西北工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代設(shè)計(jì)與集成制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 田 剛 莫 蓉

中 國 人 民 解 放 軍 9 1 3 9 5 部 隊(duì) 馬獻(xiàn)偉

數(shù)字化技術(shù)在航空工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，特別是物料清單（Bill of Material，BOM）的管理貫穿于設(shè)計(jì)、制造等環(huán)節(jié)。但是，在航空運(yùn)營(yíng)與維修行業(yè)，BOM仍然缺乏有效的數(shù)字化管理手段和方法。這是由于運(yùn)營(yíng)部門的維修對(duì)于BOM的需求與設(shè)計(jì)制造不同所致。目前，我國各大航空公司在飛機(jī)數(shù)字化維修過程中很少采用BOM將維修的部件/附件管理起來，基本上都是采用紙質(zhì)的維修手冊(cè)蘊(yùn)含的內(nèi)容進(jìn)行管理。而隨著航空產(chǎn)業(yè)數(shù)字化程度的加深以及向維修維護(hù)服務(wù)的業(yè)務(wù)拓展，在飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造都采用數(shù)字化的BOM進(jìn)行物料管理的環(huán)境下，需要提出一種民機(jī)維修BOM的構(gòu)建方法來提高維修信息管理效率。近幾年，對(duì)與維修相關(guān)的BOM研究主要包括：文獻(xiàn)[1]中提到了中性BOM和實(shí)例BOM方法的構(gòu)建來解決BOM的版本問題，以中性BOM為核心的維修知識(shí)管理和物料結(jié)構(gòu)追蹤技術(shù)來綜合運(yùn)用全生命周期知識(shí)；采用基于規(guī)則的維修策略表示和判定技術(shù)為精益維修的實(shí)施提供支持。文獻(xiàn)[2]中構(gòu)建了一種BOM單一數(shù)據(jù)源模型，設(shè)計(jì)了基于主/子模型集成的集成方法，并根據(jù)集合論關(guān)系原理，分析了單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)組織的約束關(guān)系。文獻(xiàn)[3][4]則提出了不同類型BOM之間轉(zhuǎn)換的方法，運(yùn)用了遺傳算法和在數(shù)據(jù)庫層面上層次碼與指針碼轉(zhuǎn)化算法。這些文獻(xiàn)中，對(duì)BOM本身整體性的研究都比較深入，提出了一些概念性的方案，但沒有專門針對(duì)MRO（Maintenance，Repair& Overhaul）過程中維修BOM的設(shè)計(jì)和生成進(jìn)行著重分析和研究。本文通過對(duì)航空維修領(lǐng)域進(jìn)行深入調(diào)研和分析，提出了一個(gè)符合我國航空維修現(xiàn)狀特點(diǎn)的維修BOM獨(dú)立構(gòu)建方法，并已實(shí)際應(yīng)用于維修生產(chǎn)中。

1 民機(jī)維修BOM的作用和特點(diǎn)

民機(jī)維修BOM指的是在民用飛機(jī)數(shù)字化維修過程中所需要的BOM信息，維修BOM包含了民用飛機(jī)各部件、組件和零件之間的關(guān)系。一般地，維修BOM是按照一定的編碼規(guī)則、名稱、使用數(shù)量、價(jià)格、維修工具和供應(yīng)商等海量數(shù)據(jù)組織在一起的。在航空維修領(lǐng)域，維修BOM還必須包括零部件的可維修性、時(shí)壽、檢查周期和工作類型等與航空維修密切相關(guān)的信息，有時(shí)候還必須與維修部件的三維模型庫、IETM（電子式交互手冊(cè)）等信息進(jìn)行集成。

維修BOM架構(gòu)上和設(shè)計(jì)BOM、制造BOM等BOM的表達(dá)形式類似，宜采用樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織。除根節(jié)點(diǎn)外，所有的子節(jié)點(diǎn)都必須包含上述民機(jī)維修BOM中所提及的信息，而且具有以下特征：

（1）內(nèi)容可擴(kuò)展性：維修BOM中零部件的信息，在某新機(jī)型初始的維修過程中是確定的；但隨著該型號(hào)飛機(jī)在實(shí)際維修過程中維修經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，需要對(duì)初始的維修大綱和手冊(cè)進(jìn)行修訂。相應(yīng)地，維修BOM也可以相應(yīng)隨之增刪改，即維修BOM應(yīng)該具有可擴(kuò)展性。

（2）編碼唯一性：在飛機(jī)的全壽命周期內(nèi)，維修BOM中各部件的編碼一旦給定將不可改變，各部件的編碼是唯一的，不允許重疊。

（3）時(shí)間序列性：民機(jī)維修BOM由于涉及的維修部門（航線、工程、航材）、維修方式（外場(chǎng)、內(nèi)場(chǎng)、返廠）各不相同，而飛機(jī)同一型號(hào)的改型又有眾多。這就要求維修BOM應(yīng)該具有好的時(shí)間序列性，即版本易于控制。

