溫文才

(中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司 上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

民用飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解及管理技術(shù)研究

溫文才

(中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司 上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

民用飛機(jī)是一個高度復(fù)雜且十分龐大的產(chǎn)品，為了便于對這個龐大的產(chǎn)品進(jìn)行精確定義，捕獲飛機(jī)的關(guān)鍵構(gòu)造信息，同時便于產(chǎn)品的分工設(shè)計(jì)、制造、裝配，通常需要對產(chǎn)品按一定方式進(jìn)行分解，形成一種層次化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。介紹相關(guān)定義以及與建立模塊化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相關(guān)的概念，論述對產(chǎn)品進(jìn)行分解的重要意義，研究三種不同的分解方式所形成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，以及這些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的用途。通過這三種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到有效管理飛機(jī)的定義、設(shè)計(jì)、裝配等活動及飛機(jī)的構(gòu)型狀態(tài)的目的。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；分解；構(gòu)型項(xiàng)；模塊化；有效性

0 引 言

民用飛機(jī)是一個高度復(fù)雜且十分龐大的產(chǎn)品，據(jù)統(tǒng)計(jì)，一架典型的民用飛機(jī)至少由600萬個零件組成。為了便于對這個龐大的產(chǎn)品進(jìn)行精確定義，捕獲飛機(jī)的關(guān)鍵構(gòu)造信息，同時便于產(chǎn)品的分工設(shè)計(jì)、制造、裝配、維護(hù)等活動，通常需要對產(chǎn)品按一定方式進(jìn)行分解，形成一種層次化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

不同的產(chǎn)品分解方式可以產(chǎn)生不同類型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。通過不同的產(chǎn)品分解方式，可以從不同的角度捕獲產(chǎn)品的構(gòu)造信息，例如功能的構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)、功能區(qū)的分配、安裝配合要求、危險源的形成、隔離規(guī)則等，從而產(chǎn)生相應(yīng)的要求、定義、設(shè)計(jì)、制造等產(chǎn)品數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)在產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)[1]中掛接在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上進(jìn)行組織，便于在全壽命周期內(nèi)對產(chǎn)品進(jìn)行構(gòu)型管理，從而確保設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)的飛機(jī)能成為一個有機(jī)的整體，并能清楚地掌握各種需求落實(shí)的情況，同時使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更改、改型、改裝等有效進(jìn)行。

目前對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解和管理技術(shù)的研究主要集中在建立各種結(jié)構(gòu)化視圖對產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理[2]，把產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視為一個數(shù)據(jù)和信息組織的核心[3]，并未強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品分解本身。而對于民用飛機(jī)這樣龐大的產(chǎn)品來說，如何對產(chǎn)品進(jìn)行分解才是一切定義、設(shè)計(jì)、制造等工作的基礎(chǔ)，同時它也是形成各種產(chǎn)品數(shù)據(jù)(例如數(shù)模、圖紙、物料清單)的前提。

本文介紹建立模塊化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)所需使用的概念，例如構(gòu)型項(xiàng) (Configuration Item，簡稱CI)、關(guān)聯(lián)關(guān)系 (Link Relationship，簡稱LR)和設(shè)計(jì)方案(Design Proposal，簡稱DP)，基于這些概念，使模塊化設(shè)計(jì)[4]和簡化構(gòu)型管理成為可能，并使民用飛機(jī)的并行工程有了成功的保障；討論對產(chǎn)品進(jìn)行分解的重要意義，研究設(shè)計(jì)研發(fā)過程中幾種不同的產(chǎn)品分解方式和分解方式所形成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，以及這些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)所起的作用。

1 定義

(1) 構(gòu)型(Configuration)：①已存在的或計(jì)劃中的產(chǎn)品或產(chǎn)品組合的產(chǎn)品屬性；②一系列連續(xù)產(chǎn)生的產(chǎn)品變化中的一種[5]。

(2) 有效性：一種定義產(chǎn)品范圍的標(biāo)識，例如特定產(chǎn)品構(gòu)型所對應(yīng)的、或者當(dāng)對特定產(chǎn)品進(jìn)行更改時更改生效的或受影響的、或者某種產(chǎn)品變化所對應(yīng)的產(chǎn)品序列號、批號、型號、日期或事件[5]。

