基于Teamcenter的航空發動機單臺份配置管理研究

■ 羅海東 陳芝來 / 中國航發動研所

（羅海東，中國航發動研所，高級工程師，主要從事AEOS標準體系建設和構型管理工作）

基于模塊化設計思想進行航空發動機產品結構規劃和構型項劃分，結合Teamcenter的有效性配置功能進行航空發動機單臺份配置管理，有利于提高設計構型的管控效率和準確性。

航空發動機研制過程中，需要完成多臺份核心機、技術驗證機到原型機的設計和試制。采用傳統的產品結構分解和目錄管理模式，或者簡單地以產品物料清單（EBOM）代替目錄，很難實現構型的清晰定義和工程更改的有效管控。借鑒飛機實施構型管理的經驗，結合航空發動機的結構特點，基于模塊化設計思想完成構型項劃分和產品結構定義后，應用業內常用的產品數據管理（PDM）系統Teamcenter的有效性配置功能，可以實現對每臺航空發動機產品設計構型的清晰定義和高效管控。

基于模塊化的航空發動機產品結構規劃

構型管理的核心就是維護產品數據在全生命周期內不斷演變的動態結構[1]。在PDM系統中，構型管理圍繞產品結構開展，當一個產品最初被設計出來時,該產品往往只有一個產品結構，即所謂的原型。隨著設計的改進或者客戶的需求會衍生出許多新的型別，產品結構擴展形成一棵產品結構類樹，即超級EBOM[1-2]，它包含了產品各型別的所有零部件組成，通過配置不同的規則將產品全生命周期各種構型和版本的設計數據進行關聯及管控。因此，產品結構規劃是進行構型管理的基礎，將直接影響產品構型控制的形式和過程；而構型項作為構型管理的基本單元與有效性定義對象，是進行產品結構規劃和實現單臺份配置的關鍵。

圖1 航空發動機EBOM層級結構

產品結構架構

為了便于構型管理和構型控制,目前飛機行業通用的產品結構規劃方式是基于模塊化設計思想,從設計和制造角度將產品劃分成合適的單元進行管理和設計生產[3-4]。該方法的核心是：將復雜的飛機/系統分解為一些在功能和接口上相對獨立的單元，作為構型管理的基本對象——構型項（CI），然后基于構型項對不同構型進行有效性定義，從而實現產品結構的扁平化和簡化更改控制。借鑒這種思想，結合航空發動機的特點，其PDM系統中產品結構架構（即EBOM層級結構）如圖1所示。

這種架構的主要特點是：頂層和配置層構成發動機的構型樹，主要是從功能角度進行分解和構建，在PDM系統中的數據對象（在Teamcenter中稱為Item）為虛節點，下面沒有設計數據；底層為發動機的設計層，在PDM系統中的數據對象為物理節點，對應每個CI的物理實現方案，掛不同設計方案（DS）的模型、圖樣等設計數據。

構型項分類

根據在圖1構型樹中的位置和作用，構型項相應地分為頂層構型項、底層構型項和連接構型項3類。頂層構型項處于EBOM層級結構的頂層，在Teamcenter中的Item類型為ETOP，它是反映產品結構并根據產品研制和結構特點分解下來的頂層模塊，其集成若干穩定的頂層構型項和/或底層構型項，僅提供該模塊所分解的構型項，且不受所分解的構型項的變化影響；底層構型項處于EBOM層級結構的配置層，Item類型為ECI，它是發動機構型樹中由頂層構型項分解下來的最底層，是構型管理的基本單元，一個底層構型項可能對應多種設計方案，設計方案在Teamcenter 中的Item類型為EDS；連接構型項也處于配置層，Item類型為ECI，用于表達頂層構型項和/或底層構型項之間裝配關系，并掛接同層級CI之間裝配用到的連接件模型或圖樣，不是構型管理意義上的構型項。

航空發動機構型劃分

構型項劃分需考慮模塊化設計、系列化發展、更改控制、綜合項目管理、綜合保障以及用戶需求等因素。構型項應具有較穩定的接口特性，下屬零組件的更改一般不會導致其互換性受影響。對于更改比較頻繁，或者需要進行單獨更改控制的零組件，一般單獨劃分為構型項。

航空發動機研制中，一般將以下項目作為構型項：外場可更換單元；用戶在發動機研制合同、產品需求文檔中有明確要求的項目；單獨采購和交付的成附件；在產品結構分解中不可拆分的組件；研制風險比較大，或者對發動機的壽命、安全等有重要影響的零組件；雖然可拆分，但由一些小零件構成的、具有獨立功能的組件；對發動機壽命、可靠性等有重要影響的小零件，如轉子間的連接、鎖緊螺栓螺母；各個構型項之間分散的裝配連接件，如標準件或非標連接件等小零件，打包作為一個連接構型項進行管理。

完成航空發動機構型項劃分及其模型/圖樣設計后，可按照圖1的產品結構架構，在Teamcenter系統中建立航空發動機整機EBOM。

Teamcenter有效性配置功能

Teamcenter是西門子公司的一款PDM產品，常用于國內航空發動機行業的產品數據管理。Teamcentr的有效性配置功能主要是通過在產品結構管理器中，對產品的EBOM應用版本規則和有效性規則進行實現。

