周永， 羅小琦， 李榮強(qiáng)， 熊青岳

中航工業(yè)成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所, 成都　610091

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面向全生命周期的飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)架構(gòu)技術(shù)

周永*， 羅小琦， 李榮強(qiáng)， 熊青岳

中航工業(yè)成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所, 成都610091

摘要:為增強(qiáng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理能力，提升飛機(jī)研發(fā)效率和質(zhì)量，基于構(gòu)型控制技術(shù)和飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的多年實(shí)踐，提出了飛機(jī)統(tǒng)一產(chǎn)品數(shù)據(jù)架構(gòu)(UA-PDA)概念，并依據(jù)飛機(jī)研制生命周期過程對UA-PDA的分類、組成以及相互之間的關(guān)系進(jìn)行了定義和描述，對架構(gòu)管理技術(shù)和方法也進(jìn)行了探討；此項(xiàng)技術(shù)研究對于復(fù)雜產(chǎn)品研制構(gòu)建統(tǒng)一產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，實(shí)施產(chǎn)品研制和服務(wù)全過程的數(shù)據(jù)協(xié)同和構(gòu)型控制，具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞:產(chǎn)品生命周期管理； 數(shù)據(jù)架構(gòu)； 功能架構(gòu)； 構(gòu)型控制； 工程協(xié)同

近年來，隨著復(fù)雜產(chǎn)品的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和產(chǎn)品生命周期管理(PDM/PLM)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，產(chǎn)品研發(fā)過程中不同階段、不同功能的產(chǎn)品數(shù)據(jù)構(gòu)成及其相互關(guān)系成為了應(yīng)用研究熱點(diǎn)。

在飛機(jī)或其他復(fù)雜系統(tǒng)的研制過程中，將產(chǎn)生多種類型、數(shù)量巨大的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理和保障數(shù)據(jù)[1]。這些數(shù)據(jù)可以按照功能分解、空間結(jié)構(gòu)裝配關(guān)系等多個維度進(jìn)行組織，并且在產(chǎn)品整個生命周期中不斷地生成[2]，它們往往相互依賴，存在著復(fù)雜的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系。如果不能對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行管控，保證其一致性，不同專業(yè)和部門間的協(xié)調(diào)工作將會浪費(fèi)大量時間，從而導(dǎo)致研發(fā)效率降低、項(xiàng)目拖延，甚至造成產(chǎn)品質(zhì)量缺陷[3]。因此，實(shí)現(xiàn)單一數(shù)據(jù)源產(chǎn)品數(shù)據(jù)(Single Source of Product Data, SSPD)管理對執(zhí)行高效、高質(zhì)量的研發(fā)工作具有重要意義。

目前國外具有業(yè)界先進(jìn)水平的航空企業(yè)已經(jīng)廣泛開展了基于物料清單(BOM)或相應(yīng)機(jī)制的產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)管理工作，并在保障產(chǎn)品順利研發(fā)交付方面取得了有目共睹的成績。例如，空客、Boeing等企業(yè)等都在飛機(jī)產(chǎn)品多業(yè)務(wù)物料清單(xBOM)管理技術(shù)上，借助產(chǎn)品生命周期管理(PLM)工具，采用多視圖IT控制技術(shù)，為飛機(jī)型號建立了完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，以支持產(chǎn)品生命周期研發(fā)和交付保障[4-5]。

達(dá)索系統(tǒng)公司的ENOVIA V6系統(tǒng)推出了需求/功能/邏輯/物理模型(RFLP)產(chǎn)品數(shù)據(jù)定義技術(shù)，支持運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行架構(gòu)開發(fā)和應(yīng)用[6]。

通過對飛機(jī)研制過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)的特征進(jìn)行分析和歸納，可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)之間雖然存在復(fù)雜的關(guān)聯(lián)，但能夠通過多個分解結(jié)構(gòu)的交叉和映射進(jìn)行有效的描述和管理，因此這些不同類型的分解結(jié)構(gòu)可以共同形成一種產(chǎn)品數(shù)據(jù)架構(gòu)(Product Data Architecture, PDA)，來作為產(chǎn)品全生命周期管理的核心線索。

