基于PLM的通用飛機一體化工藝設計及管理

李梅

摘 要 通用飛機一體化工藝設計受到了廣泛的關注和重視，基于PLM的通用飛機一體化工藝設計與管理自然進入公眾的視野。文章首先介紹了通用飛機及其國內外發展情況，而后對其業務開展情況進行了介紹，之后對基于PLM的通用飛機一體化工藝設計及其優勢進行了分析，最后探討了基于PLM的通用飛機一體化工藝設計的應用。文章的撰寫對于未來通用飛機工藝設計提升工作具有重要指導意義。

關鍵詞 PLM；通用飛機；工藝設計；管理

中圖分類號 V2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）213-0148-03

1 通用飛機及其國內外發展情況

通用飛機就是指那些用于通用航空飛行的飛機。一般來說，通用飛機的用途十分廣泛，它能夠水陸兩用。

從類型方面來說，通用飛機可以分為大型渦槳飛機、旋翼機飛機、固定翼飛機、超小型飛機等，不同飛機的結構也存在較大的不同。

按照功用，通用飛機可以分為公務機、農林飛機、運動飛機以及多用途飛機等。相比國內來說，國外通用飛機發展較快，比較知名的通用飛機制造商有西銳公司、歐洲的直升機公司、賽納斯飛機公司等，這些公司的迅速發展推動飛機制造技術的大幅提升，也為我國飛機制造業發展提供了重要的借鑒。

中國航空工業集團公司是當前我國非常有名的通用飛機制造商，近年來的產品類型也在逐漸增加，代表性產品有直升機9系列、直升機11系列、海鷗300系列等，品牌度不斷鞏固。

作為世界上第二大民航市場，中國通用航空行業的發展雖然呈現出良好的態勢，但是也面臨一系列限制性因素的影響。如空中區域管制因素就從某種程度上影響了我國航空行業的發展。

早在2010年左右， 國務院就出臺了《關于深化我國低空空域管理改革的意見》，這逐步開放了我國的低空空域，為通用航空產業的發展提供了良好的條件。另外，國家也將通用航空行業列為當前的戰略新興產業，并置于發展重要位置上。

2011年是我國通用航空發展歷史上十分關鍵的一年，更是通用航空產業發展的元年。此后幾年之內我國通用航空產業迎來歷史性發展變革。通用航空產業發展是一個復雜的體系，包括飛機產品的設計工作、生產與制造工作、運營工作、飛機產品制造代理服務工作、飛機制造培訓工作等，通用飛機的發展為通用航空業的發展奠定了良好的基礎。美國是當前通用航空業發展最為發達的國家，這也得益于其通用飛機制造業的快速發展。

美國通用飛機數量超過23萬架，通用航空機場有1.9萬個。而初步估計，當前國內通用飛機的保有量為1 000架以上，通用機場僅有70個左右。由此可以看出，我國通用飛機數量較少，其中大部分的產品都從國外引進。

國內通用飛機領域的發展存在很多問題，如產品結構不合理、行業發展規模相對較小、產品型號不多等。近幾年，隨著國家經濟的穩定發展，各地政府也高度重視通用飛機行業的發展，國家利好政策也不斷出臺，中國通用航空產業也迎來良好的發展機遇，由快速發展階段進入全面發展階段。當前市場經濟的發展也對通用飛機產品提出了更多的要求，通用飛機的數量需求量不斷提高。據統計，未來我國通用飛機的需求量將突破10 000架，將會為我國經濟發展提供重要支撐。

2 通用飛機的業務發展情況

通用飛機研究院主要負責通用飛機的設計，當然之前已有的設計協同平臺VPM也發揮著十分重要的作用；通用飛機的分包平臺負責發放研究院對外部供應商所提供的相關數據。目前通用飛機華南公司已經實施了Windchill項目，但由于數據同步問題（數據規范性等原因）項目進行過程中目前僅實現了兩家各類文本類的技術文件的全周期管理，TA600產品數據無法順利導入。