(3) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：一種組織產(chǎn)品數(shù)據(jù)的通用技術(shù)，是產(chǎn)品和組成件的關(guān)系的分層次視圖[6]。

2 CI/LR/DP介紹

CI是指在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上進(jìn)行構(gòu)型管理的項(xiàng)目或項(xiàng)目組合，它是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的一個管理節(jié)點(diǎn)，并不是一個零件或一個組件；對應(yīng)具體位置上的一種功能級別，具有位置屬性，并不是純粹的功能單元。

DP是某個功能需求的技術(shù)響應(yīng)，提供了描述并構(gòu)成技術(shù)解決方案的所有必需的要素，例如包含了實(shí)現(xiàn)某個功能的物理模塊。

LR是連接CI和DP之間的橋梁，儲存了DP的有效性信息，用以表明所關(guān)聯(lián)的DP的適用范圍，因此，一個CI可以通過LR對應(yīng)多個DP，從而可以實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上對多構(gòu)型進(jìn)行管理。

3 產(chǎn)品的分解方式

飛機(jī)作為一個高度復(fù)雜且十分龐大的產(chǎn)品，目前任何公司或單位都無法完成從零件到整機(jī)的開發(fā)，因此在產(chǎn)品的研制過程中，分工合作是必需的，并且因?yàn)轱w機(jī)的研制周期十分漫長，為了縮短時間，開展并行工程也是必然的選擇。因此，在產(chǎn)品研制時，需要把產(chǎn)品分解成不同的部分、不同的層次，并行開展分工設(shè)計(jì)工作。

產(chǎn)品分解成不同的部分、不同的層次，能更好地捕獲飛機(jī)的構(gòu)造信息，產(chǎn)生更加完整、正確的設(shè)計(jì)要求，并在產(chǎn)品上加以落實(shí)，也便于對產(chǎn)品的功能、性能等進(jìn)行檢查和驗(yàn)證，還便于提高對復(fù)雜產(chǎn)品的管理能力，特別是便于開展對飛機(jī)的構(gòu)型管理。

在飛機(jī)的研發(fā)過程中，對復(fù)雜產(chǎn)品進(jìn)行分解的方式一般有三種：按功能分解、按功能區(qū)分解和按工業(yè)裝配分解。

3.1 按功能分解

按功能分解是指先不考慮產(chǎn)品的物理構(gòu)成方式，純從設(shè)計(jì)角度去考慮產(chǎn)品需要具備的功能的組成。通過把功能層層分解后，對這些功能進(jìn)行定義，再根據(jù)這些功能所需滿足的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，設(shè)計(jì)出針對這些功能的實(shí)現(xiàn)方式，確定所采用的先進(jìn)技術(shù)，形成設(shè)計(jì)解決方案并確定所需要的設(shè)備等。按功能分解的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1可以看出：①飛機(jī)級功能分解成系統(tǒng)級功能后，再被分解成基本功能，然后以基本功能為單元，形成相應(yīng)的技術(shù)解決方案；②EF/LR/TS(EF為Elementary Function，即基本功能；TS為Technical Solution，即技術(shù)措施)反映了一種CI/LR/DP的概念，但不是真正意義上的CI/LR/DP，只是表示基本功能與實(shí)現(xiàn)方案的對應(yīng)關(guān)系，并不構(gòu)成飛機(jī)的實(shí)際構(gòu)型項(xiàng)，但是它將為下一步開展構(gòu)型項(xiàng)的定義提供基礎(chǔ)和輸入。

這種按功能分解而成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)用于捕獲飛機(jī)的基本功能，特別是功能接口要求，并從全局的角度確定飛機(jī)的功能組成，形成實(shí)現(xiàn)功能的多種技術(shù)解決方案；同時在項(xiàng)目的初級階段給潛在客戶提供一個直觀、完整的對產(chǎn)品的印象，使產(chǎn)品更有可能獲得客戶的認(rèn)可。此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)還體現(xiàn)客戶提出的選項(xiàng)功能或者針對特定的功能提供多種供選擇的方案，從而在設(shè)計(jì)的初級階段統(tǒng)籌考慮客戶的需求。

