軍用飛機大修中數字化工藝系統應用

杜永華 韓梁 邱蕾蕾

摘 要 基于PLM平臺和IETM結構化編輯器，構建飛機大修業務流程的結構化模型并設計優化飛機大修數字化工藝開發模型，搭建了工廠飛機大修數字化工藝系統;建立了大修飛機單架次維修物料樹，重構了結構化修理技術工藝文件生成模式，采用了工序作業結構化回填，引入了更豐富多元的工藝素材和更完善的物料、資源引用功能，實現各類技術工藝文件的結構化、模塊化設計與應用，大大提升了工廠大修保障能力和修理質量。

關鍵詞 飛機大修;數字化工藝;物料樹;工序;結構化

引言

軍用飛機大修是飛機裝備等級最高、技術最復雜的修理[1]。目前大修過程中，主要依靠技術人員對修理中涉及的頂層技術文件、工藝規程以及操作工卡進行協調管理，各層文件結構上相互獨立，技術、工藝文件的管理需要耗費大量的人力成本和時間成本，且容易產生人為差錯[2]。隨著計算機技術的發展，通過信息化手段對技術、工藝文件進行結構化開發和標準化管理廣泛應用[3-5]。數字化工藝系統能夠實現物料、工藝路線、零件配套、工裝設備、人員資質等資源的協同定義與管理，從而全面提升工藝設計能力、工藝管理水平，有效縮短工藝準備周期[6]。軍用飛機因其技術難度大、技術狀態多、多學科集成的特點大大增加了其在大修時技術、工藝文件管理的難度[7]，所以，必須借助信息化手段建立軍用飛機大修的數字化工藝系統，實現技術、工藝文件及其資源的統一管理和關聯使用，減少人為參與，提高效率同時降低錯誤率。

本文著眼于工廠工藝體系建設，兼顧未來新機技術發展趨勢，在已搭建產品全壽命周期管理（PLM）系統基礎之上，引進交互式電子技術手冊（IETM）系統，構建飛機大修業務流程的結構化模型并設計優化飛機大修數字化工藝開發模型，搭建了工廠飛機大修數字化工藝系統，實現各類技術、工藝文件的結構化、模塊化設計與應用，有效提升工廠大修保障能力及維修質量。

1 大修業務流程的結構化模型

隨著計算機技術的發展，傳統飛機設計、生產過程中所依據的二維圖紙和紙質文件已逐漸被三維模型所取代，這使得飛機設計數據本身高度結構化和系統化。現代飛機設計和制造普遍采用CATIA軟件進行三維建模，形成從系統到結構再到零件的樹狀數據結構，為形成基于物料樹（Bill of Materiel，簡稱BOM）的飛機大修業務流程結構化模型提供了先天條件。在設計數據已完成結構化的基礎上，整合優化工廠現有大修業務流程，形成飛機大修業務流程結構化模型如圖1所示，包括設計數據接收、工藝開發、工程應用、實例化生產四個階段。

第一階段是建立設計物料樹（Engineering Bill of Materiel，簡稱EBOM），然后將接收的飛機產品數模、圖樣、制造技術條件、技術單、更改單等設計技術資料按對應關系掛入EBOM，實現原始調入材料的結構化，便于大修工藝開發使用。搭建EBOM的工作，并不是設計工作，而是在還原設計單位對裝備結構的定義。

第二階段是建立維修物料樹（Service Bill of Materiel，簡稱SBOM），并在其基礎上開展工藝開發，是飛機大修技術準備階段，也是核心階段。SBOM根據飛機全壽命周期所有維修需求在EBOM的基礎上提取搭建，是工藝素材掛靠、維修工作定義的基礎。對于維修企業而言，SBOM是將所有核心技術數據組織起來的一個中性的總框架。產品的某項維修工作是為了保障產品的某些特性，針對維修工作制定具體方案任務，編制相應工序確保產品功能、性能滿足使用。產品特性的集合就是該產品的修理技術條件，而產品功能、性能恢復的所需開展的工序集合則為工藝規程。

第三階段是針對機型建立維修服務樹，維修服務樹就是飛機特定維修周期所需的所有維修工作的集合。根據維修服務確定維修范圍和維修方案，維修范圍就是特定維修周期內需要開展維修工作的所有維修單元及維修物料的集合，在其上可以定義該物料及其附帶項的分解責任單位、主要修理責任單位和安裝責任單位（工藝分工和工藝路線）;維修方案就是完成維修工作所需的工藝任務及其相應工序的集合。

第四階段是根據現場生產對維修方案進行實例化排產。

2 大修數字化工藝開發設計

2.1 傳統工藝開發模型

圖2所示為飛機大修傳統工藝開發模型。工藝開發的主要載體為紙質文件，過程中各階段結構上相互獨立，過程中的一致性依賴技術人員人為保證，數據復用程度低，技術要求追溯困難，容易產生人為差錯。如發生技術要求變化，需對所影響文件進行多次重復更改，容易造成各技術、工藝文件內容相互之間不協調。