版本規則

Teamcenter的每一種版本規則由多條版本規則條目組成，在進行版本規則設計時優先按順序有效的方式來配置不同條目之間的優先權。在Teamcenter的版本規則中，常用的條目及其功能用途主要包括：工作條目，用于選擇零組件的工作版本和指定所有權用戶或組，即那些沒有任何發放狀態的零組件版本；狀態條目，用于選擇已發放的具有特定狀態的零組件版本；最新條目，用于按照版本ID的字母數字順序、數字順序或創建日期順序來選擇最新的零組件版本；日期條目，用于指定要針對其進行結構配置的日期；單元編號條目，用于在通過單元編號有效性配置帶狀態的零組件版本時指定要匹配的單元編號，單元編號可以有選擇地由頂層零組件來限定；頂層零組件條目，用于限定在版本規則中指定的單元號或有效日期；分組條目，用于按相同的優先權對狀態條目和工作條目進行分組；精確條目，用于查看精確產品結構，在產品結構管理器中可以對產品結構中的選定裝配進行精確與非精確之間的切換；替代條目，用于在指定的快照文件夾中選擇各零組件版本來構建EBOM。

Teamcenter管理員一般會根據產品研制特點預先在系統中創建版本配置規則，產品結構設計人員通過使用這些版本規則來選用各零組件的適當版本以構建出特定的產品結構。

有效性規則

Teamcenter的有效性，指的是存儲在Item版本（ItemRevision）/事例（BOMLine/Occurence）上的一個對象，它保存了有效日期或者單元編號范圍、有效性數據創建者以及創建時間等，按照日期或單元編號來控制該版本或者事例的有效性范圍。對零組件Item版本/事例配置單元/日期范圍后，當EBOM頂層零組件的有效單元編號或有效日期屬于該范圍內時，該版本/事例將被選中顯示在EBOM中，否則將不會被選中從而不顯示在EBOM中。

根據依附對象的不同，分為版本有效性和事例有效性兩種：版本有效性用于控制零組件具體版本的選擇，而不是零組件本身，由于有效性數據是保存在版本上，與版本的發布狀態關聯的，從而可以用于配置構型項（尤其是連接構型項）不同發布版本對不同發動機臺份產品的有效性；事例有效性用于控制零組件的選擇，而不是零組件版本，由于有效性數據是控制零組件Item在結構管理器中的BOMLine是否顯示，從而可以用于配置不同構型項方案對不同發動機臺份產品的有效性。

圖2 同時包含多個方案的超級EBOM

圖3 第二臺發動機配置結果（只含方案1）

圖4 第六臺發動機配置結果（只含方案2）

航空發動機單臺份管理

完成航空發動機產品結構規劃及構型項劃分后，可以在PDM系統中，針對一個發動機型號系列建立一個超級EBOM，根據研制過程中的實際業務場景，配置不同構型方案對不同發動機臺份的有效性，然后通過超級EBOM，過濾生成單臺份EBOM及構型清單，作為每一臺份發動機的裝機和管理依據。

在Teamcenter中，基于有效性配置功能實施單臺份管理的方法及主要步驟如下：頂層構型項一般不進行配置，即針對整個型號研制的過程中，該結構一般保持不變；產生新構型時，在ETOP下創建新的ECI及EDS，然后應用事例有效性配置新ECI下EDS對不同發動機臺份（整機ETOP單元編號）的有效性；底層構型項的構型發生變化時，對ECI下的EDS及其設計數據進行換號更改，然后應用事例有效性配置方法，分別配置不同EDS對不同發動機臺份的有效性；EDS及其設計數據發生換版更改時，如果更改前的EDS被替代不需繼續使用，則采用最新版有效；如果不同版本的EDS需要分別裝機在不同的發動機臺份中繼續使用，可采用版本有效性配置方法，分別配置其對不同發動機臺份的有效性；零組件繼承其直屬上級EDS的有效性，不進行有效性配置，當發生換版更改時，采用最新版有效的控制方式；完成配置后，在EBOM中設置整機ETOP的單元編號，過濾生成單臺份發動機的EBOM，作為單臺份發動機裝機和管理依據。

以一型發動機為例，第一臺至第三臺發動機裝進氣機匣方案1，第四臺至第八臺發動機裝進氣機匣方案2，其有效性配置過程及單臺份裝機結果如圖2～圖4所示。圖2～圖4是一個簡化示例，不能代表實際的航空發動機產品分解結構。

結束語

基于系列化發展和模塊化設計的思想開展航空發動機產品結構規劃和構型項劃分，一個型號系列建立一個超級EBOM，應用Teamcenter的有效性配置功能定義構型項不同方案的有效性，最終過濾生成每一臺份發動機的EBOM及構型清單，能有效提高構型定義的清晰度、降低更改控制難度，有利于提升發動機研制效率。