航空發動機產品結構管理初探

■ 白明 / 中國航發

產品結構（PS）管理是構型管理的核心。針對高度復雜的航空發動機，產品結構管理可以提升產品相關業務流程的透明度和靈活性，并改善產品成本效益。

在產品全生命周期管理中，企業需要用一套有效的機制來控制和跟蹤與產品相關的復雜數據和信息，以支持產品開發、提升產品質量、實現客戶期望、滿足適航要求，這套機制就是構型管理（CM）。從業務流程的角度看，構型管理主要包括構型標識、變更控制、狀態核算和構型審計等4方面內容。構型管理的核心是產品結構（PS）的管理，前者所涉及的有效性管理、基線管理、更改管理、標識管理等都是圍繞著后期的要素來進行的。

產品結構的建立

產品結構是產品相關業務和技術數據的有序集合，它通過對復雜產品的分解，支持流程更改、數據交換和數據追溯。產品結構描述了業務和技術數據之間的關聯關系，為不同專業提供所需的信息和相關支持。

在航空發動機研發的各個階段，不同的業務主體（銷售、設計、制造、項目管理、維修等）所需的產品結構信息并不相同。因此必須采用一種通用的產品結構模式，使各個業務主體可以根據自身需要獲取相應的信息。這種產品結構模式一般分為頂層、配置層和底層3個層級，每個層級又可以分為不同的子層級，如圖1所示。

圖1 發動機產品結構組成示例

其中，頂層用來組織、建立、管理發動機的產品結構，通過頂層的結構分類，可以迅速調閱、查找底層的零組件。這一層結構基本不會發生變化，是虛的節點，主要用于管理下屬功能。一般來說，在設計階段，頂層結構主要按照專業來進行劃分，用來在設計階段進行各個專業的設計工作。在制造和裝配階段，產品結構的頂層與設計階段的完全不同，裝配的產品結構是發動機的物理分解，是發動機的制造、工藝分解，完全采用以裝配為導向的產品結構建設方式。

配置層主要通過建立構型項（CI），實現產品的有效管理和變更控制。向上，這一層級的構型項是頂層的管理節點；向下，從設計方案（DS）掛接了產品的裝配和零件，管理零組件（三維模型和圖樣）。因為航空發動機產品的復雜性，難以用一個實體來進行構型管理，因此要分解到更小的要素，例如，大部件、工作包、組件裝配等。這些要素就成為構型項（CI），在產品結構的建立過程中，需要用分解的流程選擇 CI。這種自頂向下的流程應該將整個發動機分割成邏輯關聯關系、集合關系，包括硬件、軟件、加工的材料、服務或它們的組合。設計方案（DS）主要是定義和分析CI所要求的方案，一個CI有可能會有多個DS。

底層是DS管理的節點，主要由模型和圖樣組成。這一層主要為工程管理層，設計模型和圖樣在這一層通過構型項來進行統一管理。

產品結構和物料清單的差異

物料清單（BOM）屬于設計數據集的管理范圍，它基于圖樣集及其組件的屬性進行更新，主要用產品結構的要素進行創建，如圖2所示。

圖2 BOM和產品結構的關系

航空發動機的圖樣集由BOM、工程更改單、三維模型、二維圖樣以及技術文件組成。其中，BOM含有已定義的要素、要素組成、用于零件制造和裝配的全部重要信息的文件（如有圖樣清單、應用材料、防護處理、互換分類等列表信息）。

一些企業經常把不同階段的產品結構的視圖管理稱為BOM管理，例如需求BOM、設計BOM、工程BOM、工藝BOM、服務BOM等，嚴格地講，這種稱謂是不準確的。根據BOM的定義，它一定會包括零件、數量、成本等信息，因此需求BOM的稱謂無法滿足這樣的定義要求；而早期設計階段的設計模型主要由點、線、面來組成，也無法滿足此定義的要求。

實際上，BOM主要指的是工程BOM（EBOM），而不同階段的產品結構和模型應該用產品結構視圖來管理。例如，在初步設計階段采用按照定義的結構（As-Defined）視圖，在詳細設計階段采用按照設計/工程的結構（As-Designed）視圖，在工藝階段采用按照計劃的結構（As-Planned）視圖，在制造階段采用按照準備的結構（As- Prepared）視圖等。