2 維修BOM的獨(dú)立構(gòu)建

一般情況下，飛機(jī)由制造廠交付運(yùn)營(yíng)商后只是附帶了維修手冊(cè)和維修大綱等紙質(zhì)材料，并沒有為維修部門直接提供維修BOM，而且飛機(jī)制造業(yè)與運(yùn)營(yíng)維修業(yè)的側(cè)重點(diǎn)不同和信息不對(duì)等，因此獨(dú)立建立維修BOM以利于維修過程的開展是非常必要的。

根據(jù)上節(jié)對(duì)維修BOM的分析，本文將維修BOM主要?dú)w納為：

WBOM={STR，Attr，Mdl，…}，

其中，WBOM表示維修BOM，由架構(gòu)、屬性、幾何模型等要素組成——架構(gòu)（Str）即為該維修BOM中維修對(duì)象的結(jié)構(gòu)組成，通常在應(yīng)用時(shí)使用編碼進(jìn)行組織；屬性（Attr）即表示各物料在維修過程中相關(guān)的維修屬性；模型（Mdl）為物料相關(guān)的三維或者二維幾何模型。若要獨(dú)立生成維修BOM，首先需要建立維修BOM的架構(gòu)，然后添加相關(guān)的屬性和模型信息。

2.1 維修BOM架構(gòu)及編碼

維修BOM架構(gòu)與設(shè)計(jì)BOM結(jié)構(gòu)相似，采用樹結(jié)構(gòu)表達(dá)飛機(jī)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)。但是編碼形式和內(nèi)容與設(shè)計(jì)BOM完全不同。維修BOM的架構(gòu)需要體現(xiàn)以下方面的內(nèi)容：

（1）維修BOM的粒度：維修BOM作為維修活動(dòng)的數(shù)字化支持部分，其整體的粒度層次需要與維修活動(dòng)一致。維修活動(dòng)所涉及到的主要是飛機(jī)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和區(qū)域，維修的對(duì)象只是針對(duì)相應(yīng)的部件和附件。所以，維修BOM不需要像飛機(jī)的制造BOM，除須涉及部/附件的層次，不須進(jìn)一步的設(shè)計(jì)加工環(huán)節(jié)的具體零件層級(jí)。

（2）維修BOM的范圍：維修BOM除了需要包含相應(yīng)的維修部件、附件的信息，同時(shí)還需要包括飛機(jī)維修相關(guān)的工具、夾具、車輛等外圍物料的信息。這樣才能在具體應(yīng)用維修BOM時(shí)可以對(duì)維修活動(dòng)實(shí)施所涉及到的各物料進(jìn)行統(tǒng)一的無差別調(diào)配，在真正意義上實(shí)現(xiàn)維修BOM的效能。

（3）維修BOM的文檔：航空維修活動(dòng)是在維修手冊(cè)的指導(dǎo)下進(jìn)行的，維修BOM在編纂的時(shí)候需要充分考慮到維修互動(dòng)中需要查詢的手冊(cè)和文檔，需要將其分門別類的掛載到相應(yīng)的維修部附件之下。

（4）維修BOM的編碼：編碼是BOM的重要組成部分，一個(gè)優(yōu)秀的維修BOM其編碼自身就能夠體現(xiàn)維修BOM在本文第一部分所闡述的維修特征。

這里需要著重指出，航空維修都是在一定的維修標(biāo)準(zhǔn)下實(shí)施的。由于我國民用飛機(jī)的機(jī)型大部分都是國外的型號(hào)，維修標(biāo)準(zhǔn)也是采用的國際通行的標(biāo)準(zhǔn)?？v觀國內(nèi)外的維修標(biāo)準(zhǔn)，無論是美制還是歐制的標(biāo)準(zhǔn)都是在同一個(gè)維修標(biāo)準(zhǔn)即ATA100上通過組合優(yōu)化建立起來的。ATA（美國航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)）在2001年將ATA 2100規(guī)范“飛機(jī)支援?dāng)?shù)字化資料標(biāo)準(zhǔn)”和ATA 100規(guī)范“航空產(chǎn)品技術(shù)資料編寫規(guī)范”的最新版本組合形成ATA 2200規(guī)范“航空維修資料標(biāo)準(zhǔn)”[5]，該標(biāo)準(zhǔn)通過多年的實(shí)施已經(jīng)在全球各大航空公司得到了廣泛的應(yīng)用，本文采用該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)航空維修BOM進(jìn)行組織。

目前，ATA2200標(biāo)準(zhǔn)中主要有三種編碼的方式得到了廣泛的應(yīng)用，即“三要素”編碼、區(qū)域編碼和頁碼組編碼。其中頁碼組編碼主要應(yīng)用于文檔的編制，“三要素”編碼和區(qū)域編碼則可應(yīng)用于維修BOM的編碼。

