宮 磊 張立偉 王丙義

（中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

飛機(jī)在不同研制階段、面對不同客戶需求時的狀態(tài)多樣，飛機(jī)交付部隊(duì)后因加改裝、維修排故等狀態(tài)也在頻繁變化，且目前沒有機(jī)制和手段及時準(zhǔn)確地跟蹤飛機(jī)狀態(tài)，造成現(xiàn)役大多飛機(jī)狀態(tài)不一致，甚至發(fā)生座椅彈射、方向舵裝反等關(guān)系機(jī)毀人亡的事故。

飛機(jī)及其產(chǎn)品從出廠、裝機(jī)到使用、維修、報廢等整個全壽命周期經(jīng)歷從工業(yè)部門、部隊(duì)到維修廠等幾個單位，不同單位間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的傳遞基本靠隨履歷本手工錄入的方式，造成軍方與承制單位之間、承制單位之間的信息交互速度慢、效率低、誤差多，信息化條件下的軍地一體化保障幾乎是一種不可能。

1 基于編碼的產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)需求

隨著研制信息分類與編碼工作在某些飛機(jī)型號上逐漸推廣，中航工業(yè)統(tǒng)一編碼和產(chǎn)品條碼標(biāo)識標(biāo)印成為飛機(jī)產(chǎn)品全壽命周期信息化管理的關(guān)鍵索引和重要手段，在編碼和標(biāo)識基礎(chǔ)上的技術(shù)狀態(tài)管理和軍地一體化保障等的信息交互需求逐漸提到日程上來。如某型飛機(jī)條碼標(biāo)識及管理要求中明確規(guī)定了配套產(chǎn)品提供屬性信息，隨件傳遞到條碼信息管理系統(tǒng)中，形成配套產(chǎn)品“身份證”數(shù)據(jù)庫；某型飛機(jī)為滿足飛機(jī)使用技術(shù)狀態(tài)管理關(guān)于飛機(jī)出廠的初始數(shù)據(jù)需求，組織開展飛機(jī)研制信息編碼與使用技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集，建立與飛機(jī)使用技術(shù)狀態(tài)一致的單機(jī)構(gòu)型。

2 國外數(shù)據(jù)交互研究和發(fā)展現(xiàn)狀

ATA SPEC2000《物料管理電子商務(wù)規(guī)范》為供應(yīng)、訂單、出貨信息交換提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)制，成為航空公司和航空飛行器供應(yīng)商之間的相關(guān)物料信息交換的標(biāo)準(zhǔn)。美國國防部UID注冊系統(tǒng)的XML格式大綱，向IUID產(chǎn)品唯一標(biāo)識注冊系統(tǒng)提供了一種最終產(chǎn)品和其子件的唯一標(biāo)識符注冊、標(biāo)記、大修、測試、存貯等。每個文件由幾條記錄組成，每條記錄都有文件頭和文件尾，文件內(nèi)容由所需的一些信息組成，并由“^”分割開來，數(shù)據(jù)交互的文件格式見表1。

表1 美國UID注冊系統(tǒng)XML數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu)

ISO 21849 《航空航天——工業(yè)數(shù)據(jù)——產(chǎn)品標(biāo)識與可追溯性》標(biāo)準(zhǔn)建立了產(chǎn)品標(biāo)識和可追溯性的可重復(fù)過程和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以支持與所屬單位、構(gòu)型改變無關(guān)的全壽命周期管理。STEP標(biāo)準(zhǔn)（ISO10303）支持產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到分析、制造、質(zhì)量控制、測試、生產(chǎn)、使用、維護(hù)到報廢整個壽命周期的信息交換與信息共享，提供一種獨(dú)立于任何具體系統(tǒng)而又能完整描述產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的表示機(jī)制和實(shí)施的方法與技術(shù)。

ATA Spec2000《物料管理電子商務(wù)規(guī)范》和UID注冊系統(tǒng)的XML格式大綱簡便、易用，也非常符合業(yè)務(wù)需求；ISO21849《航空航天—工業(yè)數(shù)據(jù)－產(chǎn)品鑒定與可追溯性》沒有明確給出所需的數(shù)據(jù)項(xiàng)，只是給出一個指導(dǎo)性數(shù)據(jù)框架；STEP標(biāo)準(zhǔn)覆蓋面廣、體系完整、語法復(fù)雜，包括產(chǎn)品建模、一致性表達(dá)等，理解和使用起來的成本較高。因此，本文基于飛機(jī)產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的需求，參考部分標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)和交互的結(jié)構(gòu)、方法，在產(chǎn)品編碼和全壽命周期唯一標(biāo)識的基礎(chǔ)上，對飛機(jī)產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)建模，并給出產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的XML表達(dá)。

3 基于編碼的飛機(jī)產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)建模和表達(dá)