在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，將設(shè)備進(jìn)一步按功能(即ATA章節(jié)段)進(jìn)行分解，直到LRU(Line Replaceable Unit，即航線可更換件)層次，以便于航空公司采購航材備件和維修飛機(jī)，這種分解對飛機(jī)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)尤為重要，進(jìn)而從系統(tǒng)視角形成相應(yīng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，即系統(tǒng)視圖。

3.2 按功能區(qū)分解

在產(chǎn)品的基本功能和方案確定以后，下一步需要考慮各功能在飛機(jī)上的實(shí)現(xiàn)。此時，需要考慮飛機(jī)的物理構(gòu)成方式，確定實(shí)現(xiàn)各功能的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、設(shè)備等的具體位置。這種既考慮功能，又考慮其飛機(jī)上所處的區(qū)域的分解方式即為按功能區(qū)進(jìn)行分解。

某型飛機(jī)按功能區(qū)分解的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖2所示，可以看出：飛機(jī)首先按主部段劃分成不同的區(qū)域，區(qū)域?qū)訉蛹?xì)化，然后根據(jù)某個系統(tǒng)功能所在的位置劃分成不同區(qū)域，最后根據(jù)此區(qū)域里要實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)的基本功能定義構(gòu)型項(xiàng)CI。

以CI為基本模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成滿足構(gòu)型項(xiàng)定義要求的設(shè)計(jì)解決方案，即DP，這種設(shè)計(jì)即為模塊化設(shè)計(jì)。同一個CI可以通過LR對應(yīng)不同的DP，在LR上可以標(biāo)明不同DP的適用范圍，即有效性，不同的DP代表著不同的構(gòu)型。這種方式可以使簡化構(gòu)型管理[7]成為可能，即以DP為單元管理飛機(jī)構(gòu)型，而不需要以最底層的零組件為單元進(jìn)行管理。

這種按功能區(qū)分解的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可以體現(xiàn)飛機(jī)所需的基本功能如何在飛機(jī)上實(shí)現(xiàn)，還可以用于捕獲飛機(jī)上的安裝布置要求和區(qū)域安全性要求，例如全機(jī)防火要求、全機(jī)排液要求等，從而形成相應(yīng)的安全防護(hù)的解決方案。通過這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，可以形成全機(jī)的布置樣機(jī)。

3.3 按工業(yè)裝配分解

上述兩種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都是從設(shè)計(jì)角度對產(chǎn)品進(jìn)行分解，以確保飛機(jī)的功能要求、區(qū)域安全性要求等能夠?qū)訉臃纸?，并落?shí)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)解決方案中以及相應(yīng)的設(shè)備上。

現(xiàn)代飛機(jī)通常被分成不同的工作包，提供給不同的供應(yīng)商和單位進(jìn)行并行的設(shè)計(jì)制造。為了使不同供應(yīng)商和單位設(shè)計(jì)制造的部分(即設(shè)計(jì)解決方案DP的組合)能正確地裝配成一個完整的飛機(jī)，需要建立一種按工業(yè)裝配關(guān)系對飛機(jī)進(jìn)行分解的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，如圖3所示。其中，CA(Constituent Assemblies，即構(gòu)造組件)表示在生產(chǎn)線間流轉(zhuǎn)的裝配件，可以是一架飛機(jī)，也可以是一個頂層裝配件或子裝配件，它是構(gòu)型管理的實(shí)物對象。

從圖3可以看出：CA是由CI所對應(yīng)的DP裝配而成，其中CI是通過功能區(qū)分解方式所形成的構(gòu)型項(xiàng)，DP是滿足構(gòu)型項(xiàng)要求的實(shí)體；同時CA也可能是上層CI(CA1-CI)所對應(yīng)的DP，構(gòu)成了上一級CA的設(shè)計(jì)解決方案，實(shí)現(xiàn)上一級CA的部分功能。

