拟企业异地协同开发制造和管理转变的要求责编文询)‘乡户产乡少冲户,户公户,户公户‘户公户,户公户公户,浇,,乡户公汾公户冲户公户乡户实施准备阶段:(上组织项接第目筹备小组;72页)1》入知识初步培训;删除和修改的功能图中的产品图档浏览是通过安装需求分析;WHIP调研(型号调研技术支持商成功案例等);的1)W.!插件来实现的这里由AtuoCA】〕系统产生需求分析和调研报告告G格式的图档首先被转换为DWF格式的图档以便在浏览器工E中浏览初步设计:规划总体结构;明确第一阶段目标;提出实施的技术路线;成立项目实施小组;确立工作方式方法;经费预算工程进度选择合作伙伴;签署协议;对项目组进行实施培训训详细设计和实施:框架系统安装;信息建模;系统设计与客户化工作;现有应用系统状态分析;图5运实例面数据收集与分析;二次开发Fig.行界5Runningeaseinterfaee详细设计和实施评审4十Y结束语用户培训试运行本文论述了基于BOM流的分散网络化制造中的关键使能技术及实现方案原型系统具有网上产品结构配置工具盟主企业的构建制造任务的决策模型流信息的关联与管理等功能参考文献图4西飞PDM实施步骤1杨叔子吴波胡春华等.网络化制造与企业集成.Fig.4PDMimplementationstepsinXi中国机械工程000一2):45一482.周光辉江平宇b的网络化分散制造服.张映峰基于We电子务操作平台计算机集成制造系统00一298结束语3蒋辉逢淑明范玉青.物料项清单及其演绎面向对近30年来数字化制造技术发展日益加快已成象模型计算机集成制造系统00一27为提高企业竞争力的重要手段并使飞机的设计制造(责编咏智)2004年第6期航空制造技术91