孟 飆，劉志存，閆 婧

(1.沈陽航空航天大學(xué) 航空制造工藝數(shù)字化國防重點學(xué)科實驗室,沈陽 110136；2.華北理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，河北 唐山 063009)

項目管理中飛機構(gòu)型管理模型構(gòu)建及其應(yīng)用

孟 飆1，劉志存2，閆 婧1

(1.沈陽航空航天大學(xué) 航空制造工藝數(shù)字化國防重點學(xué)科實驗室,沈陽 110136；2.華北理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，河北 唐山 063009)

飛機構(gòu)型管理是一個復(fù)雜的系統(tǒng)性協(xié)作問題，涉及到協(xié)同研制中許多學(xué)科和部門，一直是型號研制和批生產(chǎn)中的技術(shù)難點。在分析構(gòu)型管控與項目管理的映射關(guān)系上，應(yīng)用項目管理的原理和方法，提出創(chuàng)建構(gòu)型項目管理的一般流程。通過構(gòu)型項形式化表達的定義，建立了相對獨立的管理模塊和構(gòu)型計算的依據(jù)。通過定義工業(yè)活動結(jié)構(gòu)，結(jié)合項目視圖管理框架技術(shù)，實現(xiàn)在構(gòu)型項管理、控制、紀(jì)實與審核過程中對構(gòu)型數(shù)據(jù)變化的管控。在此基礎(chǔ)上，建立了基于項目管理的構(gòu)型管控模型。該技術(shù)已經(jīng)在機翼構(gòu)型規(guī)劃項目過程中得到了應(yīng)用驗證，該構(gòu)型管控模型具有很好的效果。

模型；構(gòu)型管理；項目管理

對于研制周期長、涉及學(xué)科多、質(zhì)量要求高的飛機產(chǎn)品，項目管理是強化整個研制過程的計劃、執(zhí)行和跟蹤控制的重要手段。它實現(xiàn)計劃、組織、人員及相關(guān)數(shù)據(jù)的管理與配置，以確保產(chǎn)品開發(fā)的順利進行。面向飛機研制全生命周期的項目管理，不僅需要管理產(chǎn)品研制過程中的作業(yè)分配、構(gòu)型定義，而且需要管理生產(chǎn)過程和使用過程中的計劃、執(zhí)行和控制等活動以及與這些活動相關(guān)的資源。這個管理過程始終與產(chǎn)品數(shù)據(jù)集成在一起，在每個里程碑處要嚴(yán)格維護和管控飛機構(gòu)型與設(shè)計結(jié)果的一致性。

縱觀國內(nèi)外構(gòu)型管理的研究，國外的研究主要集中在構(gòu)型規(guī)范的確定、構(gòu)型管理相關(guān)的組織模式、構(gòu)型管理的內(nèi)涵與外延的界定上。由于國內(nèi)技術(shù)封鎖等原因，國內(nèi)的研究僅限于民機轉(zhuǎn)包生產(chǎn)過程中的構(gòu)型控制，并以此為基礎(chǔ)展開的構(gòu)型組織、更改等一系列問題的探討。由于我國飛機生產(chǎn)的組織和生產(chǎn)模式與國外大不相同，許多構(gòu)型管理概念只具其形，因此，必須在結(jié)合我國實際情況的基礎(chǔ)上，研究其本質(zhì)特點，確定可定制的流程，在通用成熟的管理平臺上進行定制研發(fā)，才能真正將構(gòu)型控制的重要理念落實下來[1]。

1 飛機構(gòu)型管理目標(biāo)及其實施特點

構(gòu)型管理是建立和維護飛機產(chǎn)品在其生命周期內(nèi)所要求的性能、功能和物理屬性以及設(shè)計和操作信息的過程。其最終目的是按照客戶合同和最初定義的要求，確定某架飛機上最終安裝哪些零組件，同時通過嚴(yán)格的更改過程控制確保生產(chǎn)出來的產(chǎn)品符合合同和設(shè)計所規(guī)定的狀態(tài)[2-3]。

因此，構(gòu)型管理在實施過程中具有如下明顯的特點：

(1)相對獨立性

構(gòu)型管理的管理對象是構(gòu)型項CI(Configuration Item)，其在產(chǎn)品生命周期中具有模塊化、結(jié)構(gòu)化特征，構(gòu)型項邊界相對明確穩(wěn)定，變化主要發(fā)生在其內(nèi)部，因此在研制過程各階段管控任務(wù)明確，具有相當(dāng)程度的獨立性。

