飛機制造企業產品數據管理研究

□ 陽 波 □ 陳金平 □ 黨敏升

航空工業西安飛機工業(集團)有限責任公司 西安 710089

1 研究背景

產品數據指產品在研發、制造、銷售、售后服務全生命周期不同階段產生及應用的所有數據,是制造企業生產組織和管理的核心資源。構型管理是在產品全生命周期內,以產品結構為組織方式[1],將各階段產品數據關聯起來并進行有效管控,確保產品數據一致性、有效性、可追溯性、標準化的管理。產品數據管理以信息化技術為基礎,以產品為核心,實現對產品相關的數據、過程、資源一體化集成管理,可確保數據完整、準確、及時、可靠、無冗余、廣泛共享,支持企業高效、低成本生產運營[2]。

飛機研制技術含量高、系統復雜、周期長,對研制管理工作要求極高[3-4]。飛機研制有鮮明的行業特點:① 多品種，小批量，產品復雜等;② 產品數據多樣,各機型數據來源、要求、格式及發放模式不統一;③ 各機型產品數據管理方式、環境存在較大差異。采用多場所異地協同制造的研制模式,對飛機產品數據的準確性、實時性提出了更高的要求,對飛機制造企業產品數據的統一管理也提出很大挑戰。可見,研究飛機產品全生命周期各階段相關業務對數據的需求,分析各類數據的特點,建立一套產品數據管理機制,將飛機產品的研發、制造、銷售、售后服務有機聯系在一起,使各部門的活動協調一致,形成一個科學、高效的運作整體,可以提高企業整體效益,為飛機企業實現利潤最大化提供有效的數據支持[5]。

2 存在的問題

目前,我國飛機制造企業，特別是各主機生產企業都在不同程度上應用信息化系統，來實現制造的集成化和信息化。在應用諸如計算機輔助工藝設計、產品數據管理、制造資源計劃等系統后,數字化制造取得了一定的成果,生產水平有了較大提高[6-7]。現有的信息系統雖然在產品設計、工藝設計、文檔管理等方面滿足了企業的需求,但是在產品全生命周期的數據管理方面還有很多不足,實際應用中仍缺乏對產品數據在全生命周期中的狀態變化及邏輯關系研究。飛機制造企業產品數據管理主要存在四方面問題。

(1) 對數據缺乏全生命周期管理的規劃。隨著產品數據管理、制造資源計劃等信息化技術在飛機數字化研制領域應用程度的提高,產品生命周期不同階段會產生各種不同的物料清單,各類物料清單獨立存在于企業的各個信息系統中。當數據發生變更時,物料清單通過串行的方式實現,數據的一致性及物料清單發布的效率很難得到保證[8-9]。產品數據在研發、制造、銷售、售后服務全生命周期傳遞過程中,對信息系統的需求、功能、資源缺乏統一規劃,導致產品數據管理集成和協同程度低、效率低。當前，飛機產品多場所分離的協同研制模式使此類問題更為突出。

(2) 業務流程未完全通過信息化系統貫通。雖然對產品設計、工藝設計、工裝設計、物料管理、生產計劃管理、生產執行管理、供應商管理、售后管理等進行了規劃，并建立了相應的信息化系統,但是各系統之間缺乏有效的集成,不利于各系統之間的數據傳遞和交換。部分系統之間數據傳遞依靠手工擺渡,難以保證數據的完整性、準確性和及時性,導致部分數據存在冗余缺失。

(3) 部分數據結構化不徹底。飛機產品雖采用協同平臺進行數據管理,但由于設計物料清單來源于不同的設計部門，導致數據格式屬性不一致,既有結構化數據，也有非結構化文檔、圖紙等數據，這些數據在協同平臺同時存在,模式不統一。技術單、拒收單產生的零組件,以及成品、線纜接插件、標準件等未進行結構化管理,未遵循單一數據源原則。頂層工藝設計未對拒收單新增的零組件進行管理,經常出現生產現場各機型數據需要人工核查一致性的問題。

(4) 缺乏相應的數據管理行業標準。數據管理缺乏相關的標準規范體系,不能有效指導產品全生命周期的數據管理。

3 產品數據管理方案

3.1 管理原則

以物料清單為主線,基于單一產品數據源,對飛機產品全生命周期中不同階段產生的數據進行有效管理。單一產品數據源是波音公司在構建、實施飛機構型控制與制造資源管理計劃時提出的,通過建立產品數據的邏輯聯系,將物理上分布的產品數據形成邏輯上的統一整體,為產品數據的訪問與操作提供唯一的數據源,體現了建立在分布式系統基礎上的集中式管理思想。單一產品數據源的建立和實施能夠保證企業產品數據多流向與各節點數據同步,以及產品數據的完整性、正確性、及時性、安全性。單一產品數據源技術原理如圖1所示。

3.2 飛機產品數據流框架

飛機產品研制過程中，會產生六種物料清單,分別為設計物料清單、工藝物料清單、制造物料清單、生產物料清單、交付物料清單、售后物料清單。其中，制造物料清單根據設計物料清單和工藝物料清單構建,生產物料清單、交付物料清單、售后物料清單等都依據制造物料清單構建。可見,需要建立以制造物料清單為核心的產品數據管理系統。飛機產品數據流框架如圖2所示。

