中國直升機設(shè)計研究所 許俊華 胡秦贛 宋豐青

研發(fā)高技術(shù)復雜產(chǎn)品，面臨著數(shù)據(jù)量龐雜、多因素優(yōu)化、協(xié)調(diào)關(guān)系廣、研發(fā)周期長和專業(yè)門類多等多重挑戰(zhàn)，迫切需要運用先進的管理思想、數(shù)字化手段，來解決產(chǎn)品全生命周期管理及管理精細化問題。作為具有雙重管理職能（質(zhì)量控制和項目管理）的構(gòu)型管理[1]能有效解決這一問題。

精細化構(gòu)型管理是運用先進的構(gòu)型管理思想，基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，從產(chǎn)品標識、創(chuàng)建、制造、試驗、更改、維護的全過程中，構(gòu)建精細化構(gòu)型管理體系和應(yīng)用系統(tǒng)，以支持產(chǎn)品并行研發(fā)、高效協(xié)同，整體解決產(chǎn)品全生命周期所遇問題的構(gòu)型管理方法[2]和技術(shù)。通過實踐證明，精細化構(gòu)型管理是伴隨著研發(fā)管理創(chuàng)新和產(chǎn)品數(shù)字化研制技術(shù)不斷發(fā)展的一項綜合性工程管理技術(shù)，是科研技術(shù)管理體系的重要組成部分，也是現(xiàn)代企業(yè)質(zhì)量體系的支撐環(huán)節(jié)。

中航工業(yè)直升機通過諸多直升機型號的研發(fā)實踐，印證了精細化構(gòu)型管理方法與數(shù)字化手段相互促進、相輔相成的關(guān)系；驗證了精細化構(gòu)型管理是保證直升機產(chǎn)品順利研發(fā)的基礎(chǔ)，實現(xiàn)了產(chǎn)品研發(fā)質(zhì)量和效率的大幅提升，研制周期縮短的目標。

內(nèi)涵與特點

精細化構(gòu)型管理確定了以構(gòu)型項為基礎(chǔ)細化管控對象、組織決策團隊精細構(gòu)型控制、融入數(shù)字化協(xié)同設(shè)計精細構(gòu)型定義、建立管理體系規(guī)范管控流程、應(yīng)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫倍增效能等管理方法和手段，具有鮮明的數(shù)字化特點，具體如下：

（1）基于產(chǎn)品數(shù)字化定義及配置，實現(xiàn)多構(gòu)型、多視圖的基線和物料清單（BOM）管理，以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)的唯一性、可控性、可見性、有效性和追溯性；（2）以零件為中心組織產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)，通過構(gòu)型項及其結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)發(fā)放和交換，實現(xiàn)產(chǎn)品單一數(shù)據(jù)源管理；（3）應(yīng)用面向用戶保障的編碼體系，分配規(guī)劃零組件和機載產(chǎn)品編號，實現(xiàn)面向產(chǎn)品全壽命周期的精細化件號管理；（4）形成和管理構(gòu)型項資源庫，滿足產(chǎn)品通用化和模塊化的設(shè)計要求，通過對構(gòu)型項進行有機組合，實現(xiàn)產(chǎn)品系列化研發(fā)；（5）優(yōu)化構(gòu)型管理4項活動流程，實現(xiàn)標識智能化、控制網(wǎng)絡(luò)化、記實自動化、審核程序化。

方法與實施

1 創(chuàng)新理念形成先進的構(gòu)型管理方法

1.1 精細規(guī)劃和精細選配構(gòu)型項

結(jié)合“三化”（通用化、系列化和模塊化）設(shè)計要求，將構(gòu)型項（Configuration Item,CI）作為產(chǎn)品構(gòu)型定義和控制的基礎(chǔ)和核心[3]，基于CI進行數(shù)字化構(gòu)型管理，明確基線管理方式，使CI貫穿產(chǎn)品定義、數(shù)字樣機、構(gòu)型控制、生產(chǎn)制造和綜合保障等環(huán)節(jié)。這樣就可將復雜而深層次的產(chǎn)品裝配關(guān)系演變?yōu)镃I間的配置關(guān)系，并將傳統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)劃分為2個層次——具有構(gòu)型管理功能的CI結(jié)構(gòu)和隸屬CI的零組件裝配結(jié)構(gòu)，從而使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)扁平化，如圖1。

構(gòu)型控制主要是通過有效性控制和圖樣集版本管理來完成的，即通過配置CI的有效性，按結(jié)構(gòu)隸屬關(guān)系逐級獲得CI有效性；而圖樣集版本管理則體現(xiàn)工程更改管理的要求。面向產(chǎn)品功能及客戶需求配置CI分別規(guī)定有效性管理和圖樣集版本管理要求。針對高技術(shù)產(chǎn)品的復雜特性，面向產(chǎn)品功能及客戶需求應(yīng)用選項進行構(gòu)型配置。進行選項分類，定義用戶特定選項方案，選項與產(chǎn)品具體的構(gòu)型項進行關(guān)聯(lián)，功能選項與特定的構(gòu)型項對應(yīng)。