產(chǎn)品數(shù)據(jù)架構(gòu)是一種自頂向下的產(chǎn)品數(shù)據(jù)分解構(gòu)成，主要用于定義并表達(dá)產(chǎn)品生命周期全過程數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)品的需求分析與定義、設(shè)計(jì)與建模、分析仿真、產(chǎn)品試驗(yàn)、產(chǎn)品工藝、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品裝配、產(chǎn)品交付與維護(hù)等信息，用于支持產(chǎn)品工程研發(fā)、制造和服務(wù)過程的工程協(xié)同和技術(shù)狀態(tài)管理。

飛機(jī)研制需要?dú)v經(jīng)方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和試制、試飛以及產(chǎn)品交付過程。在方案設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)中，飛機(jī)總體設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一是定義飛機(jī)按系統(tǒng)和成品的產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)，按照系統(tǒng)功能和裝配工藝提出設(shè)計(jì)、制造、集成的研制要求和規(guī)范，形成產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)構(gòu)成和管理方案，這對于開展工程研制過程協(xié)同與技術(shù)狀態(tài)管理意義重大。

建立飛機(jī)型號級統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)架構(gòu)，對數(shù)據(jù)架構(gòu)進(jìn)行有效管理，有利于根據(jù)不同的視圖和管理需要，從頂層上安排和掌握飛機(jī)型號的研發(fā)方案和研制情況，保證研制需求和規(guī)范在研制過程中得到貫徹和實(shí)現(xiàn)。

同時，對不同的功能數(shù)據(jù)架構(gòu)進(jìn)行關(guān)鍵指標(biāo)或模型的關(guān)聯(lián)，能夠維護(hù)產(chǎn)品各模塊和組成部分間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性。這對產(chǎn)品的研發(fā)過程協(xié)同和管控，特別是對變更控制、設(shè)計(jì)迭代和產(chǎn)品配置管理有著極大的促進(jìn)作用，能夠有效地提高產(chǎn)品研發(fā)和交付質(zhì)量。

此外，按研制周期定義數(shù)據(jù)架構(gòu)分類，可以分門別類、多角度地進(jìn)行產(chǎn)品知識的積累，也便于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和部件的參考和引用，從而為后續(xù)產(chǎn)品型號的改進(jìn)發(fā)展提供可持續(xù)的敏捷研發(fā)能力。

最后，對數(shù)據(jù)架構(gòu)進(jìn)行多視圖應(yīng)用開發(fā)，對飛機(jī)工作范圍進(jìn)行劃分，也能夠增強(qiáng)采購和分包管理能力，實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)系統(tǒng)和子系統(tǒng)的協(xié)同開發(fā)和承制商管控能力的提升。

1飛機(jī)全生命周期產(chǎn)品數(shù)據(jù)組成

1.1數(shù)據(jù)分類

通過對飛機(jī)研制過程進(jìn)行研究和分析，可將飛機(jī)全生命周期產(chǎn)品數(shù)據(jù)分類歸納如下[7-8]。

1) 研制需求類：包括飛機(jī)指標(biāo)、能力目錄、飛機(jī)研制規(guī)范、系統(tǒng)研制規(guī)范、機(jī)體研制規(guī)范和技術(shù)指標(biāo)等數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)初始產(chǎn)生于飛機(jī)方案設(shè)計(jì)階段，用于指導(dǎo)飛機(jī)研制全過程。

2) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)類：包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖、線路圖、飛機(jī)系統(tǒng)接口定義文件、設(shè)備數(shù)模、按功能分解的設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)例號以及系統(tǒng)試驗(yàn)/仿真等數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)初始產(chǎn)生于飛機(jī)初步設(shè)計(jì)階段，服務(wù)于初步設(shè)計(jì)及以后的所有飛機(jī)研制階段。

3) 數(shù)字樣機(jī)類：包括飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)按區(qū)段的分區(qū)協(xié)調(diào)模型、評審記錄、飛機(jī)總體三面圖/總體布置圖/理論外形數(shù)模、樣機(jī)三維數(shù)模以及生產(chǎn)用技術(shù)條件文檔等數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)初始產(chǎn)生于飛機(jī)詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，服務(wù)于詳細(xì)設(shè)計(jì)及以后的所有飛機(jī)研制階段。