由此說明，通用飛機設計過程中數據管理層面所開發的功能并沒有得到充分的應用。隨著通用飛機型號研制及適航取證工作的深入開展，現有業務管理中存在的很多問題也逐漸暴露出來，如設計環節與制造環節分離、信息化系統及其各部分子系統之間沒有實現一體化整合、多專業數據設計導致數據不統一、更改源頭分散、外部協同職責不統一、設計制造符合性不高、人工介入工作量大等問題，這都影響了型號取證、生產許可取證等工作的開展和正常的設計進度。

就目前來說，我國通用飛機設計的關鍵點在于如下幾個部分。

為了進一步優化結構設計，通用飛機設計多采用整體化的設計模式，采用整體成型的部件，有效地減少零件或者模具的數量，從而減少工裝數量，降低成本投入。有效地降低復合材料使用結構能夠幫助結構減重，降低其成本。通用飛機設計過程中使用整體成型技術，能夠進一步發揮復核材料的優點和特點，保證低成本技術投入。這種成型技術能夠幫助零件加固，降低了設備的使用成本和工時，減輕結構質量，降低飛機制造成本。國外飛機產品的制造過程中多是采用整體設計技術，從整體入手進行飛機設計。

飛機產品的機身結構主要由兩部分通過膠連接而成，力求實現結構的整體化和最優化。但是，在產品設計過程中，要考慮結構設計、產品生產工藝、產品維修等因素的影響，要保證設計環節和工藝環節相分離。

為了保證連接合理，產品設計過程中多使用復合材料進行連接。由于復合材料具有向異性和脆性的特點，材料的應力集中效應更為突出，連接部位很容易發生損壞。復合材料這一缺陷性的存在會影響產品結構的完整性，為了降低成本投入，產品設計過程中多使用一些低成本的負荷材料進行結構設計。在材料使用之前，要通過可靠的檢測技術，對低成本負荷材料結構的質量進行檢測，并將結案結果當做材料可靠性與否的關鍵標準所在。對材料的檢驗也能夠為后續飛機工藝分析提供重要的參考。就目前來說，無損檢測技術與復合材料結構快速制造技術已經受到了廣泛的關注，也是提高通用分級復合材料生產效率的關鍵點所在。

當前，通用飛機復合材料的結構形式日漸復雜，結構規模也不斷提升，復合材料結構也在向著模塊化方向發展。

3 基于PLM的通用飛機一體化工藝設計及其優勢

基于PLM的通用飛機一體化設計，應用設計和工藝一體化的PLM平臺，能夠有效地改變過去設計平臺中數據繁雜、管理難度較大的不利局面，從而構建高效的信息化數據管理平臺，進一步提高通用飛機設計開發的效率，使得產品的研發周期進一步壓縮。產品設計過程中能夠進一步落實通用飛機質量管理體系的研發要求，進一步延續通用飛機企業的知識財富，提高通用飛機產品設計的標準化和通用化程度，有效地降低產品的研發與設計成本，幫助企業形成良好的文化，提升企業的綜合競爭力，為通用飛機企業的發展創設了良好的管理平臺。

基于PLM通用飛機設計主要具有如下幾個方面的優勢：

第一，這種設計方式能夠應用一體化條件下的BOM管理。產品設計在項目類下組織相關產品，產品下組織零部件結構。產品的零部件結構圖為三視圖，有設計視圖、制造視圖和工藝視圖，不同視圖下零部件結構關系不會發生交叉影響，因為零部件是唯一的。在設計過程中，工作人員要從數據模型中調取產品的結構，從而形成合理的設計視圖，之后產品設計方案的所有改變和調整都要體現在設計視圖上。調整之后，設計視圖會將結構調整自動反饋到制造視圖和工藝視圖之中。制造視圖又將信息傳遞給生產ERP系統，系統在準確數據支撐下開始制造；工藝視圖能夠依據信息編制工藝，并允許技術部門在合理范圍內調節產品的結構關系。

第二，這種設計方式能夠實現一體化的工藝管理。這種設計方式將零部件作為基本的管理單元，并在其下組織工藝數據，從而保證統計報表數據真實。統計數據內容較多，包括工序工時數據、材料定額數據、設備數據等，通過這些數據，工作人員就可以編制出關鍵工序目錄、表面零件處理目錄、產品目錄以及材料匯總等，這都為后續設計工作奠定良好的基礎。