圖1 基于CI的構(gòu)型管理框架

以某直升機產(chǎn)品系列為例，具體應(yīng)用如下：首先，將產(chǎn)品系列的選項分為機身、發(fā)動機、電源系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、通信識別系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、旋翼系統(tǒng)等大類，如圖2（a）所示，再對每一類選項賦予相應(yīng)的選項值。其次，利用構(gòu)型管理數(shù)字化平臺的選項配置功能[4]確定其選項方案，包括基本型、改型Ⅰ、改型Ⅱ、改型Ⅲ等產(chǎn)品構(gòu)型。其中改型Ⅲ選項方案如圖2（b）所示。最后，選項與產(chǎn)品具體的構(gòu)型項進行關(guān)聯(lián)，功能選項與特定的構(gòu)型項對應(yīng)，如某產(chǎn)品動力系統(tǒng)的各類構(gòu)型項見圖2（c）。圖中帶綠色標記的項為選定的選項。

1.2 基于數(shù)字化平臺創(chuàng)新構(gòu)型控制機制

針對以往更改不協(xié)調(diào)，影響分析不充分，更改實施貫徹難等問題，將先進的構(gòu)型控制業(yè)務(wù)與高效的數(shù)字化流程進行融合，相互促進，優(yōu)勢倍增。不僅實現(xiàn)了對ECR（工程更改請求）到ECP（工程更改建議）再到ECO（工程更改指令）的更改業(yè)務(wù)流的管控，還貫通了更改發(fā)起（外場質(zhì)量反饋）到更改評估（影響分析、方案制訂等）再到更改實施（設(shè)計、制造和客服3方協(xié)同執(zhí)行）的數(shù)據(jù)流的關(guān)聯(lián)。

構(gòu)型控制委員會（CCB），應(yīng)用可配置的數(shù)字化流程，全面提升構(gòu)型控制效能。異地時，可通過網(wǎng)絡(luò)視頻方式進行。從生產(chǎn)制造現(xiàn)場問題處理，產(chǎn)品使用的問題反饋，再到直通直聯(lián)到構(gòu)型控制主體部分，部分細分各類數(shù)據(jù)，高效快速響應(yīng)處理；匯集多專業(yè)協(xié)同集成研發(fā)團隊（IPT）開展更改影響分析和驗證，并按政府和適航局要求進行上報授權(quán)，并與供應(yīng)商和總制造單位緊密協(xié)同，形成構(gòu)型控制的全過程閉環(huán)。

1.3 以數(shù)字樣機為中心的構(gòu)型管控

圖2 選項方案示意圖

針對大型航空產(chǎn)品多方參與、異地研制的特點，將構(gòu)型控制活動緊密而有機地融入產(chǎn)品數(shù)字化協(xié)同設(shè)計中，提升項目構(gòu)型管理水平。針對以數(shù)字樣機（DMU）為中心的協(xié)同研發(fā)，在構(gòu)型控制活動中，不但應(yīng)用數(shù)字樣機進行分析和評估，而且將數(shù)字樣機檢查作為重要的構(gòu)型控制環(huán)節(jié)。具體在進行更改方案設(shè)計、擬定ECP時，就對方案數(shù)據(jù)進行DMU檢查，在ECP中通過三維視圖描述更改前后的變化。

構(gòu)型控制活動中，以數(shù)字樣機為核心的多方評估過程，就是基于DMU對直升機產(chǎn)品功能符合性、系統(tǒng)安全性、系統(tǒng)維護性和系統(tǒng)安裝及接口進行全面檢查的過程，是產(chǎn)品并行數(shù)字化協(xié)同設(shè)計的深層次工作，標志著構(gòu)型管理業(yè)務(wù)與協(xié)同設(shè)計的相互融合。

2 精細管控組建高效的協(xié)同工作團隊

2.1 以IPT模式構(gòu)建構(gòu)型管理精細化團隊

圖3 CCB周例會

在產(chǎn)品研發(fā)過程中實施IPT團隊模式，實現(xiàn)了人員、項目、角色的管理，產(chǎn)品數(shù)據(jù)按IPT方式進行組織，并以IPT的工作模式完成設(shè)計、協(xié)同、更改以及審批發(fā)放；組建了構(gòu)型管理團隊，制定了構(gòu)型標識、控制、記實和審核的流程和工作內(nèi)容，真正實現(xiàn)了基于數(shù)字樣機的產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計；同時突破并實現(xiàn)了產(chǎn)品全數(shù)字化定義和過程數(shù)字化，實現(xiàn)了更改管理，使數(shù)據(jù)的版本和工程更改指令得到了有效管理和控制，解決了有效數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)組織管理問題；構(gòu)建了設(shè)計資源數(shù)據(jù)庫，形成了直升機研發(fā)數(shù)字化標準規(guī)范體系，建立和完善了數(shù)字化協(xié)同工作平臺和手段。