4) 工藝設(shè)計(jì)類：包括工藝路線、工藝組合件和材料定額等工藝信息數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)初始產(chǎn)生于飛機(jī)詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，服務(wù)于詳細(xì)設(shè)計(jì)及以后的所有飛機(jī)研制階段。

5) 裝配制造類：包括工藝規(guī)程、工裝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)/檢驗(yàn)記錄、成品序列號、超差、偏離情況以及單機(jī)/單件稱重信息等數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)在飛機(jī)試制階段產(chǎn)生，服務(wù)于飛機(jī)試制及以后的所有飛機(jī)研制階段。

6) 維修保障類：包括維護(hù)維修任務(wù)規(guī)劃、維修分析報告、支持維護(hù)技術(shù)手冊和備品備件信息等數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)在飛機(jī)初步設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生，服務(wù)于飛機(jī)初步設(shè)計(jì)及以后的所有飛機(jī)研制階段。

7) 外場服務(wù)類：包括飛機(jī)外場維修維護(hù)記錄、設(shè)備履歷、技術(shù)通報以及更改外場執(zhí)行情況等信息數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)在飛機(jī)使用支持階段產(chǎn)生，主要服務(wù)于該階段。飛機(jī)全生命周期產(chǎn)品數(shù)據(jù)與研制階段關(guān)系如圖1所示。

飛機(jī)研制過程中各類數(shù)據(jù)的產(chǎn)生均具有自頂向下、逐級衍變的特點(diǎn)，因此適合采用樹狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行關(guān)系組織[9]。

1.2需求

圖1飛機(jī)全生命周期產(chǎn)品數(shù)據(jù)與研制階段關(guān)系
Fig. 1Relationships between aircraft product data of lifecycle and R&D phase

飛機(jī)產(chǎn)品研制需求，是飛機(jī)設(shè)計(jì)各階段的設(shè)計(jì)依據(jù)和狀態(tài)基礎(chǔ)，對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證起牽動作用。需求的定義過程就是對關(guān)鍵因素和指標(biāo)的反復(fù)權(quán)衡過程，包括：系列化、多樣性、功能、性能、安全、可靠性、可支持性、舒適性、成本、研發(fā)進(jìn)度、周期、生產(chǎn)能力和供應(yīng)鏈等。需求的具體產(chǎn)生過程是：首先對客戶需求進(jìn)行正確的識別和捕獲(表達(dá)為飛機(jī)指標(biāo)和能力目錄)，在客戶需求一經(jīng)確認(rèn)后，就需要建立需求基線；在需求基線初步確定后，再進(jìn)行功能分析，建立功能架構(gòu)。功能架構(gòu)是在功能分解和分配的過程中不斷迭代，并權(quán)衡其影響后建立起來的。需求到功能架構(gòu)的建立過程模型如圖2所示，需求的分解和分配過程如圖3所示。

考慮到飛機(jī)產(chǎn)品組成和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，不同系統(tǒng)需要不同專業(yè)人員參與完成。飛機(jī)設(shè)計(jì)中主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩大類。

圖2客戶需求到功能架構(gòu)的建立過程模型
Fig. 2Model of construction process from customer
requirements to function architecture

