產(chǎn)品全生命周期成熟度模型研究

楊修茂，胡 敏，張體亮

（1.中航工業(yè)洪都，江西 南昌330024；2.駐320廠軍事代表室，江西 南昌330024）

0 引 言

在現(xiàn)代飛機(jī)研制中，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，人們越來越追求在飛機(jī)研制全生命周期中的多學(xué)科、多專業(yè)之間的并行協(xié)同。以美國為代表的西方發(fā)達(dá)國家在飛機(jī)研制過程中，率先開展基于數(shù)字化設(shè)計的并行設(shè)計，從根本上改變了傳統(tǒng)的飛機(jī)串行研制模式，取得了顯著效益。波音777飛機(jī)研制，通過應(yīng)用數(shù)字化并行設(shè)計技術(shù)，使得波音777飛機(jī)在設(shè)計更改方面造成的返工減少50%，制造精度提高一個數(shù)量級，研制周期縮短25%以上。

并行工程 （Concurrent Engineering，簡稱CE）是對產(chǎn)品設(shè)計及其相關(guān)過程 （包括制造過程和支持過程）進(jìn)行并行、集成化處理的系統(tǒng)方法和綜合技術(shù)[1]。并行工程技術(shù)要求產(chǎn)品開發(fā)人員從一開始就考慮到產(chǎn)品全生命周期（從概念形成到產(chǎn)品報廢）內(nèi)各階段的因素，并強(qiáng)調(diào)各部門的協(xié)同工作，通過建立各決策者之間有效的信息交流與通訊機(jī)制，綜合考慮各相關(guān)因素的影響，使后續(xù)環(huán)節(jié)中可能出現(xiàn)的問題，在設(shè)計早期階段就被發(fā)現(xiàn)并得到解決，從而使產(chǎn)品在設(shè)計階段便具有良好的可制造性、可裝配性、可維護(hù)性及回收再生等方面的特性，最大限度地減少設(shè)計反復(fù)，縮短設(shè)計、生產(chǎn)準(zhǔn)備和制造時間。同時，它強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計與工藝過程設(shè)計、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備、采購、生產(chǎn)等活動并行交叉進(jìn)行[2]。隨著國內(nèi)數(shù)字化技術(shù)和信息化技術(shù)的迅猛發(fā)展，在飛機(jī)研制中開展并行工程已經(jīng)成為了可能。

1 飛機(jī)研制階段梳理

國內(nèi)某技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2993-1997《武器裝備研制項目管理》中規(guī)定，常規(guī)武器裝備的研制階段一般劃分為論證階段、方案階段、工程研制階段、設(shè)計定型階段和生產(chǎn)定型階段。對于飛機(jī)項目，研制階段分別為立項論證階段、方案設(shè)計階段、工程研制階段、設(shè)計定型階段和生產(chǎn)定型階段。

立項論證階段。主要任務(wù)是通過論證和必要的試驗，系統(tǒng)地分析飛機(jī)研制的可行性，對飛機(jī)進(jìn)行概念設(shè)計，對戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求、飛機(jī)總體技術(shù)方案、研制經(jīng)費、研制周期、研制條件需求等方面進(jìn)行深入的綜合論證。

方案設(shè)計階段。在上一階段的基礎(chǔ)上，對飛機(jī)方案進(jìn)行論證，形成飛機(jī)總體研制方案報告，并進(jìn)一步開展初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計工作，攻克關(guān)鍵技術(shù)，明確各系統(tǒng)定義，完成總體方案協(xié)調(diào)和打樣，凍結(jié)飛機(jī)技術(shù)狀態(tài)，編寫飛機(jī)研制總要求。

工程研制階段。依據(jù)批準(zhǔn)的飛機(jī)研制總要求，開展飛機(jī)詳細(xì)設(shè)計、試制和試驗工作。具體包括：

1)完成發(fā)圖前驗證性試驗；

2)完成飛機(jī)詳細(xì)設(shè)計，發(fā)出全套生產(chǎn)數(shù)模、產(chǎn)品規(guī)范、工藝規(guī)范、材料規(guī)范草案等相關(guān)配套技術(shù)文件，完成試飛測試設(shè)備安裝協(xié)調(diào)，發(fā)出試飛測試改裝數(shù)模，發(fā)出地面設(shè)備和隨機(jī)工具生產(chǎn)數(shù)模和技術(shù)條件；

3)完成軟件的設(shè)計、開發(fā)和測試；

4)發(fā)出試驗任務(wù)書及全機(jī)靜動力等試驗大綱，確定飛機(jī)上天前應(yīng)完成的試驗任務(wù)，完成試驗設(shè)備設(shè)計；

5)支持成品研制單位完成成品樣機(jī)試制，協(xié)調(diào)提供新成品試驗件和技術(shù)文件。

設(shè)計定型階段。對飛機(jī)性能和使用要求進(jìn)行全面考核，以確定其是否達(dá)到研制任務(wù)書和研制合同的要求。具體包括：

1)完成飛機(jī)調(diào)整試飛，申請國家鑒定試飛；

2)解決試飛中出現(xiàn)的技術(shù)問題，完善設(shè)計；

3)完成各系統(tǒng)地面試驗；

4)成品研制單位完成新成品設(shè)計定型；

5)完成新材料使用鑒定；

6)編制飛機(jī)設(shè)計定型所需的全部文件資料；

7)根據(jù)使用部門的要求，確定試用批飛機(jī)的投產(chǎn)技術(shù)狀態(tài)，支持試用批飛機(jī)生產(chǎn)及部隊領(lǐng)先試用，做好部隊試用保障工作；