產品結構的變化

航空發動機的產品結構在設計、制造、裝配、維護過程中并不是一成不變的，在不同階段會發生不同的改變。它的變化過程有其內在的邏輯和關系，如圖3所示。在設計階段，頂層采用設計產品結構來管理和掛接設計階段的配置層，以及底層的裝配和零件。到了制造階段，頂層就要采用制造（裝配）產品結構來管理和掛接制造階段的配置層，以及底層的裝配和零件。

圖3 航空發動機的產品結構變化過程

航空發動機在制造和裝配階段的頂層是組件裝配（CA）。CA是管理節點，是可配置的物理交付物，它是物理性裝配交付物而不是松散套件，向下掛接CI。CA反映了不同的裝配流程，也就是說，不同的裝配流程通過CA來實現。每個裝配流程的所有者負責建立和跟蹤CA構型，直到交付客戶。

對于配置層也是一樣。設計階段的頂層和設計配置項、設計方案，一起組成了完整的設計產品結構（As-Defined視圖）。按照構型管理的單一構型原則，配置層最好不變，但是隨著設計階段向制造階段的發展，設計階段配置層與制造階段配置層肯定要發生變化。因此，采用“轉階段”的方法將設計配置層轉變為裝配配置層，同時設計產品結構向下掛接裝配配置層，這樣就形成了完整的工程產品結構（As-Designed視圖）。到了制造階段，將頂層裝配產品結構向下掛接裝配配置層，就形成了完整的裝配產品結構（As-Planned視圖，或者As-Prepared視圖）。

需要注意的問題

準確識別和劃分CI

在發動機的產品結構管理中，遇到的典型問題是對CI的識別和劃分不準確。

CI是發動機產品結構中最重要的組成部分，承載了大量信息，用來管理批次、臺份、變更等業務過程，并且承載了項目管理、人員組織結構等方面的信息。CI需要按照功能來進行定義，既包括產品的功能，也包括裝配功能等。同時，CI的數量多少與產品的復雜程度有關，也與系統集成度有關。不能定義太多CI，否則會影響構型管理的清晰度，使構型管理變得非常瑣碎復雜，抓不住要領，并且增加管理成本。

例如，假設把每一個底層零件都作為一個CI，那么就意味著會有大量的變更流程，而每個變更流程都包括管理成本在內，意味著管理成本的大大增加。CI也不能選擇太少，太少則缺少向下層的有效分解，不利于對子系統構型管理的進一步深化，例如，假設只把發動機定義成一個CI，那么大量的變更流程體現在一個發動機的CI上，發動機CI的版本就會極其混亂。

充分體現階段性特點

傳統的航空發動機產品結構管理的做法是在設計階段早期建立設計產品結構；在設計產品結構的基礎上添加一些信息，來形成工程產品結構；然后在工程產品結構的基礎上繼續添加信息，來形成制造或裝配產品結構。

也就是說，航空發動機的產品結構的變化，只是在初始創建的產品結構的基礎上，以比較簡單的方式不斷添加信息來完成發動機的產品結構的演變過程。這樣做的最大問題是無法形成對產品結構的精細化管理，從而難以在不同的產品研制階段形成具有階段性特點的產品結構。

造成這種現象，一方面是因為業務流程的梳理不足，例如CI的確定。由于航空發動機設計和制造單位的分立，彼此之間協同的不足，造成了產品結構在設計制造階段轉變時，CI基本只能滿足設計階段的要求，而忽略了制造和裝配階段的要求，也反映出信息化、數字化管理方法和手段的欠缺。

結束語

產品結構管理是航空發動機構型管理的核心，不僅需要加強信息化、數字化，還需要改變傳統的自底向上的設計方式，進行自頂向下方法的轉變，并根據企業自身的具體情況將二者結合，同時還需要在業務層面有效地建立相應組織以及先進的業務管理流程。產品結構強化了對高度復雜產品的管理，是并行工程取得成功的基礎，可以提升產品相關業務流程的透明度和靈活性，正確地實施產品結構管理可以實現對航空發動機構型的有效管理，并改善企業的成本效益管理。