杜永華 韓梁 邱蕾蕾

摘 要 基于PLM平臺和IETM結(jié)構(gòu)化編輯器，構(gòu)建飛機大修業(yè)務(wù)流程的結(jié)構(gòu)化模型并設(shè)計優(yōu)化飛機大修數(shù)字化工藝開發(fā)模型，搭建了工廠飛機大修數(shù)字化工藝系統(tǒng);建立了大修飛機單架次維修物料樹，重構(gòu)了結(jié)構(gòu)化修理技術(shù)工藝文件生成模式，采用了工序作業(yè)結(jié)構(gòu)化回填，引入了更豐富多元的工藝素材和更完善的物料、資源引用功能，實現(xiàn)各類技術(shù)工藝文件的結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計與應(yīng)用，大大提升了工廠大修保障能力和修理質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 飛機大修;數(shù)字化工藝;物料樹;工序;結(jié)構(gòu)化

引言

軍用飛機大修是飛機裝備等級最高、技術(shù)最復(fù)雜的修理[1]。目前大修過程中，主要依靠技術(shù)人員對修理中涉及的頂層技術(shù)文件、工藝規(guī)程以及操作工卡進行協(xié)調(diào)管理，各層文件結(jié)構(gòu)上相互獨立，技術(shù)、工藝文件的管理需要耗費大量的人力成本和時間成本，且容易產(chǎn)生人為差錯[2]。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，通過信息化手段對技術(shù)、工藝文件進行結(jié)構(gòu)化開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化管理廣泛應(yīng)用[3-5]。數(shù)字化工藝系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)物料、工藝路線、零件配套、工裝設(shè)備、人員資質(zhì)等資源的協(xié)同定義與管理，從而全面提升工藝設(shè)計能力、工藝管理水平，有效縮短工藝準(zhǔn)備周期[6]。軍用飛機因其技術(shù)難度大、技術(shù)狀態(tài)多、多學(xué)科集成的特點大大增加了其在大修時技術(shù)、工藝文件管理的難度[7]，所以，必須借助信息化手段建立軍用飛機大修的數(shù)字化工藝系統(tǒng)，實現(xiàn)技術(shù)、工藝文件及其資源的統(tǒng)一管理和關(guān)聯(lián)使用，減少人為參與，提高效率同時降低錯誤率。

本文著眼于工廠工藝體系建設(shè)，兼顧未來新機技術(shù)發(fā)展趨勢，在已搭建產(chǎn)品全壽命周期管理（PLM）系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，引進交互式電子技術(shù)手冊（IETM）系統(tǒng)，構(gòu)建飛機大修業(yè)務(wù)流程的結(jié)構(gòu)化模型并設(shè)計優(yōu)化飛機大修數(shù)字化工藝開發(fā)模型，搭建了工廠飛機大修數(shù)字化工藝系統(tǒng)，實現(xiàn)各類技術(shù)、工藝文件的結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計與應(yīng)用，有效提升工廠大修保障能力及維修質(zhì)量。

1 大修業(yè)務(wù)流程的結(jié)構(gòu)化模型

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)飛機設(shè)計、生產(chǎn)過程中所依據(jù)的二維圖紙和紙質(zhì)文件已逐漸被三維模型所取代，這使得飛機設(shè)計數(shù)據(jù)本身高度結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化。現(xiàn)代飛機設(shè)計和制造普遍采用CATIA軟件進行三維建模，形成從系統(tǒng)到結(jié)構(gòu)再到零件的樹狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為形成基于物料樹（Bill of Materiel，簡稱BOM）的飛機大修業(yè)務(wù)流程結(jié)構(gòu)化模型提供了先天條件。在設(shè)計數(shù)據(jù)已完成結(jié)構(gòu)化的基礎(chǔ)上，整合優(yōu)化工廠現(xiàn)有大修業(yè)務(wù)流程，形成飛機大修業(yè)務(wù)流程結(jié)構(gòu)化模型如圖1所示，包括設(shè)計數(shù)據(jù)接收、工藝開發(fā)、工程應(yīng)用、實例化生產(chǎn)四個階段。