結(jié)構(gòu)架構(gòu)遵從一個共同的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)頂層框架，它也是設(shè)計(jì)分解和集成(裝配)的源頭。飛機(jī)結(jié)構(gòu)框架組成是在初步設(shè)計(jì)階段完成的，對單一型號而言，其相對變化小。結(jié)構(gòu)架構(gòu)需要包括產(chǎn)品各大部件(主結(jié)構(gòu))框架和組成、各部件功能需求、材料需求、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、工藝可加工性和裝配性等，工程設(shè)計(jì)中需要對架構(gòu)數(shù)據(jù)的組成關(guān)系、部件結(jié)構(gòu)需求和指標(biāo)等進(jìn)行定義和管理。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一開始并沒有統(tǒng)一的系統(tǒng)架構(gòu)；系統(tǒng)架構(gòu)是通過系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)和各系統(tǒng)設(shè)計(jì)逐步建立起來的。從系統(tǒng)的頂層功能需求開始，進(jìn)行系統(tǒng)的組成和功能的設(shè)計(jì)，經(jīng)過多次迭代，驗(yàn)證系統(tǒng)頂層方案達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，滿足系統(tǒng)的功能需求[10]。完成系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)后，才能建立飛機(jī)系統(tǒng)的架構(gòu)，所以系統(tǒng)架構(gòu)因系統(tǒng)功能需求的不同而不同。一般來講，系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)包括系統(tǒng)需求文件(SRD)、系統(tǒng)安裝需求文件(RIRD)、系統(tǒng)安裝設(shè)計(jì)原則(SIDP)、設(shè)備安裝需求文件(EIRD)、采購技術(shù)規(guī)范(PTS)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)(TDD)等。這些系統(tǒng)需求與規(guī)范文件包含了有關(guān)系統(tǒng)的安全性要求、功能要求、客戶要求、運(yùn)行要求、性能要求、物理和安裝要求、維修性要求以及接口要求等[11]。

圖3飛機(jī)需求的分解和分配過程模型
Fig. 3Model of deployment and allocation of aircraft
requirements

1.3數(shù)字樣機(jī)

數(shù)字樣機(jī)是飛機(jī)從設(shè)計(jì)到工程實(shí)現(xiàn)的核心架構(gòu)，是產(chǎn)品工程物料清單(EBOM)的集成形式。EBOM是工程設(shè)計(jì)組織創(chuàng)建的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，反映產(chǎn)品設(shè)計(jì)的意圖和內(nèi)容，存儲了工程產(chǎn)品及其組件的結(jié)構(gòu)關(guān)系和數(shù)量關(guān)系，是產(chǎn)品工程數(shù)據(jù)的組織架構(gòu)與飛機(jī)工程制造的依據(jù)。其構(gòu)造從產(chǎn)品逐層分解到物理安裝，涵蓋了產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)產(chǎn)生的、用于生產(chǎn)的大量零部件數(shù)據(jù)[12]。

國內(nèi)外不同航空企業(yè)在構(gòu)建EBOM時采取了不同的方式?？湛凸静捎玫氖恰肮潭▽?構(gòu)型層-零組部件層”的三大層次，在構(gòu)型層采用“構(gòu)型項(xiàng)(CI)-連接點(diǎn)(LO)-設(shè)計(jì)方案(DS)”的模式。Boeing公司采用的是“選項(xiàng)(OPTIONS)-模塊(MODULES)-零組部件(PARTS)”的模式。無論是空客公司還是Boeing公司，飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上層部分的構(gòu)建方式基本相似，均以艙段和大部件，以及系統(tǒng)、子系統(tǒng)(民機(jī)采用ATA章節(jié))為線索進(jìn)行EBOM分解[13]。

圖4為空客公司A380項(xiàng)目的頂層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。由圖可知，A380項(xiàng)目至少包括A380-800和A380-700兩個系列型號。在型號之下，首先按飛機(jī)大部件進(jìn)行劃分，例如按左右機(jī)翼、機(jī)身、垂尾、起落架和發(fā)動機(jī)進(jìn)行劃分；然后再按飛機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段；分艙段之后再按系統(tǒng)、分系統(tǒng)(對應(yīng)ATA章節(jié))進(jìn)行劃分；在系統(tǒng)、分系統(tǒng)劃分之后，再設(shè)立構(gòu)型項(xiàng)(CI)，并通過設(shè)計(jì)方案(DS)將零部件組織起來。

圖4空客公司A380飛機(jī)EBOM頂層結(jié)構(gòu)
Fig. 4Top-level EBOM structure of Airbus A380 aircraft

2數(shù)據(jù)架構(gòu)管理技術(shù)

2.1飛機(jī)統(tǒng)一產(chǎn)品架構(gòu)模型定義

結(jié)合飛機(jī)研制流程和規(guī)律，總體來說，可將飛機(jī)研制數(shù)據(jù)歸納為兩類：①圍繞飛機(jī)功能的定義和設(shè)計(jì)過程服務(wù)，包括研制需求類數(shù)據(jù)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)類數(shù)據(jù)和維護(hù)保障類數(shù)據(jù)；②圍繞飛機(jī)實(shí)物的生產(chǎn)與裝配過程，包括數(shù)字樣機(jī)類數(shù)據(jù)、工藝設(shè)計(jì)類數(shù)據(jù)、裝配制造類數(shù)據(jù)和外場服務(wù)類數(shù)據(jù)[14]。