8)試驗和試飛工作全部結(jié)束，達(dá)到研制總要求目標(biāo)，各類定性文件準(zhǔn)備就緒；

9)向飛機(jī)定型委員會提出申請設(shè)計定型報告。

生產(chǎn)定型階段。依據(jù)國家飛機(jī)定型委員會對設(shè)計定型的批復(fù)，通過小批生產(chǎn)和試用，完成飛機(jī)生產(chǎn)定型。具體包括：

1)按設(shè)計定型狀態(tài)組織小批生產(chǎn)，進(jìn)行工裝、零件鑒定，滿足互換協(xié)調(diào)要求，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，按批生產(chǎn)要求完善生產(chǎn)線；

2)配合使用方使用，做好外場服務(wù)工作；進(jìn)行部件和全機(jī)疲勞試驗，給出飛機(jī)壽命；

3)進(jìn)行新成品生產(chǎn)定型，定點配套，穩(wěn)定供應(yīng)渠道；

4)編制生產(chǎn)定型文件資料；

5)進(jìn)行生產(chǎn)定型生產(chǎn)、鑒定和報批；

6)進(jìn)行整個型號研制費決算，配合確定生產(chǎn)成本和飛機(jī)價格。

表1為數(shù)字化條件下，飛機(jī)各研制階段的主要工作標(biāo)志和對應(yīng)階段的數(shù)字樣機(jī)狀態(tài)。

2 產(chǎn)品成熟度模型研究

2.1 產(chǎn)品成熟度模型

對于飛機(jī)研制項目以及期望建立起設(shè)計與生產(chǎn)制造等專業(yè)、部門之間的并行協(xié)同的飛機(jī)研制模式而言，若僅僅是依照立項論證、方案設(shè)計、工程研制、設(shè)計定型和生產(chǎn)定型的五個研制階段劃分，進(jìn)行項目的組織、策劃與管理，必然是過于粗放。因此，在上述五個研制階段劃分基礎(chǔ)上，結(jié)合飛機(jī)全生命周期中的重大事件/事項和重大評審，開展了飛機(jī)產(chǎn)品成熟度（Maturity Level簡稱ML）的研究。

將飛機(jī)項目研制過程，從項目啟動到批生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化直至飛機(jī)停產(chǎn)退役的全過程，從重大事件/事項和重大評審角度，劃分出圖1所示的17個成熟度等級，包括ML0項目啟動、ML1項目正式立項、ML2飛機(jī)設(shè)計技術(shù)說明、ML3初步總體技術(shù)方案確定、ML4基本定型、ML6零件/工裝制造開工、ML8完成總裝裝配工裝、ML9 01架進(jìn)入總裝、ML10 01架進(jìn)入試飛站、ML11 01架首飛、ML12鑒定試飛等大事件、ML15停產(chǎn)、ML16退役，也包括ML5方案設(shè)計評審、ML7詳細(xì)設(shè)計評審、ML13設(shè)計定型評審、ML14生產(chǎn)定型評審等評審。

飛機(jī)各研制階段與各成熟度等級的對應(yīng)關(guān)系具體見表2。

2.2 產(chǎn)品成熟度等級描述

確定了飛機(jī)全生命周期的產(chǎn)品成熟度模型，為實現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)制造等專業(yè)部門的多學(xué)科間的并行

協(xié)同飛機(jī)研制，還必須明確各專業(yè)在每個成熟度等級之下的工作內(nèi)容，以使彼此之間的協(xié)同合作關(guān)系一目了然。

表1 飛機(jī)各研制階段的主要工作標(biāo)志及數(shù)字樣機(jī)狀態(tài)

圖1 產(chǎn)品成熟度模型

表2 飛機(jī)研制階段與產(chǎn)品成熟度關(guān)系

各級產(chǎn)品成熟度等級下的主要工作內(nèi)容見表3。

表3 產(chǎn)品成熟度下的主要工作內(nèi)容

續(xù)表3

3 結(jié) 語

本文所提及的產(chǎn)品全生命周期成熟度模型，是飛機(jī)數(shù)字化研制工作推進(jìn)到一定階段的必然產(chǎn)物，或者說是數(shù)字化條件下進(jìn)一步縮短飛機(jī)研制周期、降低研制成本、提高研制效率與研制質(zhì)量的關(guān)鍵所在。只有在統(tǒng)一的產(chǎn)品全生命周期成熟度模型基礎(chǔ)上，全面展開各專業(yè)的相關(guān)研究工作，才可能實現(xiàn)大型復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)工程研制——飛機(jī)并行協(xié)同研制。

并行協(xié)同是一套設(shè)計技術(shù)與方法，更是一種管理理念。成熟度技術(shù)是實現(xiàn)并行協(xié)同的重要支撐，但要在產(chǎn)品研制全生命周期中開展并行設(shè)計，還需結(jié)合企業(yè)實際，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和管理制度，依托PLM軟件平臺讓并行協(xié)同工作更高效開展，最終實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、工藝/工裝設(shè)計和制造的并行協(xié)同。

[1]胡慶夕.并行工程原理與應(yīng)用.上海：上海大學(xué)出版社，2001，8.

[2]熊光楞.并行工程的理論與實踐.北京：清華大學(xué)出版社，2001，5.

[3]孫聰.飛機(jī)數(shù)字化研制基本體系和建設(shè)進(jìn)展.遼寧：沈陽飛機(jī)設(shè)計研究所，2007，12.