第一階段是建立設(shè)計物料樹（Engineering Bill of Materiel，簡稱EBOM），然后將接收的飛機產(chǎn)品數(shù)模、圖樣、制造技術(shù)條件、技術(shù)單、更改單等設(shè)計技術(shù)資料按對應(yīng)關(guān)系掛入EBOM，實現(xiàn)原始調(diào)入材料的結(jié)構(gòu)化，便于大修工藝開發(fā)使用。搭建EBOM的工作，并不是設(shè)計工作，而是在還原設(shè)計單位對裝備結(jié)構(gòu)的定義。

第二階段是建立維修物料樹（Service Bill of Materiel，簡稱SBOM），并在其基礎(chǔ)上開展工藝開發(fā)，是飛機大修技術(shù)準(zhǔn)備階段，也是核心階段。SBOM根據(jù)飛機全壽命周期所有維修需求在EBOM的基礎(chǔ)上提取搭建，是工藝素材掛靠、維修工作定義的基礎(chǔ)。對于維修企業(yè)而言，SBOM是將所有核心技術(shù)數(shù)據(jù)組織起來的一個中性的總框架。產(chǎn)品的某項維修工作是為了保障產(chǎn)品的某些特性，針對維修工作制定具體方案任務(wù)，編制相應(yīng)工序確保產(chǎn)品功能、性能滿足使用。產(chǎn)品特性的集合就是該產(chǎn)品的修理技術(shù)條件，而產(chǎn)品功能、性能恢復(fù)的所需開展的工序集合則為工藝規(guī)程。

第三階段是針對機型建立維修服務(wù)樹，維修服務(wù)樹就是飛機特定維修周期所需的所有維修工作的集合。根據(jù)維修服務(wù)確定維修范圍和維修方案，維修范圍就是特定維修周期內(nèi)需要開展維修工作的所有維修單元及維修物料的集合，在其上可以定義該物料及其附帶項的分解責(zé)任單位、主要修理責(zé)任單位和安裝責(zé)任單位（工藝分工和工藝路線）;維修方案就是完成維修工作所需的工藝任務(wù)及其相應(yīng)工序的集合。

第四階段是根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)對維修方案進行實例化排產(chǎn)。

2 大修數(shù)字化工藝開發(fā)設(shè)計

2.1 傳統(tǒng)工藝開發(fā)模型

圖2所示為飛機大修傳統(tǒng)工藝開發(fā)模型。工藝開發(fā)的主要載體為紙質(zhì)文件，過程中各階段結(jié)構(gòu)上相互獨立，過程中的一致性依賴技術(shù)人員人為保證，數(shù)據(jù)復(fù)用程度低，技術(shù)要求追溯困難，容易產(chǎn)生人為差錯。如發(fā)生技術(shù)要求變化，需對所影響文件進行多次重復(fù)更改，容易造成各技術(shù)、工藝文件內(nèi)容相互之間不協(xié)調(diào)。

2.2 數(shù)字化工藝開發(fā)模型

工廠飛機大修數(shù)字化工藝開發(fā)模型如圖3所示，主要包括資料調(diào)入、明確技術(shù)要求、保證和完善技術(shù)要求、具體實施四個階段。該模型的核心是通過IETM編輯將飛機產(chǎn)品性能、參數(shù)和其它技術(shù)要求轉(zhuǎn)化為特性，形成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)對象，以引用連接的形式實現(xiàn)技術(shù)條件到工序的橫向聯(lián)系，可以有效保證廠內(nèi)技術(shù)、工藝文件數(shù)據(jù)源統(tǒng)一，提高數(shù)據(jù)復(fù)用程度，大大減少技術(shù)人員對技術(shù)、工藝文件的重復(fù)編輯情況，提高效率同時降低錯誤率。此外，數(shù)字化工藝特點是實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化、模塊化，根據(jù)使用需求可以將數(shù)據(jù)對象的顆粒度進行細化，一旦技術(shù)要求、工藝方法發(fā)生變化，只需對單個特性或單個工序進行更改，避免了技術(shù)、工藝文件的整本換版，實現(xiàn)了工藝開發(fā)的化零為整。

3 大修數(shù)字化工藝系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 數(shù)字化工藝系統(tǒng)搭建