對應(yīng)地，在架構(gòu)分類上，可將飛機(jī)架構(gòu)模型也分為兩類：①按飛機(jī)系統(tǒng)/功能架構(gòu)對飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行樹狀分解和組織，簡稱飛機(jī)功能架構(gòu)(F-PDA)；②按照飛機(jī)空間幾何及物理安裝進(jìn)行樹狀分解和組織，簡稱飛機(jī)空間架構(gòu)(S-PDA)。以F-PDA和S-PDA為基礎(chǔ)組合可以形成統(tǒng)一的飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)架構(gòu)——飛機(jī)統(tǒng)一產(chǎn)品數(shù)據(jù)架構(gòu)(UA-PDA)，它采用層次化的方式定義飛機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要集成需求、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、制造和外場保障的相關(guān)元數(shù)據(jù)，管理飛機(jī)全生命周期過程數(shù)據(jù)與狀態(tài)數(shù)據(jù)(定義、關(guān)系、約束和變更)，形成產(chǎn)品綜合視圖，對飛機(jī)全生命周期技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行完整紀(jì)實(shí)。

下面對UA-PDA進(jìn)行詳細(xì)描述。

UA-PDA由層次化的節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)構(gòu)成，包括頂層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、配置層、底層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)資源層4層結(jié)構(gòu)。

UA-PDA的頂層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置層由F-PDA和S-PDA共同組成。其中，F(xiàn)-PDA的頂層節(jié)點(diǎn)代表飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能分解的層次，通常由飛機(jī)系統(tǒng)/分系統(tǒng)/子系統(tǒng)這樣的結(jié)構(gòu)組成；F-PDA的配置層簡稱F-CI，通常分解至飛機(jī)各系統(tǒng)的外場可更換單元(LRU)級或接口級。而S-PDA的頂層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，每一個節(jié)點(diǎn)代表飛機(jī)按物理安裝的分解層次，通常按照主部段/艙段/安裝/裝配這樣的結(jié)構(gòu)組成；S-PDA的配置層簡稱S-CI，主要包括設(shè)備安裝結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)連接件3種類型數(shù)據(jù)。

在UA-PDA的配置層以下緊鄰的為底層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，它由需求和系統(tǒng)設(shè)計(jì)等數(shù)據(jù)集合構(gòu)成，提供給配置層選用，選配關(guān)系定義在配置層與數(shù)據(jù)集合層之間的鏈接關(guān)系上(參見2.2 節(jié))。

UA-PDA的最下層為設(shè)計(jì)資源層，用于存儲設(shè)備、通用零部件、元器件、標(biāo)準(zhǔn)件和材料等通用設(shè)計(jì)資源設(shè)計(jì)信息，提供給底層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程選用。UA-PDA模型定義如圖5所示。

圖5UA-PDA模型
Fig. 5Model of UA-PDA

2.2飛機(jī)統(tǒng)一產(chǎn)品架構(gòu)數(shù)據(jù)關(guān)系

在UA-PDA模型中，各種類型飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)均應(yīng)與架構(gòu)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)，同時架構(gòu)關(guān)聯(lián)模型之間也具有從前到后、派生和引用等關(guān)系特征，例如研制需求數(shù)據(jù)的產(chǎn)生完善過程，將引導(dǎo)產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)(PBS)初步架構(gòu)和數(shù)字樣機(jī)技術(shù)要求的產(chǎn)生；而系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程將產(chǎn)生系統(tǒng)設(shè)備模型以及系統(tǒng)裝配、連接等技術(shù)要求，這些設(shè)計(jì)要素均可作為數(shù)字樣機(jī)產(chǎn)生過程中的重要輸入，驅(qū)動數(shù)字樣機(jī)的設(shè)計(jì)工作[15]。

