波音777項目并行組織形式分析

羅繼業 何 歡 張嵐嵐

（上海飛機制造有限公司，上海 200436）

波音777飛機是是由波音公司研制的雙發中遠程寬體客機，首飛時成為民用航空歷史上最大的雙發噴氣飛機。波音777項目采用了全新的組織形式，在組織結構和數字技術上大膽創新，以較低的成本取得巨大成功，波音777項目也因此成為全球學習和關注的焦點。本文著重分析波音在777項目中利用的并行工程方法，探討并行工程的組織結構和數字化技術保障。

1 波音傳統的串行項目組織形式

777項目之前，波音在飛機研制項目上基本采取傳統的串行組織形式。在傳統的串行組織形式中，項目基本上依照明確客戶需求、飛機設計、飛機制造、飛機測試、飛機交付、客戶保障的流程，特別是遵循先設計再制造的順序，即先完成設計階段的產品開發、設計、分析、發放，才能進行制造階段的工藝計劃、工具設計、數控編程。

在串行研制過程中，設計與制造分離，產品設計不能夠按照制造的具體情況而及時進行調整與更改，缺少了設計與制造的協調磨合，致使產品定義數據集發放后，差錯、返工以及報廢現象經常發生，零件之間、工具與零件間的配合不精準，從而延長了生產周期。所以，傳統的串行組織形式不利于保障項目的高效率、低成本、短周期和一次成功。

波音在777項目啟動之前面臨著客戶要求高、競爭對手強、時間緊迫、資金有限的挑戰。首先，相對于空客A330/340，777必須在功能、可靠性、維護性和經濟性上具有很強的競爭力，滿足航空公司的要求；其次，777需要大大降低全生命周期成本；再次，在交付時即能投入運營。針對這些問題與挑戰，波音制訂了項目研制計劃，關注以下3個方面。其一是在設計早期讓用戶廣泛參與，進而盡快確定產品的主要需求；其二是產品定義數據集在發放前確保其正確性和合適性，以降低至少50%的錯誤、變更及返工；其三是通過協同工作確保信息和數據充分共享以及問題能夠及時得以解決。為使項目計劃順利實現，波音決心進行組織形式的改革，突破傳統的串行組織形式，應用并行工程推行并行的組織形式。

2 并行工程

并行工程是集成、并行設計產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）的系統方法，以實現提高產品質量、降低成本、縮短周期為目標。串行工程與并行工程的比較見表1所示。

并行工程強調各種活動并行交叉進行，并不意味著可以忽視產品開發的邏輯順序，或省略產品開發的必要環節，而是需要通過工作分解或節點控制，使能夠并行交叉的活動盡量并行交叉。一種方法是將復雜的產品分解為若干個子系統，對各子系統的設計實施并行推進；另一種方法是將相關聯的各子系統的設計、生產、采購、工藝等工作盡可能交叉進行。

表1 串行工程與并行工程的比較

并行工程的實行，需要組織和技術上的保障。777項目中波音就是通過設計制造團隊、并行產品定義來完成組織結構更新，并且通過數字化產品定義、數字化預裝配、數字化工具定義等數字化技術為組織形式的創新提供保障，如圖1所示。

圖1 波音777項目的并行工程示意圖

3 基于DBT和CPD的并行工程組織結構更新

3.1 設計制造團隊DBT（Design -Build Team）

波音777項目在研制過程和組織形式上實現一個重大突破，這就是把設計和生產緊密結合在一起，形成一個設計—生產流程，即通過組織變革將工程、計劃、工裝、生產工藝、材料、質量保證、財務、用戶支持等業務職能緊密的組織在一起，共同參與產品定義（即設計數據集）。這種新的做法把過去的串行研制流程變成并行研制流程，強調協同工作。承擔工作的實體就是設計制造團隊DBT，如圖2。