工廠飛機大修數(shù)字化工藝系統(tǒng)是基于產(chǎn)品全壽命周期管理（PLM）系統(tǒng)，結(jié)合引進裝備交互式電子技術(shù)手冊（IETM）系統(tǒng)建立起來的。PLM平臺用于建立基于BOM的修理工藝路線（結(jié)構(gòu)）規(guī)劃和設(shè)計系統(tǒng)，為生產(chǎn)提供結(jié)構(gòu)化工藝路線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一，減少工藝設(shè)計和生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。在相應(yīng)特性、工序節(jié)點創(chuàng)建接口，通過IETM交互式編輯器完成模塊化、結(jié)構(gòu)化、三維可視化的工藝設(shè)計與開發(fā)，實現(xiàn)型號工藝的設(shè)計、發(fā)布及工藝各環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)性，支持快速關(guān)聯(lián)查詢產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)字化工藝系統(tǒng)功能

（1）建立大修飛機單架次維修物料樹，按架次、產(chǎn)品和特定周期派生維修服務(wù)、維修范圍和工藝任務(wù)，便于記錄產(chǎn)品使用情況、故障信息和修理情況，為實現(xiàn)飛機大修單機狀態(tài)管理奠定了基礎(chǔ)。此外，還可以根據(jù)生產(chǎn)實際調(diào)整工序顆粒度，組合優(yōu)化工藝任務(wù)，盡量避免工藝任務(wù)之間的強交聯(lián)，優(yōu)化生產(chǎn)周期，提高設(shè)備利用率，以達到產(chǎn)能的最大化。

（2）引入特性、工序、工步等結(jié)構(gòu)化對象概念，重構(gòu)修理技術(shù)工藝文件生成模式（如圖4所示），實現(xiàn)修理技術(shù)條件、工藝規(guī)程的模塊化、結(jié)構(gòu)化編制，提高工藝設(shè)計開發(fā)效率。同時，通過IETM編輯實現(xiàn)技術(shù)、工藝文件內(nèi)部數(shù)據(jù)模塊的網(wǎng)絡(luò)化關(guān)聯(lián)引用，使得彼此憑借橫向關(guān)系形成了若干條依據(jù)鏈，大大提高了數(shù)據(jù)同源程度，實現(xiàn)修理技術(shù)要求的全程可追溯和落實檢查。

（3）通過在特性編輯過程中創(chuàng)建條件值、特性值數(shù)據(jù)類型，自動生成結(jié)構(gòu)化回填，能夠在工序中直接引用。在實際生產(chǎn)作業(yè)時，可以實現(xiàn)回填值與特性默認(rèn)值的自動比對，有效避免了以往紙質(zhì)工卡操作人員誤填、漏填的情況。同時能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自動拾取回填數(shù)據(jù)，為后續(xù)開展故障信息統(tǒng)計、分析，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)維修奠定了基礎(chǔ)。

（4）支持二維熱點、三維動畫等更加豐富多元的工藝素材和壽命件、配套項等物料引用及設(shè)備、工具、人員資質(zhì)等資源引用功能，實現(xiàn)現(xiàn)場工卡無紙化、交互式和設(shè)備集成化應(yīng)用，更好地滿足現(xiàn)場對工藝、工卡的使用需求，更充分地發(fā)揮工卡在作業(yè)指導(dǎo)、資源拉動、信息反饋、過程記錄等方面的作用。

4 結(jié)束語

飛機大修數(shù)字化工藝系統(tǒng)的應(yīng)用大大提升了工廠維修保障能力：①建立了大修飛機單架次維修物料樹，為實現(xiàn)飛機大修單機狀態(tài)管理奠定了基礎(chǔ);②重構(gòu)了結(jié)構(gòu)化修理技術(shù)工藝文件生成模式，實現(xiàn)修理技術(shù)要求的全程可追溯和落實檢查;③采用了工序作業(yè)結(jié)構(gòu)化回填，為后續(xù)開展故障信息統(tǒng)計、分析，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)維修奠定了基礎(chǔ);④引入了更豐富多元的工藝素材和更完善的物料、資源引用功能，實現(xiàn)現(xiàn)場工卡無紙化、交互式和設(shè)備集成化應(yīng)用。

參考文獻

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作者簡介

杜永華，男，寧夏中衛(wèi)人;畢業(yè)院校：西北工業(yè)大學(xué)，專業(yè)：固體力學(xué)，學(xué)歷：碩士研究生，助理工程師，現(xiàn)就職單位：國營蕪湖機械廠，研究方向：飛機結(jié)構(gòu)修理、軍用飛機大修相關(guān)研究。