在UA-PDA中，可依據(jù)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)類型(參見1.1 節(jié))，將架構(gòu)節(jié)點(diǎn)與產(chǎn)品數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行分類定義，建立產(chǎn)品架構(gòu)關(guān)系模型，包括：需求關(guān)系模型(R-LINK)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)系模型(St-LINK)、數(shù)字樣機(jī)關(guān)系模型(E-LINK)、維修保障關(guān)系模型(S-LINK)、工藝設(shè)計(jì)關(guān)系模型(P-LINK)、裝配制造關(guān)系模型(M-LINK)和外場使用關(guān)系模型(O-LINK)[15]。將這種數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進(jìn)行梳理、定義，對于飛機(jī)研制流程的規(guī)范化和知識化具有重要意義；同時，當(dāng)數(shù)據(jù)變更產(chǎn)生時可以依據(jù)關(guān)系鏈路，進(jìn)行向前和向后影響分析，得到更為全面的變更影響分析結(jié)論[16]。圖6為UA-PDA數(shù)據(jù)在飛機(jī)研制過程中的關(guān)系模型定義。

圖6UA-PDA數(shù)據(jù)關(guān)系模型
Fig. 6Model of UA-PDA data relationships

通過對這些關(guān)系模型進(jìn)行統(tǒng)一管理，可以實(shí)現(xiàn)基于UA-PDA自動抽取不同的工程視圖，包括需求視圖(RBOM)、系統(tǒng)視圖(StBOM)、工程視圖(EBOM)、工藝視圖(PBOM)、制造視圖(MBOM)、保障視圖(SBOM)以及運(yùn)營視圖(OBOM)等，從而實(shí)現(xiàn)xBOM的綜合應(yīng)用[17]。圖7為由UA-PDA進(jìn)行多視圖應(yīng)用的原理。

2.3與國外先進(jìn)模式的對比

國外航空工業(yè)巨頭——空客公司在其最新研制的A350機(jī)型中，采用了三級多視圖管理方式對飛機(jī)全生命周期各個階段的產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織進(jìn)行了規(guī)劃定義，該規(guī)劃分為主數(shù)據(jù)架構(gòu)層(對應(yīng)意向視圖(As Proposed)、規(guī)格視圖(As Specified)、定義視圖(As Defined)、設(shè)計(jì)視圖(As Designed)、系統(tǒng)視圖(System View)、工藝視圖(As Planed)、制造視圖(As Prepared)和維護(hù)視圖(As Maintained)8個主視圖)、數(shù)據(jù)架構(gòu)實(shí)例層(由8個主視圖分別擴(kuò)展生成7個擴(kuò)展視圖)和交付層(對應(yīng)各視圖輸出的可交付數(shù)據(jù))3層，從飛機(jī)全生命周期、全過程域給出了A350飛機(jī)研制擬采用的研制數(shù)據(jù)管理規(guī)劃。該模式目前也僅在空客A350機(jī)型研制中進(jìn)行了試點(diǎn)，并未全面推廣應(yīng)用。圖8為空客A350采用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)多視圖結(jié)構(gòu)規(guī)劃模型。

與空客公司的規(guī)劃相比較，本文所研究的飛機(jī)統(tǒng)一產(chǎn)品架構(gòu)模型及其相關(guān)技術(shù)，主要結(jié)合了國內(nèi)飛機(jī)研制特點(diǎn)，側(cè)重于自頂向下對飛機(jī)研制數(shù)據(jù)及其內(nèi)部組織關(guān)系的描述定義，從根本上建立飛機(jī)全生命周期產(chǎn)品數(shù)據(jù)的核心管理機(jī)制，基于該機(jī)制可實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品功能和物理空間兩個視角在統(tǒng)一架構(gòu)下管理飛機(jī)全生命周期數(shù)據(jù)，有利于解決當(dāng)前工程各階段數(shù)據(jù)分散管理、技術(shù)狀態(tài)難以完整控制的被動局面。