CA的劃分充分考慮了一種工業(yè)分解關(guān)系，即飛機(jī)各部分的工業(yè)生產(chǎn)情況，以及各工作包的分工情況。CA通過CI與DP相對應(yīng)，能夠確保組成CA的DP充分滿足構(gòu)型項(xiàng)定義的要求。這種按工業(yè)裝配關(guān)系對飛機(jī)進(jìn)行分解的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可以用于捕獲不同CI之間的安裝裝配要求，形成定義這種安裝裝配關(guān)系的產(chǎn)品數(shù)據(jù)(例如裝配圖)，最終形成產(chǎn)品或飛機(jī)實(shí)際的物理構(gòu)型。

4 結(jié)束語

本文研究了三種不同的分解方式所形成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。其中，按功能分解所形成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是按功能區(qū)分解所形成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，按功能區(qū)分解所形成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)又是按工業(yè)裝配分解所形成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的輸入，按工業(yè)裝配分解所形成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)最終形成了飛機(jī)的物理構(gòu)型。通過這三種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到有效管理飛機(jī)的功能定義、設(shè)計(jì)、裝配等活動的目的。同時這種以構(gòu)型項(xiàng)為基本單元的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，可以使模塊化設(shè)計(jì)和對飛機(jī)的簡化構(gòu)型管理成為可能。

本文介紹的三種分解方式需要在同一個項(xiàng)目中同時使用，關(guān)于其分解結(jié)果對應(yīng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)之間如何關(guān)聯(lián)以及如何聯(lián)動管理將是下一步需要研究的課題。

[1] 范玉青. 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM和波音公司的應(yīng)用策略[J]. 航空工藝技術(shù)，1997(4): 7-10. Fan Yuqing. Product data management(PDM) and application strategy in Boeing company[J].Aeronautical Manufacturing Technology, 1997(4): 7-10.(in Chinese)

[2] 賀璐, 許松林, 楊道文. 飛機(jī)構(gòu)型管理中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解研究[J]. 民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究, 2010(3): 34-36. He Lu, Xu Songlin, Yang Daowen. Study of product structure breakdown in aircraft configuration management[J]. Civil Aircraft Design and Research, 2010(3): 34-36.(in Chinese)

[3] 張超. 民用飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解方案的研究[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2015(27): 57-58. Zhang Chao. Research on product structure breakdown proposal of civil aircraft[J]. Technology Innovation and Application, 2015(27): 57-58.(in Chinese)

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[5] ANSI/GEIA-649A-2004 National consensus standard for c-onfiguration management[S]. USA: American National Standards Institute, 2004.

[6] 王慶林, 余國華, 王睿. 構(gòu)型管理[M]. 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2010. Wang Qinglin, Yu Guohua, Wang Rui. Configuration management[M]. Shanghai: Shanghai Scientific & Technical Publishers, 2010.(in Chinese)

[7] 盧鵠, 范玉青. 飛機(jī)簡化構(gòu)型管理關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 航空維修與工程, 2007(3): 45-48. Lu Hu, Fan Yuqing. Embedded research of airplane simplified configuration management[J]. Aviation Maintenance & Engineering, 2007(3): 45-48.(in Chinese)

(編輯：趙毓梅)

Research on the Product Breakdown Structure and Management Technology of Civil Aircraft

Wen Wencai

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Commercial Aircraft Corporation of China, Ltd., Shanghai 201210, China)

Civil aircraft is a high-complex and giant product. In order to accurately define this giant product and capture critical construct information of aircraft , and be convenient for division design, manufacture and assembly of product, product breakdown is needed to form a hierarchical product structure. Related definitions and concepts for building modular product structure are introduced. The meaning of product breakdown is demonstrated. Three different breakdown manners, and three product structures generated by these breakdown manners are studied. Based on the three product structures, the aim of effectively managing aircraft definition, design and assembly and aircraft configuration can be achieved.

product structure; breakdown; configuration item; modularize; effectivity

2016-12-10；

2017-01-19

溫文才,wenwencai@comac.cc

1674-8190(2017)01-115-04

V271.1

A

10.16615/j.cnki.1674-8190.2017.01.018

溫文才(1982-)，男，碩士，工程師。主要研究方向：飛機(jī)的構(gòu)型管理。