設計物料清單是工程設計組織創建的產品結構樹,反映產品設計的意圖和內容,存儲工程產品及組件的結構關系與數量信息,是產品工程數據的組織架構。設計物料清單描述產品的設計屬性和裝配層次關系,包括節點基本屬性、三維模型、二維圖樣、相關文檔等，在層級劃分上包括機種層、機型層、專業層、構型配置層、零部件層等。設計物料清單是設計部門向工藝、生產、采購等部門傳遞產品數據的主要形式和手段,是產品數據的源頭。

工藝物料清單是產品工藝規劃階段的物料清單,在不含標準件設計物料清單基礎上添加工藝組合件、零組件分工路線，依據設計文件對非結構化的設計數據進行整理,如技術單、拒收單新增件、成品等,是進行工藝任務分工和工藝文件編制等工藝準備的基礎。工藝物料清單對于組織工藝設計、安排生產計劃、制定采購計劃都具有重要作用,是生產拉動計劃、物料需求計劃及成本核算的依據。

制造物料清單包含產品所有的裝配、制造零組件,反映工藝裝配關系是否符合工程設計要求。制造物料清單在工藝物料清單的基礎上,經過工藝規劃,增加資源信息,并按生產模式重新構建裝配關系。制造物料清單包含所有的零組件、標準件、成品、材料等組成單元，以及裝配關系和數量配套關系。

生產物料清單通過提取單架機制造物料清單,實時獲取計劃、完工記錄、質量記錄等過程追溯信息，包含產品的層次結構類信息、物料信息、資源信息、工時定額、材料定額等。

交付物料清單在單架機制造物料清單基礎上,添加質量信息、偏離等，形成完整的產品最終狀態物料清單,代表產品的最終狀態。

售后物料清單表示飛機的外場狀態信息,以設計物料清單、交付物料清單為基礎,由售后服務部門建立符合飛機產品支援工程特點的飛機產品結構,以這一產品結構為核心組織服務工程過程中產生的各類數據,并且與工程更改流程結合起來,主要數據包括備件信息、飛機維修維護所需的資源信息等。售后物料清單的構建是保證在役飛機服務構型數據一致性及完整性的基礎。

目前,企業信息化中往往各系統獨立存在，如何在多系統的環境下實現產品信息共享,解決物料清單在多系統中的集成一致性及時效性等問題，顯得尤為重要。基于貫穿企業信息過程的物料清單信息流,實現企業的多信息系統集成,可以達到數據共享,提高數據傳遞時效性和準確性的目的[10]。

4 產品數據管理實施

4.1 措施

實施飛機產品數據管理的措施主要有三點。

(1) 完善業務流程。以物料清單數據為主線,對各業務領域不同階段產生的數據進行組織管理,對各業務領域數據產生及使用流程進行優化,形成合理、可靠的產品數據鏈。

(2) 完善產品數據管理文件制度體系。明確產品數據管理內容，規范產品數據管理流程，確定產品數據生成、管理、應用、維護、安全等方面的職責。

(3) 完善信息化平臺。依據確定的產品數據管理方案和產品數據管理規范制度,提出產品數據管理平臺所需要的功能，并進行完善。

4.2 內容

(1) 設計制造一體化模式機型。設計構建面向制造的設計物料清單。在頂層規劃時,完全繼承所有設計物料清單屬性,并在設計物料清單基礎上增加工藝路線及工藝零組件,將設計物料清單與工藝物料清單合二為一，形成工程設計物料清單,作為制造物料清單的唯一數據源。以設計物料清單為輸入,按消耗式構建全機制造物料清單數據,包含頂層裝配單元，以及裝配單元下所有的零組件、標準件、成品、材料等。

(2) 設計制造分離模式機型。構建完整的全機結構化工藝物料清單,基于現有結構化設計物料清單,依據圖紙、技術單、拒收單添加新增零組件和成品數據,或者調整相關零組件的有效性,形成符合設計圖紙要求的完整工藝物料清單數據,作為構建全機制造物料清單的數據輸入。以工藝物料清單為輸入,自頂向底消耗式統一構建全機制造物料清單,包含裝配單元、裝機部件、裝機零組件、零件等,生產單位按構建好的制造物料清單編制裝配指令。某飛機產品全機結構化工藝物料清單如圖3所示，其中，P1為裝機部件,P2、P5、P6、P7、P8為裝機零組件,P3、P4為零件。

5 結束語

飛機的研制技術含量高、系統復雜、周期長,只有有效實行全生命周期各階段物料清單的統一管理,才能對整個飛機的研制過程和構型進行有效控制。筆者對飛機制造企業產品數據管理進行了研究，打破了傳統物料清單串行管理方式,實現對整個飛機產品全壽命周期物料清單數據的結構化管理。這樣做可以為飛機制造企業的研制過程管理和信息化建設提供有效數據支撐。