2.2 構(gòu)建多方協(xié)同運作的構(gòu)型控制委員會

強化直升機產(chǎn)品構(gòu)型管理工作，消化、吸收和實踐國際合作項目——EC175/AC352構(gòu)型管理先進思想和手段，在行政指揮系統(tǒng)和設(shè)計師系統(tǒng)指導下，成立構(gòu)型控制委員會（CCB）；確定了以設(shè)計單位為主體的、包括制造單位及機載產(chǎn)品單位在內(nèi)的委員會，明確了主機廠、所和機載產(chǎn)品單位等各系統(tǒng)/部門委員的職責，并設(shè)立各級的構(gòu)型管理執(zhí)行小組，負責組織開展構(gòu)型管理的相關(guān)工作。成立構(gòu)型控制委員會和構(gòu)型管理執(zhí)行小組，是直升機型號有效實施構(gòu)型管理的組織體系保障。

CCB是更改控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具體運作是由構(gòu)型管理小組（CMT）進行組織、策化和實施。首先，在構(gòu)型管理計劃中，明確CCB及CMT的職責和組織形式，確定CCB為定期的例會形式，如周例會（圖3給出了CCB周例會的進程安排），可根據(jù)情況緊急程度增減會議；其次做好CCB實施工作，會前籌備好，會中控制好，會后總結(jié)好。

2.3 組織各方人員開展構(gòu)型控制協(xié)調(diào)

結(jié)合構(gòu)型管理的實際，同步開展以下工作：

（1）在計劃、設(shè)計、工藝、生產(chǎn)、質(zhì)保、售后等部門要設(shè)立構(gòu)型管理代表，落實CCB的決策部署；（2）為加強成品的接口控制和狀態(tài)管理，要求成品供應(yīng)商成立相應(yīng)的構(gòu)型管理機構(gòu)，并明確其職責；（3）與故障報告、分析和糾正措施系統(tǒng)（FRACAS）進行組織協(xié)調(diào)，將其信息進行技術(shù)狀況標識、記實，并與構(gòu)型控制和審核活動進行銜接。

3 優(yōu)化業(yè)務(wù)流程開發(fā)構(gòu)型管理系統(tǒng)

3.1 開發(fā)構(gòu)型管理系統(tǒng)

為滿足直升機設(shè)計、制造、使用和維護等多方面的構(gòu)型管理要求，在消化、吸收國外構(gòu)型管理思想、方法、技術(shù)和波音模塊化技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用了以構(gòu)型項為核心的產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織方式，通過構(gòu)型項及其產(chǎn)品數(shù)據(jù)的成熟度控制和流程技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合直升機產(chǎn)品研發(fā)管理特點，基于通用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（ENOVIA LCA），通過對屬性、界面、流程、功能、報表等全方位的開發(fā)和定制工作，構(gòu)建了直升機構(gòu)型管理系統(tǒng)（CHRDILCA），見圖4。

該系統(tǒng)滿足了產(chǎn)品構(gòu)型標識、控制、記實、審核的功能要求，解決了直升機研發(fā)的產(chǎn)品單一數(shù)據(jù)源問題，并行協(xié)同問題，配置管理問題，數(shù)據(jù)審簽、發(fā)放和變更的自動化問題。

3.2 構(gòu)建模型自動產(chǎn)品記實及報表生成

為解決以往CO/ECO/EO單、零件明細表、構(gòu)型清單、審簽信息及各種全機圖樣文件人工記實時，存在的內(nèi)容不規(guī)范、數(shù)據(jù)信息不準確和人為更改等問題和數(shù)據(jù)發(fā)放時，存在的不及時、不到位的問題，并達到精細化管理目的，本文對標準件、材料、成品、零組件等進行詳細的數(shù)字化定義，構(gòu)建了零件明細表、構(gòu)型清單、CO/ECO/EO單、審簽信息及各種全機圖樣文件統(tǒng)計報表等的數(shù)學模型，開發(fā)了自動產(chǎn)品記實和自動報表生成器/功能。同時，精簡了數(shù)據(jù)輸出/分發(fā)流程，將數(shù)據(jù)輸出、下載、分發(fā)和審批發(fā)放標識過程整合并自動化，還增加了數(shù)據(jù)審校等措施，確保數(shù)據(jù)滿足各項要求。