(2)任務(wù)重用性

從項目控制的角度來講，我們關(guān)心的主要是構(gòu)型項，其設(shè)計和控制具有重用性。同系列型號之間構(gòu)型設(shè)計可重用，不同系列型號之間構(gòu)型項在微小修改下也可達到重用狀態(tài)。

(3)功能關(guān)鍵性

構(gòu)型項一般是使用環(huán)境復(fù)雜、功能和物理特性關(guān)鍵的產(chǎn)品或零部件，也可能是采用新技術(shù)進行全新設(shè)計和研制的產(chǎn)品，它們在整個產(chǎn)品的研制進程中，占有非常關(guān)鍵的地位。

(4)結(jié)構(gòu)整體性

構(gòu)型項的選擇可以按照產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的層次關(guān)系進行選擇，由一個或多個零部件的集合組成，和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)一樣也可以表示成分層的樹狀結(jié)構(gòu)，形成CI樹。在管理上具有整體性，單項的構(gòu)型項控制不能反映飛機產(chǎn)品的整體效能，需要從系統(tǒng)的角度宏觀上設(shè)計、微觀上控制。

飛機構(gòu)型管理是型號研制過程中極其重要的環(huán)節(jié)，但實施過程往往因為沒有較好的管理環(huán)境，又受到多方面的制約，短期效果不明顯。而借助項目管理的技術(shù)成果，將構(gòu)型管理環(huán)節(jié)納入項目管理過程，強調(diào)項目節(jié)點的驗收，可以有效地提高構(gòu)型管理水平。

2 項目管理中的構(gòu)型管理

由于事前的管理和計劃是有效實施構(gòu)型管理的關(guān)鍵，因此項目管理生命周期中構(gòu)型部分包含了構(gòu)型管理過程的一個概覽，構(gòu)型管理過程與項目管理過程具有對應(yīng)關(guān)系。因此，整個構(gòu)型管理活動適用于項目所有階段，例如計劃、工程實施以及性能測定。每個里程碑處都對應(yīng)事先計劃的構(gòu)型控制模板，對于每個生命周期階段，構(gòu)型管理目標(biāo)與該階段的項目目標(biāo)一致，且構(gòu)型管理活動支持這些目標(biāo)的順利實現(xiàn)。在每個階段要明確構(gòu)型控制的目標(biāo)以及相應(yīng)的風(fēng)險，建立評定目標(biāo)完成和促進過程完善的評測機制。為了與項目管理相配合，需要事先定義每個階段的主要任務(wù)，以及完成任務(wù)所需的交互接口和支持信息，并明確相關(guān)時間節(jié)點[3]，如圖1所示。

構(gòu)型管理的主要任務(wù)為構(gòu)型標(biāo)識、構(gòu)型控制、構(gòu)型紀(jì)實和構(gòu)型審核，與項目過程管理緊密聯(lián)系，控制工程數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)單源性，維護數(shù)據(jù)之間的關(guān)系以及使用模式，保持?jǐn)?shù)據(jù)在全生命周期內(nèi)的一致性。

圖1 項目管理生命周期中構(gòu)型管理過程

2.1 構(gòu)型項目管理的主要任務(wù)

飛機構(gòu)型項目管理的主要任務(wù)有兩項：

其一，飛機構(gòu)型項定義。它為飛機研制過程的構(gòu)型管控提供了明確有效的管理對象，保證了研制結(jié)果完全符合設(shè)計的要求，并最終滿足用戶的需求。

構(gòu)型項CI(Configuration Item)是指能夠作為單個實體進行構(gòu)型管理，并在構(gòu)型項目管理過程中，滿足最終使用功能的用來描述系統(tǒng)中客觀事物的任何對象，可以是硬件、軟件、服務(wù)或其任一分散部分的集合體。處于獨立構(gòu)型管理之下的任何對象都可以是構(gòu)型項，構(gòu)型項可以是單個項，也可以是其他項的集合，它是構(gòu)成產(chǎn)品系統(tǒng)的一個基本單位。其含義是原材料等原始物體在制造過程中的某一個形態(tài)，并且物體的這個形態(tài)對企業(yè)的構(gòu)型管理活動來說是有意義的，是需要加以控制和管理的。構(gòu)型項不包括產(chǎn)品中未形成的部分，產(chǎn)品在形成過程中所經(jīng)歷的中間狀態(tài)的變化不能稱為一個構(gòu)型項。