區(qū)域編碼和“三要素”編碼是相對(duì)獨(dú)立的兩套系統(tǒng)，具有低耦合、高內(nèi)聚的特性。確定設(shè)備的“三要素”編碼主要是為了完成系統(tǒng)/結(jié)構(gòu)類型的MRO，而確定設(shè)備的區(qū)域編碼主要是為了完成區(qū)域類型的MRO；由于系統(tǒng)/機(jī)構(gòu)類型和區(qū)域類型的MRO具有一定的空間相關(guān)性，所以確定“三要素”和區(qū)域編碼中的一種，另外一種編碼將會(huì)更易于確定。維修BOM的架構(gòu)組織可以表示為

Str={Tr，Zn}，

即維修BOM的編碼架構(gòu)可以表示為“三要素”編碼（Tr）和區(qū)域編碼（Zn）的組合，如圖 1、2所示[5]。

圖1 “三要素編碼”(Tr)Fig.1 Encoding by three factors

對(duì)維修BOM進(jìn)行“三要素”編碼和區(qū)域編碼后，就將維修BOM的整體架構(gòu)搭建了起來，并且滿足對(duì)維修BOM編碼唯一性和內(nèi)容可擴(kuò)展性的要求。

2.2 維修BOM的維修屬性

由于民機(jī)在具體的維修階段，主要關(guān)注的是飛機(jī)的系統(tǒng)、分系統(tǒng)、部件和區(qū)域的維修，而零件的工程屬性部分不再是關(guān)注的重點(diǎn)。同時(shí)，因?yàn)樯傻氖蔷S修BOM，所以相應(yīng)的維修類的描述信息應(yīng)該添加進(jìn)去。

圖2 ATA區(qū)域編碼(Zn)構(gòu)圖Fig.2 ATA zone encoding

（1）可維修性（MA）：該屬性用來描述飛機(jī)某部件適合維修的類型，分為4種類型——M表示一般性日常維護(hù)（Maintenance），R表示運(yùn)營(yíng)商級(jí)別的維修（Repair），O表示制造商級(jí)別的飛機(jī)大修（Overhaul），N表示無法進(jìn)行維修、只能進(jìn)行更換的一些部件。

（2）時(shí)壽（SL）：即該部件能夠使用的時(shí)間，飛機(jī)使用到該時(shí)間后必須進(jìn)行更換維護(hù)。

（3）檢查周期（EP）：即需要對(duì)該部件進(jìn)行相應(yīng)檢查的時(shí)期。

（4）工作類型（JT）：即該部件需要進(jìn)行哪一類的維護(hù)檢查——LU/SV表示潤(rùn)滑/保養(yǎng)，OP/VC表示使用/目視檢查，IN/FC表示檢查/功能檢查，RS表示回復(fù)，DS表示報(bào)廢。

（5）故障后果（FC）：表示該部件發(fā)生失效后將會(huì)產(chǎn)生的哪一類故障后果，使用數(shù)字進(jìn)行表示——5表示明顯的安全性影響，6表示明顯的使用性影響，7表示明顯的經(jīng)濟(jì)性影響，8表示隱蔽的安全性影響，9表示隱蔽的非安全性影響。圖3表示的是明顯故障的判斷方法，其他類型的故障后果的判斷方法類似。

以上維修類的描述大體上可以表示該部件的維修屬性，都是在外場(chǎng)和內(nèi)場(chǎng)維修以及航材備件資源管理中應(yīng)用到的維修知識(shí)的描述，具體的操作參照MSG-3標(biāo)準(zhǔn)[6]?？梢员硎緸槭剑?/p>

圖3 明顯故障的判定Fig.3 Determination of the apparent failure

Attr={MA，SL，EP，JT，F(xiàn)C，… }，

2.3 維修BOM的發(fā)布

在完成了維修BOM架構(gòu)的建立和維修屬性的添加，并與各物料對(duì)應(yīng)的模型信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，基本上維修BOM已經(jīng)構(gòu)建了出來，這時(shí)需要對(duì)維修BOM進(jìn)行相應(yīng)的發(fā)布。

單一的一套維修BOM在實(shí)際應(yīng)用中既要能夠?qū)S修進(jìn)行指導(dǎo)，同時(shí)還需要不斷的完善本身的信息，既有信息的流入也有信息的流出，而且很多情況下同一個(gè)大型號(hào)飛機(jī)下的小型號(hào)都是按照客戶需求定制的，單一的維修BOM顯然無法滿足這樣的需求。此時(shí)，應(yīng)對(duì)維修BOM進(jìn)行版本管理，以實(shí)現(xiàn)維修BOM的時(shí)間序列性，將會(huì)收到比較好的成效?；静襟E如下：