理清產(chǎn)品物品碼、產(chǎn)品唯一標(biāo)識、關(guān)鍵過程數(shù)據(jù)和詳細(xì)過程數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，分析產(chǎn)品全壽命周期交付過程，提取產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)項(xiàng)，參考借鑒現(xiàn)有產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型給出產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)模型及其表達(dá)。

3.1 產(chǎn)品編碼與產(chǎn)品信息在全壽命周期的分布

物品碼通過特征、功能、參數(shù)等把產(chǎn)品區(qū)別到型號規(guī)格；產(chǎn)品唯一標(biāo)識通過單位代碼、物品碼和序號唯一確定產(chǎn)品；產(chǎn)品關(guān)鍵過程信息記錄產(chǎn)品全壽命周期中的技術(shù)狀態(tài)、所屬單位等發(fā)生變化時的相關(guān)信息；詳細(xì)的過程信息分布在各個單位，以紙型或電子的方式記錄某個階段的處理過程。物品碼、唯一標(biāo)識、關(guān)鍵過程信息和詳細(xì)過程數(shù)據(jù)之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 物品碼、唯一標(biāo)識、關(guān)鍵過程信息和詳細(xì)過程信息的關(guān)系

物品碼對應(yīng)的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，可以在設(shè)計(jì)、制造、倉儲、維修、外場等信息系統(tǒng)中作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享。唯一標(biāo)識與實(shí)物一一對應(yīng)，是產(chǎn)品/零部件全壽命周期活動的主線和索引，也是產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的關(guān)鍵索引。

3.2 飛機(jī)產(chǎn)品交付場景和數(shù)據(jù)項(xiàng)提取

基于飛機(jī)、發(fā)動機(jī)、配套產(chǎn)品的組成和唯一標(biāo)識，結(jié)合成品庫房管理、裝機(jī)數(shù)據(jù)采集和航材管理、綜合保障等的需求，重點(diǎn)關(guān)注跨單位的信息交互，提取飛機(jī)產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)。

3.2.1 飛機(jī)產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的對象和范圍

產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)是指為滿足信息化管理需求的、隨產(chǎn)品實(shí)物交付的、與產(chǎn)品使用技術(shù)狀態(tài)等相關(guān)的產(chǎn)品組成、產(chǎn)品性能、壽命可靠性等數(shù)據(jù)。

飛機(jī)產(chǎn)品交付的對象主要涉及主機(jī)廠交付的主機(jī)及其零配件、配套單位交付機(jī)載設(shè)備及其可更換單元等，產(chǎn)品全壽命周期交付過程涵蓋生產(chǎn)、交付、裝配、存儲、調(diào)配、維修、報廢等全壽命周期過程。如圖2所示。

圖2 飛機(jī)產(chǎn)品全壽命周期過程示意圖

3.2.2 飛機(jī)產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的交互

產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)主要針對產(chǎn)品本身的相關(guān)數(shù)據(jù)，不涉及產(chǎn)品技術(shù)資料或其他產(chǎn)品管理相關(guān)的數(shù)據(jù)。按照產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)項(xiàng)的內(nèi)容可將產(chǎn)品交付分為新產(chǎn)品交付、返修產(chǎn)品交付等。

3.2.2.1 新產(chǎn)品交付

新產(chǎn)品交付主要發(fā)生在研制單位向使用方的交付，如配套單位向主機(jī)廠、航材部門交付新產(chǎn)品，主機(jī)廠向航材或外場交付新飛機(jī)/發(fā)動機(jī)，航材向外場交付新產(chǎn)品等。主要的交付信息包括初始的產(chǎn)品清單、裝機(jī)關(guān)系、出廠信息（含壽命、貯存、可靠性等信息）等，如圖3所示。

圖3 新產(chǎn)品交付信息傳遞示意圖

產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)重量、外形尺寸、性能參數(shù)、壽命可靠性、配套關(guān)系等產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

產(chǎn)品出廠參數(shù)包括產(chǎn)品實(shí)際重量、實(shí)際尺寸、實(shí)際性能參數(shù)、出廠標(biāo)識、裝配關(guān)系、封存記錄、紀(jì)實(shí)狀態(tài)等產(chǎn)品出廠的實(shí)際數(shù)據(jù)。

3.2.2.2 返修產(chǎn)品交付

返修產(chǎn)品交付主要發(fā)生在使用部門向維修方的交付，交付信息除產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性和產(chǎn)品出廠參數(shù)外，還有產(chǎn)品使用記錄、產(chǎn)品封存記錄、產(chǎn)品故障信息，經(jīng)維修的產(chǎn)品返給使用方時應(yīng)交付產(chǎn)品維修檢驗(yàn)信息和產(chǎn)品封存記錄。信息交互過程如圖4所示。