構(gòu)型項的判斷是隨企業(yè)的實際應(yīng)用需求而變化的，只要其能夠作為一個獨立的管理對象來進行構(gòu)型管理，并能滿足最終的使用功能的所有形態(tài)，都可以作為構(gòu)型項。按照面向?qū)ο蟮乃枷?，?gòu)型項可以表示為：

CI=(CIid，A，M，C)

CIid：表示構(gòu)型項的標(biāo)識號，每個構(gòu)型項都有其唯一的構(gòu)型標(biāo)識，它確保了該構(gòu)型項最終構(gòu)型的的唯一性和可辨認性；

A：是一個(t，a，v)的三元組集合，表示構(gòu)型項的相關(guān)屬性，所有屬性的集合則可以描述該構(gòu)型項的技術(shù)性能，包括功能特性和物理特性。其中a是構(gòu)型項CI的一個屬性，通過A中的唯一符號進行標(biāo)識；t表示屬性A的類型，v表示屬性A的值，每個A都與一個t和v相聯(lián)系。

M：表示CI相關(guān)方法的集合，可以用一個多元組集合來描述，即(n，pin1，pin2，…，pinn，pout1，pout2，…poutm)。n表示方法名，其描述該構(gòu)型項生成最終構(gòu)型的過程中所采用的某一方法和技術(shù)手段；pini，i=1，…，n，描述方法的輸入?yún)?shù)；pouti，i=1，…，m，描述方法的輸出參數(shù)。

C：是一個二元組集合(cn，ce)，表示構(gòu)型項屬性之間的約束集合，cn表示約束名，ce是約束表達式。

構(gòu)型項識別要以ATA章節(jié)為構(gòu)型項頂層組織結(jié)構(gòu)，ATA章節(jié)對應(yīng)于不同的不變構(gòu)型ICI。在ATA章節(jié)的下一層設(shè)定構(gòu)型控制項，該控制項表示結(jié)構(gòu)的可變性，由不同的構(gòu)型配置方案CIS實現(xiàn)。每個配置方案由可變構(gòu)型VCI實現(xiàn)，對應(yīng)于設(shè)計模塊?？勺儤?gòu)型VCI的不同版本由其對應(yīng)的CIS統(tǒng)一管理，對應(yīng)于波音公司模塊的概念，管理構(gòu)型的版本和有效性[4]，其構(gòu)型項規(guī)劃如圖2所示。 頂層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對于一個指定的飛機型號來說是相對不變層，按照專業(yè)進行組織。構(gòu)型層用于構(gòu)型管控，是整個構(gòu)型管理的控制點與核心。此層再細分為3個子層：構(gòu)型層CI、構(gòu)型配置方案CIS、可變構(gòu)型VCI。構(gòu)型項CI是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中承擔(dān)構(gòu)型管理和控制作用的節(jié)點，一個CI下可以有多個構(gòu)型配置方案CIS。構(gòu)型配置方案CIS用于體現(xiàn)構(gòu)型項CI下多規(guī)格的配置管理，集合了該規(guī)格下完整的設(shè)計解決方案?？勺儤?gòu)型VCI是CIS在某個特定有效性下的設(shè)計解決方案，VCI中包括設(shè)計方案的完整信息(零組件、模型、圖文檔、技術(shù)文件等)。

圖2 產(chǎn)品構(gòu)型項規(guī)劃

底層結(jié)構(gòu)由具體的技術(shù)解決方案組成，底層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)包括用于飛機構(gòu)建的實際零部件。