圖7UA-PDA多視圖應(yīng)用原理
Fig. 7Application principle of UA-PDA multi-view

2.4架構(gòu)配置管理

UA-PDA主要通過版本和有效性控制方式進(jìn)行配置管理。其中，有效性管理主要分為兩類：方案有效性和架次有效性。

方案有效性指針對不同飛機(jī)的系統(tǒng)功能或性能要求，在研制中采用不同的設(shè)計(jì)方案。例如，同系列型號的A型飛機(jī)和B型飛機(jī)，可對應(yīng)到飛機(jī)設(shè)計(jì)方案A和設(shè)計(jì)方案B。不同設(shè)計(jì)方案在物理實(shí)現(xiàn)中最終將落實(shí)到不同飛機(jī)架次上進(jìn)行驗(yàn)證或研制交付[18]。

架次有效性與生產(chǎn)密切相關(guān)，對應(yīng)具體的飛機(jī)生產(chǎn)架次序列。管理中通常用1～9 999的數(shù)字序列對飛機(jī)架次進(jìn)行配置和管理[19]。

在F-PDA上主要通過方案有效性進(jìn)行配置管理，其配置方式為：F-PDA上每個節(jié)點(diǎn)可多個大版本同時有效，每個大版本對應(yīng)不同的方案有效性數(shù)據(jù)集。有效性配置模型如圖9所示。

S-PDA上主要管理飛機(jī)物理架次有效性，采用簡化有效性定義方式進(jìn)行配置管理：頂層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)最新版本有效，不定義有效性，默認(rèn)對整個產(chǎn)品全架次范圍有效；有效性僅在S-CI上定義，該節(jié)點(diǎn)可多個大版本同時有效。每個大版本對應(yīng)不同的架次范圍；底層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊最新版本有效，有效性直接從對應(yīng)版本的S-CI上繼承，其有效性配置模型如圖10所示。

圖8空客產(chǎn)品數(shù)據(jù)多視圖架構(gòu)模型
Fig. 8Multi-view architecture model of Airbus product data

圖9F-PDA有效性配置模型
Fig. 9Model of F-PDA effectiveness configuration

圖10S-PDA有效性配置模型
Fig. 10Model of S-PDA effectiveness vonfiguration

2.5架構(gòu)集成技術(shù)

UA-PDA中的工程數(shù)據(jù)通常產(chǎn)生于不同的專業(yè)/業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)工具和系統(tǒng)，如DOORS、Raphsody、ENOVIA、CATIA、DELMIA等，因此UA-PDA架構(gòu)的有效運(yùn)作，要求架構(gòu)管理系統(tǒng)具備跨平臺的集成能力，應(yīng)能夠根據(jù)架構(gòu)視圖建立架構(gòu)關(guān)系模型，從各個專業(yè)系統(tǒng)中定位和獲取該結(jié)構(gòu)相關(guān)的專業(yè)數(shù)據(jù)，并在各個視圖應(yīng)用中根據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系為使用者提供這些信息。上述能力主要涉及UA-PDA管理工具的3個主要技術(shù)特征：

1) 產(chǎn)品信息描述方法。產(chǎn)品各視圖數(shù)據(jù)可在UA-PDA架構(gòu)管理工具中提取、傳遞和使用，要求在被集成的各個專業(yè)系統(tǒng)中，產(chǎn)品的數(shù)據(jù)都是高度結(jié)構(gòu)化的，能夠通過一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行描述和存儲。

2) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主數(shù)據(jù)源。為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)架構(gòu)集成，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)將其數(shù)據(jù)對象與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)建立關(guān)聯(lián)，即在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)組織方式設(shè)計(jì)中應(yīng)體現(xiàn)其與產(chǎn)品架構(gòu)的映射思想。這種關(guān)聯(lián)可能是基于BOM映射維護(hù)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)樹與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視圖自動關(guān)聯(lián)，也可能是直接人工指定數(shù)據(jù)對象與產(chǎn)品架構(gòu)某一視圖的結(jié)構(gòu)項(xiàng)之間關(guān)聯(lián)。但無論哪種關(guān)聯(lián)，UA-PDA架構(gòu)管理工具均應(yīng)成為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的唯一主數(shù)據(jù)源[20]。