3.3 優(yōu)化數(shù)字化審簽發(fā)放和更改控制流程

圖4 構(gòu)型管理系統(tǒng)框架圖

圖5 審批流程及流程模板

為徹底解決不同產(chǎn)品、不同項目、不同審批環(huán)節(jié)、不同類型的數(shù)據(jù)共享審批流程的問題，本文優(yōu)化、統(tǒng)一了審簽發(fā)放和更改控制的流程。圖5為通用的審批流程及流程模板示意圖。為此，基于ENOVIA LCA/VPM開發(fā)了數(shù)據(jù)審批流程。同時，通過流程控制數(shù)據(jù)的狀態(tài)，并內(nèi)嵌封裝了各種功能組件，以實現(xiàn)各項功能要求（數(shù)據(jù)檢查、下載、簽名和交換等）。開發(fā)后的流程具有高度通用性和靈活性，滿足了研發(fā)各種組織、流程的審批要求。

4 規(guī)范實施建立配套的標準體系

高技術(shù)復雜產(chǎn)品的研發(fā)需要充分利用國際資源，因此，構(gòu)型管理應(yīng)建立起對內(nèi)對外的規(guī)范化約束機制和要求。以直升機為例，在對外合作中，為確立中方的主導地位，有效管控和指導外方，因此建立起了以構(gòu)型管理規(guī)范為核心的項目頂層文件體系，有效管控國內(nèi)外供應(yīng)商。

按照企業(yè)質(zhì)量管理體系和對外合作構(gòu)型管理頂層策劃要求，形成相應(yīng)的構(gòu)型制度體系，具體如下：

（1）質(zhì)量手冊：明確構(gòu)型管理要求；（2）程序文件：編制專門的構(gòu)型管理程序文件；（3）管理辦法和操作性文件：制訂圖樣文件管理規(guī)定及構(gòu)型管理系列標準；（4）產(chǎn)品專用文件：編制產(chǎn)品構(gòu)型管理計劃，及配套的管理文件，這些文件將作為項目頂層文件發(fā)放給國內(nèi)外供應(yīng)商。

此外，針對產(chǎn)品數(shù)字化研發(fā)，對外合作要求，編制了支持構(gòu)型管理數(shù)字化、精細化實施的標準，包括：

（1）產(chǎn)品數(shù)據(jù)定義系列標準；（2）產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實施系列標準；（3）產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換系列標準。建立了構(gòu)型管理數(shù)字化開發(fā)實施規(guī)范體系，具體規(guī)范項目見表1。

5 精細管理構(gòu)建完備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和工具

為實現(xiàn)產(chǎn)品完全數(shù)字化定義、數(shù)字樣機，以及對設(shè)計資源（標準件、材料、成品、電氣元器件和技術(shù)注釋等）的精細化、唯一性管理，構(gòu)建了直升機產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計中需用的設(shè)計資源及其使能工具。設(shè)計資源模型和數(shù)據(jù)滿足了產(chǎn)品全三維數(shù)字化設(shè)計、應(yīng)用分析要求，為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、計算機輔助設(shè)計和工程分析等系統(tǒng)提供了準確、一致的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了“數(shù)據(jù)一次錄入、多處重用”的功能，不僅規(guī)范而且高效，大幅提高了產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，設(shè)計、制造、檢驗效率，縮短了研制周期。成品（含電氣元器件）數(shù)據(jù)庫管理應(yīng)用見圖6（a），標準件數(shù)據(jù)庫管理應(yīng)用見圖6（b），材料數(shù)據(jù)庫管理應(yīng)用見圖6（c），技術(shù)注釋數(shù)據(jù)庫管理應(yīng)用見圖6（d）。

結(jié)束語

精細化構(gòu)型管理，以構(gòu)型項作為構(gòu)型定義和控制的核心，大大簡化了產(chǎn)品構(gòu)型管理的復雜度；在更改控制中，降低了設(shè)計、制造和驗證的循環(huán)迭代和更改次數(shù)，節(jié)省了研發(fā)費用。精細化構(gòu)型管理方法、體系和工程環(huán)境，通過在十幾個直升機產(chǎn)品研發(fā)項目中的指導和應(yīng)用，顯著提高了管理質(zhì)量、效率和水平，從而進一步確保了直升機研發(fā)質(zhì)量，縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期。

圖6 設(shè)計資源工程數(shù)據(jù)庫

[1] ISO10007：2003-Guidelines for configuration management.

[2] GJB 3206A-2010技術(shù)狀態(tài)管理.

[3] HB 7807-2006航空產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)（構(gòu)型）管理要求.

[4] HB/Z 20002-2011航空產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)（構(gòu)型）管理要求實施指南.