圖2 777項目DBT團隊

每個DBT小組集合了工程（產品定義）、制造（計劃、工裝、總裝）、材料（計劃生產流程）、客戶服務（培訓、維護、區域服務）、質量審核（計劃、審查、質量報告）、財務（成本控制）等方面的專家，一般情況下還包括供應商和客戶代表。這樣能保障設計數據的合理利用，最大限度利用各方資源，從設計之初就能發現潛在問題，也能減少用戶和供應商的不確定性，減少設計更改和研制周期，達到高質量、低成本。波音強調所有組內的成員必須在同一地點辦公，原因是成員之間信息交換頻繁，若不在一個地點，不利于及時溝通。

每個DBT團隊是一個獨立的實體組織，負責飛機的一部分功能（如電器、結構等），貫穿設計、制造、交付、售后支持整個產品生命周期。例如全飛機有DBT#0001，機頭艙段為DBT#4004等，777飛機研制最高峰時曾組織過238個DBT，總共成員8000余人。DBT的組織方式在波音777飛機的研制過程中取得了明顯的效果。DBT在工程設計發放以前，找到并消除了12 000處干涉問題。

3.2 并行產品定義CPD（Concurrent Product Def i nition）

并行產品定義是把當前的產品設計的它們的相關過程，包括產品制造和支持服務集成在一起的系統工程方法。波音在777項目中實現了這一戰略設想，把工程、計劃、工裝、制造、材料、質量控制、財務和用戶支持等方面組織在一起，共同進行產品定義。這里的設計具有廣泛意義，不僅包括產品設計，還有工藝、裝配、檢驗和服務等方面的設計工作。設計過程大體分概念設計、初步設計和詳細設計等幾個階段，完成由粗到細的過程，設計制造團隊DBT也按這一過程組織。

CPD通過減少差錯，減少返工或者通過減少飛機零部件以及制造工藝和工裝的更改，來縮短飛機的研制周期，并降低研制和維護成本，優化業務流程。CPD是一個極其復雜的過程，需要強大的團隊共享資源、團隊協作完成產品定義，包括結構和系統的并行設計、分析師對設計的支持、生產計劃定義、關鍵工裝設計、基礎設施和技術文檔跟進，如圖3。由于這些過程是高度相互依賴的，因此常運用集成工作方式來完成這些復雜的任務。任務計劃通過分解成不同的階段來推進執行，每個階段都有相應的DBT目標。

波音CPD的目標是對任務做到足夠詳細，確保無更改、無錯誤、無返工地滿足下游用戶或下個研制生產環節的需求。關鍵點是協同組在同一地點工作，決策時應服務于整個任務并對自己的產品負責，并且根據不同研制階段改變DBT成員，由設計和生產工程師對DBT的決定共同批準。

圖3 并行產品定義-優化業務流程

4 基于DPD、DPA、DTD的并行工程數字化保障

4.1 數字化產品定義DPD（Digital Product Def i nition）

數字化產品定義要求所有零部件（零件、配裝件、總裝件）的幾何定義都要在數據集中進行定義，而且是作為唯一權威的零件定義在數據集中予以保護。DPD的最大好處就是能夠進行數字化裝配和分析，能盡早發現零部件和對接中的問題。

波音在777的研制過程中大量使用CATIA技術，整個設計工序都沒有采用傳統的繪圖紙方式，以確保機上成千上萬的零件在制成昂貴實物原型前，也能清楚計算設計的位置是否穩妥。全部有更改的或新設計的零件都在CATIA工作站上完成設計。零件的模型包括3種：三維實體、三維線框和二維圖樣，三者組成了數據集。不作更改的零件會由圖樣轉換成實體模型。三維實體模型輸入到EPIC（電子預裝配）數據庫中用于數字預裝配。三維線框模型用于DBT內部使用，因為三維實體模型傳輸使用的資源太多，線框模型相對比較節省資源。二維圖樣是產品定義驗收的依據。一個零件的數據集，包括它的3D/2D幾何模型、圖樣和其說明及數據集說明，打包存到DIRRECT（發放、交換、控制和跟蹤）數據庫。777的研制過程共運用了近2 200臺電腦終端機，這些終端分布在日本、維基塔和費城，連接到位于西雅圖的8臺大型計算機上。