3) 產(chǎn)品信息提取與使用。UA-PDA管理工具不應(yīng)該成為產(chǎn)品業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者，而應(yīng)該成為數(shù)據(jù)的調(diào)度員；它應(yīng)將各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行匯集，并根據(jù)業(yè)務(wù)依托的視圖提供給其他需要這些數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。產(chǎn)品數(shù)據(jù)架構(gòu)在其應(yīng)用深度上的表現(xiàn)很大程度上取決于各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開放程度。

3應(yīng)用與展望

產(chǎn)品數(shù)據(jù)架構(gòu)技術(shù)正在筆者單位進(jìn)行深入研究和開發(fā)，并已逐步應(yīng)用到工程研制過程中，目前已經(jīng)基于S-PDA實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)設(shè)計(jì)狀態(tài)、架次狀態(tài)的變更控制和有效追溯;而隨著產(chǎn)品系統(tǒng)工程的推進(jìn),F-PDA的研究和應(yīng)用開發(fā)也在逐步深入，上述工作為實(shí)現(xiàn)對UA-PDA的進(jìn)一步研究與應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。圖11為根據(jù)某飛機(jī)工程應(yīng)用需求建立的一個UA-PDA實(shí)例。可以預(yù)見的是，UA-PDA技術(shù)的推廣應(yīng)用，有利于飛機(jī)研制過程中的多專業(yè)、多業(yè)務(wù)協(xié)同，將為完整實(shí)現(xiàn)飛機(jī)全生命周期中的過程與數(shù)據(jù)管理提供強(qiáng)大支持。

圖11UA-PDA應(yīng)用實(shí)例
Fig. 11Application example of UA-PDA

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周永男， 學(xué)士， 研究員， 碩士生導(dǎo)師。主要研究方向： 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)， 企業(yè)信息化。

Tel: 028-85509145

E-mail: zy1572@163.com

羅小琦男， 學(xué)士， 工程師。主要研究方向： 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

Tel: 028-66339261

E-mail: luo_xq@126.com

李榮強(qiáng)男， 碩士， 高級工程師。主要研究方向： 飛機(jī)研制數(shù)字化應(yīng)用， 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真。

Tel: 028-66329660

E-mail: rqli1978@sina.com

熊青岳男， 碩士， 工程師。主要研究方向： 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

Tel: 028-65034553

Email: jameswilliam@163.com

Received： 2015-08-20; Revised: 2015-10-28; Accepted: 2015-11-13; Published online: 2015-12-0410:08

URL： www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20151204.1008.016.html

Technology of lifecycle oriented aircraft product data architecture

ZHOU Yong*, LUO Xiaoqi, LI Rongqiang, XIONG Qingyue

AVIC Chengdu Aircraft Design & Research Institute, Chengdu610091, China

Abstract:For raising the product data management capability and improving the efficiency and quality of aircraft research and development, this paper proposes the concept of unified aircraft-product data architecture (UA-PDA) based on the practice of configuration control and aeronautic product data management for years, defines and discusses the classification, constitution and inner relation of UA-PDA according to the aircraft product lifecycle processes, and investigates the method and technology of architecture management. The investigation will be of great significance to the construction of UA-PDA for complex product, the data cooperation and configuration control in the whole process of product R&D implement and services.

Key words:product lifecycle management; data architecture; function architecture; configuration control; engineering collaboration

*Corresponding author. Tel.： 028-85509145E-mail: zy1572@163.com

作者簡介：

中圖分類號：V221； V37

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-6893(2016)01-0324-11

DOI：10.7527/S1000-6893.2015.0320

*通訊作者.Tel.： 028-85509145E-mail: zy1572@163.com

收稿日期：2015-08-20; 退修日期: 2015-10-28; 錄用日期: 2015-11-13; 網(wǎng)絡(luò)出版時間: 2015-12-0410:08

網(wǎng)絡(luò)出版地址： www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20151204.1008.016.html

引用格式： 周永， 羅小琦， 李榮強(qiáng)， 等. 面向全生命周期的飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)架構(gòu)技術(shù)[J]． 航空學(xué)報, 2016, 37(1): 324-334. ZHOU Y, LUO X Q, LI R Q, et al. Technology of lifecycle oriented aircraft product data architecture[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2016, 37(1): 324-334.

http://hkxb.buaa.edu.cnhkxb@buaa.edu.cn