張學林,陳俊輝,吳興杰

(1.沈陽飛機設計研究所 總體氣動部,沈陽 110035； 2.沈陽航空航天大學 航空制造工藝數字化國防重點學科實驗室,沈陽 110136)

基于協(xié)同研制平臺的構型管理技術

張學林1,陳俊輝2,吳興杰2

(1.沈陽飛機設計研究所 總體氣動部,沈陽 110035； 2.沈陽航空航天大學 航空制造工藝數字化國防重點學科實驗室,沈陽 110136)

利用當前航空企業(yè)的信息化環(huán)境，建立Windchill與CATIA之間的構型管理協(xié)同研制平臺。在此平臺上，把設計生成的產品EBOM通過LCA交互到Windchill環(huán)境下，實施產品構型管理的各個業(yè)務流程。通過對產品結構進行構型標識，構型信息的完善和構型項的劃分，生成以構型項為主的構型結構樹(CIBOM)。通過協(xié)同研制平臺啟動實施構型的更改管理和控制，并對構型的原始狀態(tài)和構型的更改狀態(tài)進行詳細的記錄和跟蹤，以生產實踐中產品的生產和裝配來驗證構型信息的一致性和規(guī)范性，在此環(huán)境下實現(xiàn)構型管理的各個業(yè)務流程的循環(huán)，最終實現(xiàn)無紙化構型管理。

Windchill；構型管理；構型標識；構型控制；構型狀態(tài)紀實；構型驗證與審核

航空產品的特殊性，決定了飛機研制過程中產品的技術狀態(tài)是一個動態(tài)的不斷變化的過程，這也造成了當前航空企業(yè)實施產品構型管理的難度，如何充分利用企業(yè)所擁有的資源，順利的實施好構型管理是當前航空企業(yè)構型管理所面臨的一個問題。我國航空業(yè)雖然陸續(xù)制定了一批國家標準和行業(yè)標準，企業(yè)內部也制定了飛機型號構型管理實施的相關標準和指導性技術文件，但與國外先進的飛機公司已經實現(xiàn)無紙化的構型管理體系相比，還有相當大的差距[1-2]。如何充分利用企業(yè)所擁有的資源，開展基于PDM平臺的構型管理，建立完善的成體系的航空企業(yè)的構型管理系統(tǒng)，縮小和國外先進水平之間的差距是當前構型管理的一個關鍵問題。

1 協(xié)同研制平臺下的構型管理

構型管理是一種技術和行政手段相結合面向產品全生命周期,以產品結構為組織方式,將各階段產品數據關聯(lián)起來并對其進行管理和控制,進而保證產品數據一致性、有效性和可追溯性的管理技術。構型管理主要由構型標識、構型控制、構型狀態(tài)紀實以及構型驗證與審核幾個部分構成。利用目前多數航空企業(yè)所擁有的PDM平臺Windchill[7]，然后與CAD設計軟件CATIA建立協(xié)同研制平臺，實施構型管理，以最大限度的利用現(xiàn)有的企業(yè)資源，降低企業(yè)實施構型管理所帶來的成本，提高構型管理水平。協(xié)同研制平臺的產品設計工作主要發(fā)生在CATIA軟件，經過CATIA環(huán)境下的各個階段產品設計工作最終完成產品的設計定型，當設計進行到詳細設計階段引入Windchill實施構型管理。設計定型的產品數據在LCA環(huán)境下映射生成產品結構樹EBOM，通過LCA與Windchill的交互機制，完成Windchill環(huán)境下構型管理管理的全部業(yè)務流程，協(xié)同研制平臺下的構型管理業(yè)務流程如圖1所示。

2 協(xié)同研制平臺下的構型標識

2.1 構型標識

一旦項目經過評審，根據工作分解結構和項目管理的細化程度，建立對應的產品結構。然后進行產品結構分解，把產品設計劃分給各專業(yè)團隊，在CATIA里面完成產品設計工作，并映射生成LCA環(huán)境下的產品EBOM。按照編寫的構型管理計劃以及零部件的相互獨立的特性對產品的EBOM進行構型項的劃分工作。通過總結研究所多年開展構型管理工作的編碼體系，借鑒ATA規(guī)范，對產品結構樹上的劃分出的每一個構型項進行唯一的構型標識工作，最終生成構型結構樹CIBOM，如圖2所示。