圖4 返修產(chǎn)品交付信息傳遞示意圖

產(chǎn)品使用記錄包括產(chǎn)品使用情況、產(chǎn)品檢修情況等。

產(chǎn)品故障信息包括產(chǎn)品故障代碼、故障類型、故障發(fā)生時間等；

產(chǎn)品維修檢驗(yàn)信息包括產(chǎn)品維修記錄、產(chǎn)品性能檢驗(yàn)等。

產(chǎn)品封存記錄包括產(chǎn)品封存、啟封等情況的記錄。

3.2.2.3 其他

如使用產(chǎn)品的交付、報廢產(chǎn)品的交付等。當(dāng)空軍基地之間航材調(diào)用或飛機(jī)調(diào)用時產(chǎn)生使用產(chǎn)品的交付活動。

3.2.3 產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)項(xiàng)的提取

按照產(chǎn)品研制模式和交付數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，把交付數(shù)據(jù)元素分為產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品過程數(shù)據(jù)，見表2。其中：

產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是與產(chǎn)品組成、物理特征、功能、性能等相關(guān)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。包括產(chǎn)品（主要指飛機(jī)、發(fā)動機(jī)等復(fù)雜產(chǎn)品）視圖定義、設(shè)計(jì)重量/功能/性能、配套產(chǎn)品及數(shù)量、壽命可靠性等。

產(chǎn)品當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)（含機(jī)載產(chǎn)品、機(jī)載軟件、LRU等）記錄產(chǎn)品出廠狀態(tài)（產(chǎn)品唯一標(biāo)識、實(shí)際性能參數(shù)、出廠狀態(tài)紀(jì)實(shí)）和產(chǎn)品當(dāng)前狀態(tài)（產(chǎn)品配套/裝機(jī)情況、當(dāng)前所屬單位）等的數(shù)據(jù)。

產(chǎn)品活動數(shù)據(jù)記錄產(chǎn)品在交付主機(jī)或軍方后，當(dāng)責(zé)任主體、技術(shù)狀態(tài)、裝配關(guān)系等發(fā)生變化時需要記錄的產(chǎn)品過程數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能會影響產(chǎn)品當(dāng)前狀態(tài)。

表2 產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)項(xiàng)分類和數(shù)據(jù)項(xiàng)

3.3 產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)信息模型

引入批次清單（BOL，Bill of Lot）的概念[1]，參考Cornelis Adrianus van Dorp產(chǎn)品跟蹤和追溯參考信息模型，參考ISO 10303 AP239《工業(yè)自動化系統(tǒng)與集成-產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)和交換-第239部分：應(yīng)用協(xié)議 產(chǎn)品全生命周期支持》的3個核心概念（產(chǎn)品、活動和資源）和數(shù)據(jù)規(guī)劃模型，結(jié)合航空產(chǎn)品重點(diǎn)關(guān)注的產(chǎn)品組成、產(chǎn)品壽命可靠性、產(chǎn)品可追溯性等相關(guān)的核心數(shù)據(jù)，給出隨機(jī)產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)信息模型。

批次清單BOL定義產(chǎn)品批次構(gòu)成，是構(gòu)成父項(xiàng)裝配件的所有子裝配件、零件和原材料的批次清單，以及制造一個裝配件所需每種零部件批次的清單，見圖5。批次清單是一種實(shí)例化的產(chǎn)品BOM，是信息組織的主線和信息傳遞更改的重要依據(jù)。

圖5 批次清單信息模型

產(chǎn)品狀態(tài)的變化是全壽命周期跟蹤的重點(diǎn)，包括裝配、維修、檢驗(yàn)、封存、軟件更新等活動，活動是記錄產(chǎn)品全壽命周期可追溯性的基本單位。參考美國儀表協(xié)會制定的ISA SP95《企業(yè)控制系統(tǒng)集成》規(guī)范和ISO 10303 AP239中活動的定義及其記錄的表達(dá)，以活動中心記錄其產(chǎn)品活動變量實(shí)際值及其相關(guān)資源（包括人員、單位、設(shè)備等）等。如圖6所示。

圖6 產(chǎn)品活動記錄信息模型

將產(chǎn)品組成關(guān)系模型和產(chǎn)品過程記錄模型通過產(chǎn)品對象連接起來，初步表達(dá)飛機(jī)產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)所關(guān)注的產(chǎn)品組成關(guān)系和產(chǎn)品活動，形成包括組成關(guān)系和活動的產(chǎn)品全壽命周期最小交付數(shù)據(jù)的模型。如圖7所示。