4.2 數字化預裝配DPA（Digital Pre-Assembly）

數字化預裝配的目的是要減少更改、誤差和返工，在數據集正式發送之前盡量做好計算機仿真，以確保各裝配零件配合準確協調。飛機零部件在設計者、分析師、計劃人員或工裝設計人員的要求下進行預裝配，設計者負責模型的共享、抗干擾檢測以及處理其他機構反饋的不合格項。777研制過程中對10多萬個零件全部實行數字化設計，并在計算機上進行數字化預裝配、設計更改。

DPA通過兩種組織形式來管控數字化預裝配，DPA負責人對模型數據進行管理和發放，而現場負責人保證飛機交叉結構的設計集成。DPA定期對集成情況進行審查，777為期2年的設計共進行5次審查，審查由現場機構負責，審查項目包括抗干擾性、接口協調和安裝進程等。

DPA在波音有著悠久的歷史。在DPA的設計過程中，各小組的零件、工具設計員生成三維實體模型輸入EPIC數據庫，完成信息共享。各有關人員提取模型完成各種檢查，檢索裝配應有的全部零件或工具，進行裝配、定位和干涉檢查。審查通過后將2D/3D數據集預發放，并存入DIRRECT數據庫，再由DIRRECT發放最新的數據到EPIC，開始新的一次迭代設計。DPD與DPA是反復迭代的過程，數據在EPIC數據庫共享，直到設計通過批準，再打包送入DIRRECT數據庫發放，見圖4。

雖然實施DPA會在近期增加一些費用，但整個飛機研制項目的最終成本會被降低。

4.3 數字化工具定義DTD（Digital Tool Def i nition）

圖4 DPD與DPA的迭代過程示意圖

數字化工具定義的主要過程是確定工具需求和工具設計，該過程與零件設計、制造計劃并行進行。DBT小組相關工藝人員辨別關鍵零件與工具的接口以及早期發放的數據集，定義工具的三維實體模型。通過數字化預裝配驗證所設計的工具，檢查重點是工具與零件間、工具與工具間的配合與協調，得到確認后則從三維實體模型生成二維工具圖樣。數據集、實體模型和圖樣由DBT和工藝管理部門共同批準后發放，并輸入到工具數據庫。

綜上所述，通過數字化的輔助手段實現了產品設計、預裝配和工具設計的并行工程。

5 啟示

波音777項目從串行到并行的組織形式變革之所以能成功并成為行業典范，有幾點啟示。

首先，并行產品定義在不斷發展。波音在777研制中打破了按職能劃分的組織形式，并按并行工程思想設計了依據功能（如電氣、機械、結構、載荷和綜合等）劃分的設計制造團隊DBT。737改型設計中，在吸取DBT的基礎上發展為按產品（如機翼、機身和動力系統等）劃分的集成產品團隊IPT。每個IPT都對某一個具體的集成產品負責。IPT成員要盡可能在同一地點辦公，IPT貫穿于整個設計、生產直至售后支持的全過程。787新機研制中，并行產品定義進一步發展，在建立全球協同環境系統上，組織產品的全球性協同設計和制造。民機研制的組織形式朝著團隊管理、并行協同、高性能組織的方向發展。

其次，并行工程的實行是一個循序漸進的過程。波音之所以能很好的應用并行工程，是其多年從事CAD/CAM/DPA積累的結果。早在20世紀80年代中期，波音就把投資CAD/CAM技術作為技術發展戰略方向，工程師開始使用CATIA軟件來建立三維幾何模型。777研制中，波音共投資多于10億美元的資金，使數千名設計人員在與4個IBM主機群相連的2200工作站上同時工作，進行100%的三維DPD/DPA和CPD，并使300萬個零部件信息存入數據庫中。可見無論在硬件建設和軟件應用上，波音都投入了極大的心血。技術的積累是一個漸進的過程，也是一個由量變到質變的過程。

最后，并行工程并不單純是一個科學技術問題，更主要的是一個組織和企業文化問題。并行工程未能貫徹實施，一個主要原因是大公司在組織管理方式上不能轉變。航空企業的組織龐大，改變管理方式和企業文化的阻力很大。所以，能否實現DBP和IPT關鍵取決于領導的決心和意志。只有主要領導人有高瞻遠矚的洞察力和爭先取勝的決心，才能在公司全面開展并行工程。

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