2.2 數字化工藝開發模型

工廠飛機大修數字化工藝開發模型如圖3所示，主要包括資料調入、明確技術要求、保證和完善技術要求、具體實施四個階段。該模型的核心是通過IETM編輯將飛機產品性能、參數和其它技術要求轉化為特性，形成結構化數據對象，以引用連接的形式實現技術條件到工序的橫向聯系，可以有效保證廠內技術、工藝文件數據源統一，提高數據復用程度，大大減少技術人員對技術、工藝文件的重復編輯情況，提高效率同時降低錯誤率。此外，數字化工藝特點是實現了數據的結構化、模塊化，根據使用需求可以將數據對象的顆粒度進行細化，一旦技術要求、工藝方法發生變化，只需對單個特性或單個工序進行更改，避免了技術、工藝文件的整本換版，實現了工藝開發的化零為整。

3 大修數字化工藝系統應用

3.1 數字化工藝系統搭建

工廠飛機大修數字化工藝系統是基于產品全壽命周期管理（PLM）系統，結合引進裝備交互式電子技術手冊（IETM）系統建立起來的。PLM平臺用于建立基于BOM的修理工藝路線（結構）規劃和設計系統，為生產提供結構化工藝路線基礎數據，保證數據源的統一，減少工藝設計和生產準備時間。在相應特性、工序節點創建接口，通過IETM交互式編輯器完成模塊化、結構化、三維可視化的工藝設計與開發，實現型號工藝的設計、發布及工藝各環節的關聯性，支持快速關聯查詢產品設計數據。

3.2 數字化工藝系統功能

（1）建立大修飛機單架次維修物料樹，按架次、產品和特定周期派生維修服務、維修范圍和工藝任務，便于記錄產品使用情況、故障信息和修理情況，為實現飛機大修單機狀態管理奠定了基礎。此外，還可以根據生產實際調整工序顆粒度，組合優化工藝任務，盡量避免工藝任務之間的強交聯，優化生產周期，提高設備利用率，以達到產能的最大化。

（2）引入特性、工序、工步等結構化對象概念，重構修理技術工藝文件生成模式（如圖4所示），實現修理技術條件、工藝規程的模塊化、結構化編制，提高工藝設計開發效率。同時，通過IETM編輯實現技術、工藝文件內部數據模塊的網絡化關聯引用，使得彼此憑借橫向關系形成了若干條依據鏈，大大提高了數據同源程度，實現修理技術要求的全程可追溯和落實檢查。

（3）通過在特性編輯過程中創建條件值、特性值數據類型，自動生成結構化回填，能夠在工序中直接引用。在實際生產作業時，可以實現回填值與特性默認值的自動比對，有效避免了以往紙質工卡操作人員誤填、漏填的情況。同時能夠實現系統自動拾取回填數據，為后續開展故障信息統計、分析，實現大數據維修奠定了基礎。

（4）支持二維熱點、三維動畫等更加豐富多元的工藝素材和壽命件、配套項等物料引用及設備、工具、人員資質等資源引用功能，實現現場工卡無紙化、交互式和設備集成化應用，更好地滿足現場對工藝、工卡的使用需求，更充分地發揮工卡在作業指導、資源拉動、信息反饋、過程記錄等方面的作用。

4 結束語

飛機大修數字化工藝系統的應用大大提升了工廠維修保障能力：①建立了大修飛機單架次維修物料樹，為實現飛機大修單機狀態管理奠定了基礎;②重構了結構化修理技術工藝文件生成模式，實現修理技術要求的全程可追溯和落實檢查;③采用了工序作業結構化回填，為后續開展故障信息統計、分析，實現大數據維修奠定了基礎;④引入了更豐富多元的工藝素材和更完善的物料、資源引用功能，實現現場工卡無紙化、交互式和設備集成化應用。

參考文獻

[1] 中國人民解放軍空軍裝備技術部. 空軍航空工程辭典[M].北京：中國科學技術出版社，1998：217.

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[3] 劉洋，徐寅，王津，等.航天數字化裝配工藝研究[J].現代制造技術與裝備，2016，233（4）：63，78.

[4] 柏占偉，胡韶華，范奇恒，等.航天產品數字化工藝快速編制方法及其應用[J].科學技術與工程，2016，33（16）：232-238.

[5] 胡權威，胡光龍，李瀟，等.基于全三維的數字化工藝信息集成與智能工藝設計[J].航天制造技術，2017，2：52-57.

[6] 陳劍.基于PLM系統的數字化三維制造工藝平臺建設及應用[J].鐵道機車車輛，2016，36（5）：48-61.

[7] 陳振，賈曉亮，任壽偉.飛機大修工藝流程研究現狀與展望[J].航空精密制造技術，2017，53（1）：38-42.

作者簡介

杜永華，男，寧夏中衛人;畢業院校：西北工業大學，專業：固體力學，學歷：碩士研究生，助理工程師，現就職單位：國營蕪湖機械廠，研究方向：飛機結構修理、軍用飛機大修相關研究。