圖1 協(xié)同研制平臺下構型管理業(yè)務流程

ICI是產品的頂層產品結構，對于具體指定的飛機型號來說是相對不變層。

CI為構型控制項，是產品實施構型管理和控制的節(jié)點。

構型配置方案CIS是CI控制下不同解決方案的多規(guī)格配置管理的集合。

設計模塊VCI是CIS滿足具體配置要求下的設計解決方案，其中包括設計方案的完整信息(零件、模型、技術文檔等)。

2.2 構型信息

產品的構型信息對應產品的每一個構型所包含的基本信息。這些信息包括產品定義信息和產品使用信息。其中產品定義信息包括產品的物理或功能的邊界和接口以及實現(xiàn)產品物理或功能屬性所必需的設計信息。產品使用信息則是使用產品所必需的信息、維護信息和處理信息。產品的使用信息從產品的使用和維護部門通過建立的協(xié)同研制平臺返回到產品設計部門，然后由設計人員對應每一個節(jié)點的構型項，完善構型信息，在零件的設計信息之外再加上產品的使用信息。這樣生成的CIBOM通過JDBC方式存儲到Oracle數據庫，作為實施構型管理的單一產品數據源貫穿整個產品的生命周期。單一的BOM也即單一的產品數據源，可以按照下游不同的用戶的需求，進行分類、分列和輸出，得到協(xié)調一致的各種視圖，供不同的部門和供應商使用。

圖2 協(xié)同研制平臺生成的構型結構樹

3 協(xié)同研制平臺下的構型控制

構型控制主要是對飛機構型的更改管理，構型更改是指對產品及其構型信息的變更。

3.1 更改的分類

在構型管理的通用標準中，通常按照更改影響的大小將更改分為兩大類，即主要更改(Ⅰ類更改)和次要更改(Ⅱ類更改)。Ⅰ類更改，即3F更改。是指影響到飛機模塊、構型基線、形狀(Form)、配合(Fit)、功能(Function)、互換性、成本、計劃、安全等的工程更改；Ⅱ類更改，是指除Ⅰ類工程更改以外的其他工程更改。原則上：Ⅰ類更改需要變號，Ⅱ類更改需要變版。

更改發(fā)生時，產品零部件可能的狀態(tài)有四種，即未投產、已投產、已裝機和已交付。如發(fā)生變號，對于已投產的或已裝機的，如果可以讓步，則從下一架次實施更改，本架次不做更改，本架次采用并行替代版次(新編號A→新編號A1)紀實；如果不能讓步，則返修或重新制造，采用新編號依次變號。

3.2 構型更改過程的管理

通過協(xié)同研制平臺的建立，借助windchill強大的電子流程管理功能，實現(xiàn)構型更改過程的電子化審簽流程以替代過去的紙質技術審簽單，打通設計所和制造工廠因為不同軟件環(huán)境所造成的電子審簽障礙，順利實現(xiàn)對構型更改的跨廠所審簽和更改，縮短構型更改審簽和更改實施的時間和周期。當設計部門需要對產品構型信息進行完善或生產部門對零件的物理或功能特性提出一些更改需求的時候，就需要啟動構型更改管理業(yè)務流程。產品設計定型的數據首次發(fā)放后，設計部門在協(xié)同研制平臺提出的更改可以簡單的歸結為設計更改，與此對應由生產部門提出的更改稱之為工藝更改。不論任何角色只要擁有權限，那么更改發(fā)起人就可以利用Windchill的更改管理器提出工程更改請求(ECR)，提交問題描述和解決措施，然后由更改評審委員會對ECR進行影響和風險評估，如果通過評估，則在Windchill里面提出工程更改建議(ECP)，提出更改的具體規(guī)劃和描述，由更改評審委員會對ECP進行評審。通過評審，則把ECP提交到構型控制委員會進行風險和影響評估，如果通過評審，由構型控制委員會發(fā)出工程更改指令ECO給設計部門，設計部門根據ECO在LCA中對涉及的CI項進行更改設計，設計完成后依據ECO為基本單元生成構型更改發(fā)放包，里面包括改前改后結構的對比、版本和版次的變換，協(xié)同研制構型管理平臺構型更改實施流程如圖3所示。

圖3 構型更改業(yè)務流程

4 協(xié)同研制平臺下的構型紀實

構型紀實就是對整個生命周期過程中產品的構型標識和構型控制中所有活動的實施進展情況所做的正式記錄和報告，包括構型基線的記錄，更改過程的記錄和構型偏離、超差等?；趨f(xié)同研制平臺的構型紀實過程可以使得我們完成和將要完成，以及更改和未更改的構型數據都可以方便的通過Windchill產品結構信息頁面進行詳細的查詢和追溯，同時快速精準的檢索和定位所需信息的位置，保證了產品構型數據的一致性和完整性。