圖7 產(chǎn)品組成以及產(chǎn)品活動記錄信息模型

考慮航空產(chǎn)品重點(diǎn)關(guān)注的產(chǎn)品組成、產(chǎn)品壽命可靠性、產(chǎn)品可追溯性等信息，參考ISO 10303 AP239關(guān)于產(chǎn)品當(dāng)前狀態(tài)和活動記錄的概念，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的產(chǎn)品配套關(guān)系、產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性（含設(shè)計(jì)參數(shù)、壽命可靠性、封存特性等）、產(chǎn)品實(shí)際特性、產(chǎn)品當(dāng)前狀態(tài)等加入到模型中，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性分別與產(chǎn)品實(shí)際特性、產(chǎn)品當(dāng)前狀態(tài)、產(chǎn)品活動變量對應(yīng)，形成最終的航空產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)信息模型。如圖8所示。

圖8 產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的信息模型

3.4 飛機(jī)產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)表達(dá)

按照產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)元素的分類，將產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)分為產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品當(dāng)前狀態(tài)和產(chǎn)品活動數(shù)據(jù)。按照產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)信息模型，提出規(guī)范的產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的XML數(shù)據(jù)表達(dá)，見圖9。

圖9 產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的靜態(tài)對象

產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對應(yīng)飛機(jī)、發(fā)動機(jī)、機(jī)載設(shè)備、成品附件或零部件的設(shè)計(jì)信息，產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)主要包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性（包括設(shè)計(jì)性能參數(shù)、壽命可靠性、封存特性等）、產(chǎn)品視圖（對產(chǎn)品位置、系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、工作單元等的定義）和產(chǎn)品配套清單，關(guān)系如圖10所示。

產(chǎn)品當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品活動數(shù)據(jù)按照此方法建立靜待對象模型，這里不再展開。

4 飛機(jī)產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)模型的驗(yàn)證

基于某型飛機(jī)的綜合保障信息系統(tǒng)的需求，開展基于條碼唯一標(biāo)識的產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)采集，形成隨飛機(jī)出廠的單機(jī)構(gòu)型數(shù)據(jù)包。

圖10 產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的靜態(tài)對象模型

所有飛機(jī)產(chǎn)品必須按規(guī)定賦予產(chǎn)品唯一標(biāo)識并制作規(guī)范的條形碼，產(chǎn)品交付時作為驗(yàn)收的條件之一。在條碼唯一標(biāo)識的基礎(chǔ)上要求“數(shù)據(jù)隨產(chǎn)品”交付，以某型號產(chǎn)品的供給和配套關(guān)系為主線，參研參產(chǎn)的型號單位在交付實(shí)物的同時需使用統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)識軟件生成符合上述格式的產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)，逐漸向產(chǎn)品接收單位匯總，在主機(jī)廠匯總成完整的飛機(jī)裝機(jī)技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集，如圖11所示。

圖11 “數(shù)據(jù)隨產(chǎn)品交付”的裝機(jī)數(shù)據(jù)采集過程示意圖

為了便于此項(xiàng)工作的開展，研發(fā)符合此模型的配套產(chǎn)品數(shù)據(jù)生成和傳遞軟件。其中，產(chǎn)品標(biāo)識軟件部署在各個成品承制單位，用來輔助配套單位生成隨產(chǎn)品交付的產(chǎn)品數(shù)據(jù)；裝機(jī)數(shù)據(jù)采集工具部署在主機(jī)廠，用來輔助主機(jī)廠在裝機(jī)時記錄產(chǎn)品的裝機(jī)狀態(tài)，形成飛機(jī)裝機(jī)交付數(shù)據(jù)包。軟件截圖見圖12。

最終隨飛機(jī)出廠的單機(jī)構(gòu)型數(shù)據(jù)包，基本滿足綜合保障信息系統(tǒng)關(guān)于飛機(jī)產(chǎn)品位置、系統(tǒng)劃分、計(jì)時等飛機(jī)使用維護(hù)過程所需初始單機(jī)構(gòu)型數(shù)據(jù)的要求。

圖12 配套產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)生成和傳遞的軟件截圖

5 結(jié)束語

本文以全壽命周期產(chǎn)品唯一標(biāo)識為主線，歸納總結(jié)綜合保障信息系統(tǒng)、航材倉儲管理系統(tǒng)、產(chǎn)品電子履歷等關(guān)于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的需求，并以產(chǎn)品組成關(guān)系和過程記錄為核心建立產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)信息模型，根據(jù)產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的分類和信息模型規(guī)范產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的表達(dá)，最后在飛機(jī)裝機(jī)數(shù)據(jù)包交付過程中進(jìn)行驗(yàn)證，基本滿足綜合保障對飛機(jī)裝機(jī)初始數(shù)據(jù)的需求。

盡管產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)模型有一定的可擴(kuò)展性，產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)表達(dá)也具有一定的靈活性，但是隨著更多飛機(jī)產(chǎn)品隨件數(shù)據(jù)需求的提出，需要進(jìn)一步完善飛機(jī)交付數(shù)據(jù)模型和表達(dá)規(guī)范。

[1]Dorp C.A.v.Reference-data modelling for tracking and tracing[D].Netherlands：Wageningen University,2004