第三，這種設計方式有利于加強一體化條件下的工裝管理。通過建立企業級的工裝設計資源庫，通用飛機的設計人員能夠在PDM系統中重新構建工裝設計資源，形成結構。按照工裝設計專業化分類，也能夠形成統一的通用飛機工裝設計資源庫，有利于實現工裝參數化管理。在對應工裝產品下，工裝零件和工裝圖紙或者數據模型之間就會形成合理的鏈接關系。為了便于下游工藝車間查詢相關信息，設計人員從飛機項目發起工裝品種申請表。

第四，這種設計方式有利于實現一體化條件下的數據挖掘。產品數據包括各種電子數據如采購數據、銷售數據、生產數據等都能夠快速查詢到，這能夠縮短設計周期，提高產品生產制造的效率。

總之，在集團公司支持指導及CAXA實施團隊的通力配合下，基于PLM的通用飛機設計成為我國航空裝備行業信息化樣板，設計過程相對較快、效率較高，能夠有效地扭轉公司目前的管理狀況，也能夠進一步優化業務流程，推動產品創新，進一步提高產品的核心競爭力。這種設計方式有利于公司的長遠健康發展，也為通用飛機設計提供了專家級的解決方案，能夠為其他企業發展提供重要借鑒。

4 基于PLM的通用飛機一體化工藝應用情況

近年來，隨著技術的不斷發展，很多西方著名飛機公司都重視飛機快速工藝準備技術的研究，并實現了基于2D技術和2D-PLM技術的集成應用，形成了電子工作指令，也實現了工藝數據的共享。部分飛機公司還形成了3D-PLM的工藝準備系統集成應用，形成了包括產品設計、工藝準備和產品生產在內的相對完整的集成應用模式，極大地推動了新型飛機的研制和型號的改造，提高了飛機制造工藝的設計效率和驗證效率，也極大地縮短了產品的生產周期。例如，波音公司在原先B787飛機架構集成上，形成了整機3D虛擬裝配仿真和驗證技術，將可能發生的設備變更盡可能減少，同時也進一步壓縮工藝規劃時間。該技術的使用將縮短50%的裝配周期，縮短30%以上的工藝設計周期。

隨著現代集成技術和信息化技術的不斷發展，我國航空制造業也呈現出良好的發展態勢，3D的PLM技術也為企業產品設計創新和數字化設計制造提供了重要支持。這也對工藝資源和制造數據的管理模式造成了重大的影響。國內部分研究院也高度重視3D工藝準備技術研究工作，開展相應的研究，包括虛擬裝配工藝規劃系統、3D定量化工藝建模與工藝設計、基于三維CAD的集成化CAPP系統研究等。當前我國通用飛機制造企業的工藝設計和管理工作水平都大幅提高，2D-PLM的CAPP的應用有效地解決了制造企業工藝編制、信息共享和數據管理的問題，也提升了工藝系統的工作效率。

以3D模型為基礎的產品數字化設計與制造技術的推廣，工藝設計和管理工作能夠利用3D進行設計，有效地繼承和重用了豐富的3D模型資源和設計結構，基本實現基于產品3D模型的工藝準備過程與設計、生產的協同和集成，能夠滿足飛機產品的快速研制和生產需要。對于提高我國飛機產品的快速研制和生產能力，縮短產品研制周期，提高產品質量，降低制造成本具有重要的現實意義。

5 結論

為了實現產品的低成本、高質量，工藝設計作為其中重要的一環，必須提高其管理水平，然而因為通用飛機一體化工藝管理的復雜性，工藝文件的繁雜多樣以及多部門之間的流轉，使得工藝文件的完整性、正確性和統一性很難得到保證，造成企業為工藝文件殘缺、版本混亂以及工藝設計與工藝現場文件不統一等因素所困，同時造成工藝設計人員資料查找困難，浪費大量時間在設計工作之外。據一組研究數據表明：大多數應用工程師在真正的產品設計上僅花費25%的時間，然而卻有30%～35%的時間花費在尋找設計所用的數據。本文對基于PLM的通用飛機一體化工藝設計和管理進行深入分析，并總結其優勢所在，并對其發展趨勢和應用現狀進行分析，這對于未來飛機一體化工藝設計效率的提升都具有十分重要的意義。

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