在設計部門完成產品的設計定型后，在LCA中進行構型項的劃分和構型標識活動，然后把數據發(fā)送到Windchill，再把生成的產品原始構型狀態(tài)數據進行存儲和記錄，以利于產品原始構型狀態(tài)的可追溯性。在設計部門和生成部門發(fā)起構型更改活動后，對構型更改過程進行詳細的記錄和追蹤，再把更改過程中產生的更改單和更改數據通過Windchill存儲和記錄，通過對產品原始構型狀態(tài)和更改后的構型狀態(tài)的存儲和記錄，以保證產品的構型可追溯性，保證所有產品數據處于構型管理的可控狀態(tài),構型紀實流程如圖4。

圖4 構型更改紀實流程

5 協(xié)同研制平臺下的構型審核與驗證

構型驗證是一個持續(xù)不斷的過程。有效發(fā)布，基線和構型或更改驗證的成果是交付一個已知的構型，它的文檔和滿足其性能要求是一致的。這些正是需要的屬性，以滿足航標設計驗證、設計確認系列和構型審核要求。構型驗證的功能方面包含了所有的測試和演示執(zhí)行，以滿足適用性能規(guī)范的質量保證部分。通過協(xié)同研制平臺對產品的構型構型進行審核與驗證可以方便的在整個產品的周期階段連續(xù)不斷的進行，便于在設計、制造、客戶、維修等部門間的信息傳遞，打破以往不同部門間因為使用不同軟件系統(tǒng)所造成的技術壁壘，保證了產品構型管理的順利實施。

產品CIBOM生成后，發(fā)往制造單位，通過MES系統(tǒng)在生產車間進行生產與裝配，在此過程中驗證與審核前期設計定型后對產品結構的構型劃分與標識信息的準確性，一致性和規(guī)范性，如果驗證通過則產品的構型確定下來，反之，需要對產品的構型進行構型重構，繼續(xù)構型更改控制流程，協(xié)同研制平臺構型驗證與審核如圖5。

圖5 構型驗證審核

6 結論

通過對我國當前航空設計院所以及制造單位和后勤支援部門實施構型管理的調查研究分析，目前航空也實施的構型管理普遍存在著紙質化構型管理，構型管理與PDM管理等同于一體以及設計與制造單位之間使用不同的軟件管理系統(tǒng)，這就造成了產品構型管理在不同的業(yè)務部門實施起來的困難性。為此在當前航空企業(yè)普遍存在的軟件平臺基礎上建立協(xié)同研制平臺，基于此平臺，對產品實施構型管理的全部業(yè)務流程。完成了對產品結構的構型項劃分和構型標識工作；通過Windchill的流程管理，對產品的構型更改過程進行控制，保證了構型更改過程的可控狀態(tài)和構型狀態(tài)的一致性；詳細的記錄和存儲構型的原始狀態(tài)和構型的更改狀態(tài)，通過協(xié)同研制平臺的查詢功能可以對產品的構型進行分析；以生產實踐檢驗構型的劃分是否合理，是否按照構型管理的規(guī)范，驗證和審核產品的構型。

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(責任編輯：劉劃 英文審校：劉敬鈺)

Basedoncollaborativeresearchplatformoftheconfigurationmanagementtechnology

ZHANG Xue-lin1,CHEN Jun-hui2,WU Xing-jie2

(1.General Aerodynamic Department,Shenyang Aircraft Design & Research Institute,Shenyang 110035,China;2.Key Laboratory of Fundamental Science for National Defence of Aeronautical Digital Manufacturing Process,Shenyang Aerospace University,Shenyang 110136,China)

The collaborative research platform of configuration management between Windchill and CATIA is connected under the information environment of current Aviation corporations.On the basis of the platform,the products EBOM designed are interaction of Windchill in order to implement the various business processes of configuration management.Through configuration identification,configuration information to improve and the division of configuration items for the product structure,there generate configuration structure tree(CIBOM)based on configuration item,then CIBOM.To perfect the configuration information in the platform,we need to start the implementation of configuration change management and control,and record and track the configuration of the original state and configuration change state,during the produce practical production and assembly to verify the consistency and normative configuration information，ultimately each business process of the configuration management cycle achieves in this environment，in order to realize paperless configuration mangement requirement.

windchill；configuration management；configuration identification；configuration control；configuration status accounting；configuration verification and audit

2014-05-30

總裝某預研項目(項目編號：×××)； 中航工業(yè)產學研專項(項目編號：CXY2012SH19)

張學林(1969-)，男，山東萊州人，高級工程師，主要研究方向：飛機構型管理及產品數據管理的頂層規(guī)劃，E-mail:zxl107@163.com。

2095-1248(2014)05-0067-05

V206.5

A

10.3969/j.issn.2095-1248.2014.05.013