（1）首先建立靜態(tài)BOM（stBOM）和實(shí)例BOM（inBOM）。

靜態(tài)的BOM指得是具有靜態(tài)數(shù)據(jù)的維修BOM，如圖5左側(cè)的結(jié)構(gòu)樹便是靜態(tài)BOM的重要組成部分，基本上所有的飛機(jī)型號(hào)都是包括機(jī)體系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、動(dòng)力裝置等基本的組成部分，這些信息都是必須的，而且可以作為維修BOM進(jìn)一步實(shí)例化的母版。

實(shí)例化的維修BOM則是依據(jù)飛機(jī)不同的類型、型號(hào)和子類型，參照記錄各部件運(yùn)行和維修期間的具體信息按照靜態(tài)BOM為藍(lán)本，而進(jìn)行特定實(shí)例化的維修BOM。

這里需要指出靜態(tài)BOM和實(shí)例化BOM是一個(gè)相對(duì)的概念，將適用于所有飛機(jī)的靜態(tài)維修BOM（stBOMorigin）實(shí)例化為適用于螺旋槳飛機(jī)的維修BOM（inBOM1st），可以作為其某型國產(chǎn)民用飛機(jī)的靜態(tài)BOM（stBOM1st）；而實(shí)例化后的某型國產(chǎn)飛機(jī)的維修BOM（inBOM2st）又可以作為其各個(gè)子型號(hào)的靜態(tài)BOM（stBOM2nd），如下式所示。

（2）然后對(duì)維修BOM進(jìn)行差異性分布并進(jìn)行版本管理。

針對(duì)BOM版本管理的差異性，各個(gè)不同的型號(hào)和不同的維修部門建立與其相關(guān)的維修BOM，進(jìn)行差異性分布式管理，使各個(gè)維修部門高速訪問和寫入相關(guān)的BOM信息，將可以有效地壓縮BOM占用系統(tǒng)空間，同時(shí)不會(huì)丟失任何記錄的數(shù)據(jù)?？傮w的版本控制流圖如圖4所示。

圖4 維修BOM版本管理Fig.4 Edition management of maintenance BOM

本文以某型國產(chǎn)民用飛機(jī)維修為例，說明維修BOM的構(gòu)建方法。獨(dú)立構(gòu)建維修BOM的原型系統(tǒng)如圖5所示，頁面左端顯示飛機(jī)的結(jié)構(gòu)樹：頂層分支表示為飛機(jī)總體的分化，與原始的靜態(tài)BOM一致；次級(jí)分支表示螺旋槳飛機(jī)的分化，與螺旋槳飛機(jī)的靜態(tài)BOM一致；在次級(jí)分支表示其結(jié)構(gòu)的分化，并具體實(shí)例化到某部門。從圖5中可以看到，飛機(jī)部件級(jí)別的BOM包含編碼、區(qū)域編號(hào)、三維模型、版本號(hào)、手冊(cè)、檢驗(yàn)報(bào)告和往期版本等。主起落架減震支柱表示的版本號(hào)為1.A.2.1，從左至右第一位數(shù)字表示靜態(tài)BOM為原版，沒有進(jìn)行更動(dòng)；第二位字母表示，該物料為實(shí)例化到A部門的維修BOM；第三位數(shù)字表示該物料的實(shí)例化BOM進(jìn)行過兩次更動(dòng)；第四位數(shù)字表示該物料自身進(jìn)行過一次更改。同時(shí)，該物料在下掛的往期版本中存儲(chǔ)更改之前的編碼、區(qū)域編號(hào)、三維模型、版本號(hào)等信息。頁面的右側(cè)部分則表示選中物料（圖5中選中為起落架）的構(gòu)成部件的維修信息，包括編碼、區(qū)域、名稱，以及可維修性、時(shí)壽、檢查周期、工作類型和故障后果等維修屬性。

3 結(jié)束語

建立維修BOM是實(shí)現(xiàn)航空數(shù)字化維修不可或缺的部分。本文所提出的方法，兼顧了我國航空應(yīng)用的實(shí)際，對(duì)提高航空裝備的可靠性和降低維修費(fèi)用發(fā)揮了一定的作用。隨著我國航空產(chǎn)業(yè)數(shù)字化程度的不斷加深，如何將在設(shè)計(jì)和制造過程中已經(jīng)生成的各類BOM（工程BOM、制造BOM等）向維修BOM進(jìn)行映射，將是本文下一步所需要探討的問題。

圖5 維修BOM構(gòu)建系統(tǒng)原型界面Fig.5 Maintenance BOM construction system prototype interface

[1] 程耀安，張力，劉英博，等.大型復(fù)雜裝備MRO系統(tǒng)解決方案.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng).2010，16(10):2026～2037.

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