綜上所述，構(gòu)型項識別的項目管理流程如圖3所示。

其二，基于構(gòu)型項的構(gòu)型控制。構(gòu)型控制主要發(fā)生在制造廠，設(shè)計所是更改發(fā)生時的反應(yīng)單位。在發(fā)生設(shè)計或工藝更改時，構(gòu)型項的版本或版次隨之更改，來保證更改的結(jié)果快速準(zhǔn)確的傳遞，使構(gòu)型狀態(tài)在產(chǎn)品研制全過程都處于嚴(yán)格的受控狀態(tài)，從而保證飛機產(chǎn)品的質(zhì)量。這里的版本是更改的結(jié)果，是構(gòu)型項在其研制過程中特定時間和條件下的一個設(shè)計結(jié)果。每個版本之間的變化都可以用更改前后的狀態(tài)變化表示出來。版本和版本之間存在著“導(dǎo)出關(guān)系”。版次指的是工藝變化對零部件編號的影響，即工藝版次。一般的，版本的字母變更對應(yīng)于設(shè)計更改，版本的序號變更對應(yīng)于工藝更改。某個版本的構(gòu)型項與其下級構(gòu)型項之間是一種結(jié)構(gòu)關(guān)系，即“使用關(guān)系”[14]。

在實際工作中，構(gòu)型控制任務(wù)反映在具體的更改過程之中，項目管理監(jiān)管了更改過程就必然很好的控制了構(gòu)型變化。構(gòu)型控制標(biāo)準(zhǔn)項目管理流程，相關(guān)數(shù)據(jù)流以及所涉及到的部門角色如圖4所示。更改可以發(fā)生在研制過程的每個環(huán)節(jié)，可以由任何角色提出更改建議。構(gòu)型控制過程必須建立專門部門進行管理，負責(zé)評審更改建議并發(fā)放更改任務(wù)。設(shè)計部門完成更改并發(fā)放更改結(jié)果，維護構(gòu)型版本的變化，由制造部門完成更改的實施和紀(jì)實。

圖3 構(gòu)型項識別的項目管理流程

2.2 構(gòu)型項目管理流程的創(chuàng)建

在項目管理生命周期，對構(gòu)型的控制主要體現(xiàn)在嚴(yán)格的流程控制和可追溯的構(gòu)型數(shù)據(jù)演變兩個方面。流程主要包括構(gòu)型規(guī)劃、構(gòu)型項識別與定義、構(gòu)型基線創(chuàng)建、構(gòu)型更改與紀(jì)實和構(gòu)型審核與評估。構(gòu)型數(shù)據(jù)演變主要是產(chǎn)品構(gòu)型基線創(chuàng)建之前的循環(huán)設(shè)計迭代以及之后的BOM演變紀(jì)實與更改數(shù)據(jù)引起的版本和版次變化。因此，需要首先遵循構(gòu)型管理規(guī)范和研制企業(yè)與國家政策特點定義構(gòu)型管理相關(guān)流程；其次需要在項目管理中貫徹基于產(chǎn)品全信息相關(guān)的單一數(shù)據(jù)源管理理念，建立構(gòu)型數(shù)據(jù)的單源演化機制[5-7]。圖5為創(chuàng)建項目管理構(gòu)型要素的一般定義過程[8]。

圖4 構(gòu)型控制標(biāo)準(zhǔn)項目管理流程

圖5 創(chuàng)建項目管理構(gòu)型要素的一般定義過程

圖5中，每個活動都被作為一個不可再分的原子作業(yè)，具有輸入信息，輸出信息，資源使用信息，指令信息和活動描述信息，如圖6所示。項目管理管控一系列構(gòu)型管控任務(wù)，每個任務(wù)由若干具體事件組成，事件由一個或一個以上活動組成。其中，活動所操作的對象是產(chǎn)品單一數(shù)據(jù)源，該數(shù)據(jù)源對象圍繞產(chǎn)品基線的形成過程及其數(shù)據(jù)一致性控制過程發(fā)生關(guān)聯(lián)性變化?；顒又暗膶ο鬆顟B(tài)經(jīng)過活動的轉(zhuǎn)換更新為活動之后的狀態(tài)，該過程如果對構(gòu)型狀態(tài)有影響，則如實記錄變化，否則只作為事件的一般事務(wù)。

圖6 工業(yè)活動結(jié)構(gòu)

對構(gòu)型數(shù)據(jù)對象的可視化控制通過視圖管理實現(xiàn)，視圖是事先設(shè)定的對應(yīng)于某種構(gòu)型狀態(tài)的模板。該模板的內(nèi)容包括構(gòu)型標(biāo)準(zhǔn)引用，工業(yè)活動可能影響的構(gòu)型樹節(jié)點、風(fēng)險描述、構(gòu)型狀態(tài)變化所涉及的項目管理角色4個部分。工業(yè)活動的輸出信息如果發(fā)生構(gòu)型信息的變化，則可能啟動下一個活動來處理相應(yīng)的變化。圖7為構(gòu)型數(shù)據(jù)對象視圖管理的框架。

構(gòu)型數(shù)據(jù)對象可以通過構(gòu)型視圖展示，型號產(chǎn)品的構(gòu)型管控任務(wù)由企業(yè)不同角色協(xié)同完成，其流程由項目管理節(jié)點統(tǒng)一管理，在構(gòu)型對象發(fā)生變化的節(jié)點可能發(fā)起構(gòu)型評審協(xié)同作業(yè)過程，其結(jié)果形成即時數(shù)據(jù)作為構(gòu)型對象的有效組成部分。

3 基于項目管理的構(gòu)型管控模型

從上述論述可知，構(gòu)型管理具有相對獨立的管理任務(wù)，并與型號項目管理的節(jié)點具有對應(yīng)關(guān)系，其在飛機研制過程中極其重要。傳統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)管理只強調(diào)設(shè)計狀態(tài)的控制，在項目生命周期內(nèi)的管控較弱，經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)品超差、更改、變型等重大質(zhì)量問題。因此，將構(gòu)型管理納入全生命周期項目管理意義非常重大[9-10]。

構(gòu)型任務(wù)在項目生命周期不同階段目的不同，結(jié)果不同，構(gòu)型數(shù)據(jù)對象不斷演化，其全生命周期管控模型如圖8所示。

圖7 構(gòu)型數(shù)據(jù)對象視圖管理框架

圖8 基于項目管理的構(gòu)型管控模型

在項目設(shè)計定型/試制階段，構(gòu)型任務(wù)是建立產(chǎn)品基線，這是設(shè)計和生產(chǎn)的主要標(biāo)志[13,15]。之前，構(gòu)型信息是不斷完善、修正的過程，屬于設(shè)計循環(huán)，這一階段的工作與設(shè)計單位的具體管理形式密不可分，一般由產(chǎn)品成熟度模型控制階段成果。之后，構(gòu)型信息基本不發(fā)生變化，構(gòu)型任務(wù)主要集中在一致性控制和紀(jì)實上，只有出現(xiàn)重大設(shè)計更改才需要返回產(chǎn)品基線管理節(jié)點，一般會產(chǎn)生型號的變化。

4 結(jié)論

依靠項目管理手段，可以很好地實現(xiàn)構(gòu)型管理的目標(biāo)，在某型號飛機的構(gòu)型控制過程中，運用該方法實現(xiàn)了設(shè)計、制造過程的統(tǒng)一管控，整體效率提高了20%左右，其中設(shè)計更改的效率提升占70%以上。本文提出的理論與方法綜合運用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并結(jié)合計算機技術(shù)與先進管理技術(shù)在解決構(gòu)型管理的系統(tǒng)性復(fù)雜問題方面取得了較好的成果，形成了有效的構(gòu)型管理模型。

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(責(zé)任編輯：吳萍 英文審校：靖可)

Construction of aircraft configuration management model and its application in project management

MENG Biao1，LIU Zhi-cun2，YAN Jing1

(1.Key Laboratory of Fundamental Science for National Defense of Aeronautical Digital Manufacturing Process,Shenyang Aerospace University,Shenyang 110136,China;2.College of Mechanical Engineering,North China University of Science and Technology,Tangshan 063009,China)

Aircraft configuration management involves complex and systematic coordination between many disciplines and departments,and always poses the technical difficulty in model development and batch production.Based on the analysis of the mapping relationship between configuration management and project management,the paper put forward the general process of creating configuration project management by applying the principle and methodology of project management.In the paper,by defining the formal expression of the configuration items,the independent management module and the basis of configuration calculation were established.By defining the structure of industrial activities,combined with the project view management framework technology,the configuration data changes were managed and controlled within the configuration management,control,documentary and audit process.Thus,a model of configuration management and control based on project management were established.The technology has been applied and testified in the process of wing configuration planning project.

model;configuration management;project management

2016-09-03

孟 飆(1969-)，男，內(nèi)蒙古烏蘭察布市人，副教授，主要研究方向：企業(yè)信息化、數(shù)字化制造，E-mail:biao_m@sina.com。

2095-1248(2016)06-0083-07

V260.5；TP391.7

A

10.3969/j.issn.2095-1248.2016.06.014