基于廠所協(xié)同的航空產(chǎn)品研發(fā)-制造集成平臺(tái)架構(gòu)研究

趙 爽，贠周會(huì)，鄭堂介，付 彬

(洪都航空工業(yè)集團(tuán)，江西 南昌330024)

0 引言

為滿足教練機(jī)型號(hào)研制過程中全數(shù)字研發(fā)-制造一體化的要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)、過程、資源的統(tǒng)一管理，基于單一數(shù)據(jù)源，以全數(shù)字量傳遞為手段， 以業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流為導(dǎo)向， 充分發(fā)揮洪都集團(tuán)“廠所合一”的企業(yè)體制機(jī)制優(yōu)勢(shì)，并根據(jù)教練機(jī)產(chǎn)品研發(fā)-制造的技術(shù)特點(diǎn)，創(chuàng)建廠所協(xié)同模式下的數(shù)字化研發(fā)-制造企業(yè)業(yè)務(wù)流程模型，結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有的VPM、ePDM、DELMIA等商用軟件平臺(tái)及企業(yè)自研的三維CAPP系統(tǒng)， 架構(gòu)全新的基于全數(shù)字化流程的企業(yè)研發(fā)-制造集成應(yīng)用平臺(tái)，打造行業(yè)教練機(jī)數(shù)字化集成研發(fā)-制造應(yīng)用示范工程。 為實(shí)現(xiàn)航空制造業(yè)研發(fā)-制造業(yè)務(wù)模式的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型夯實(shí)基礎(chǔ)。

1 航空企業(yè)廠所體制模式

1.1 “廠所分離”模式下的產(chǎn)品研發(fā)-制造

沿用于原蘇聯(lián)航空體系建制， 我國(guó)大部分航空制造聯(lián)合體均采用了“廠所分離”體制模式，在這種建制下，以主機(jī)制造廠（簡(jiǎn)稱主機(jī)廠）與配套設(shè)計(jì)所進(jìn)行航空產(chǎn)品系統(tǒng)的研發(fā)與制造， 如成飛——611所，西飛——603 所，沈飛——601 所，昌河——602所，均為在航空產(chǎn)品研發(fā)與制造之間采用這種“松耦合”的協(xié)作方式，由于主機(jī)廠和設(shè)計(jì)所是體制上互相獨(dú)立而業(yè)務(wù)上又相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)互不隸屬實(shí)體，目前，在我國(guó)航空制造行業(yè)，三維數(shù)字化產(chǎn)品數(shù)據(jù)基本取代二維紙介質(zhì)圖紙， 產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)從設(shè)計(jì)院所向制造工廠傳遞依賴于企業(yè)外部的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

圖1 “廠所分離”模式下的基于數(shù)字量傳遞的產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳遞方式

1.2 現(xiàn)代制造趨勢(shì)下“廠所分離”模式產(chǎn)生的問題

設(shè)計(jì)院所與主機(jī)廠之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)可以是院所與主機(jī)廠之間的專用通訊網(wǎng)， 或者是如互聯(lián)網(wǎng)之類的公眾通用網(wǎng)絡(luò)，這就決定了廠、所之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳遞遠(yuǎn)不及企業(yè)自有的園區(qū)網(wǎng)速度快、 實(shí)時(shí)性好與安全性高； 由于院所與主機(jī)廠各有一套產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、存儲(chǔ)平臺(tái)，當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)生設(shè)計(jì)更改或版次變更時(shí)， 設(shè)計(jì)院所除維護(hù)自用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺(tái)之外，還須及時(shí)將這種變更反饋給主機(jī)廠，在數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)速度相對(duì)較慢、設(shè)計(jì)型號(hào)日益繁多、產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)量不斷增大、 產(chǎn)品設(shè)計(jì)更改愈趨于頻繁的今天， 這種機(jī)制模式將不能保證有效的產(chǎn)品單一數(shù)據(jù)源，廠所之間將反饋不暢，響應(yīng)遲滯，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確性難以保證，為了滿足對(duì)產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)、制造與維護(hù)，主機(jī)廠對(duì)產(chǎn)品各類數(shù)據(jù)的維護(hù)壓力可想而知。

1.3 “廠所一體”模式下的產(chǎn)品研發(fā)-制造

作為新中國(guó)最早成立的主機(jī)廠， 洪都集團(tuán)獨(dú)有的“廠所一體”體制建制，使得集團(tuán)能夠從全局的角度，以“緊耦合”的方式對(duì)企業(yè)的研發(fā)-制造資源進(jìn)行統(tǒng)一的部署與規(guī)劃（圖2）。

在這種體制下， 設(shè)計(jì)所和制造車間作為企業(yè)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)通過高速光纖園區(qū)網(wǎng)（ESB總線）互聯(lián)，基于統(tǒng)一的應(yīng)用架構(gòu)集成平臺(tái)和編碼標(biāo)準(zhǔn)以及軟件接口，設(shè)計(jì)部門采用CATIA+VPM作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)研發(fā)與管理平臺(tái)；通過實(shí)施企業(yè)自研的中航CAPP系統(tǒng)，工藝工裝部門實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化的工藝設(shè)計(jì)工作，同時(shí)，車間制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），質(zhì)量管控系統(tǒng)(IQS)等企業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)也在逐步推進(jìn)中； 集團(tuán)公司架構(gòu)了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、工藝工裝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)等各類企業(yè)數(shù)據(jù)資產(chǎn)的存儲(chǔ)集中管理， 從根本上保障了企業(yè)業(yè)務(wù)需要的單一數(shù)據(jù)源；得益于企業(yè)ESB總線部署，企業(yè)應(yīng)用反應(yīng)快捷、數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性好。

圖2 “廠所合一”模式下的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理架構(gòu)

1.4 廠所協(xié)同是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字化研發(fā)-制造一體化的最優(yōu)選擇

究其歷史原因， 航空產(chǎn)品制造業(yè)中無論是采取“廠所一體”這種“緊耦合”模式還是“廠所分離”這種“松耦合”運(yùn)作模式，必然有它存在的價(jià)值與理由。 從基于單一制造數(shù)據(jù)源，以業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流為導(dǎo)向，減少中間業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，降低企業(yè)人力物力等各類資產(chǎn)的投入，減輕企業(yè)數(shù)據(jù)維護(hù)壓力，消除數(shù)據(jù)冗余存儲(chǔ)、提高管理效率達(dá)到快速研發(fā)-制造搶占市場(chǎng)先機(jī)來看，廠所協(xié)同這種業(yè)務(wù)模式對(duì)產(chǎn)品數(shù)字化研發(fā)-制造一體化有著先天的適應(yīng)性與優(yōu)越性， 這種模式將是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代航空產(chǎn)品數(shù)字化研發(fā)-制造一體化的最優(yōu)選擇。

2 數(shù)字化研發(fā)- 制造業(yè)務(wù)流程建模

2.1 當(dāng)前企業(yè)業(yè)務(wù)流程不適合全數(shù)字化研發(fā)-制造

2.1.1 信息資源管理企業(yè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)缺失

雖然洪都集團(tuán)在體制上屬于“廠所合一”的運(yùn)營(yíng)模式， 在企業(yè)信息化建設(shè)方面也取得了一些階段性的成果， 限于當(dāng)時(shí)信息工程理論和信息集成技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展水平， 洪都集團(tuán)在企業(yè)信息化建設(shè)的進(jìn)程中，沒有形成信息資源管理企業(yè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，依托企業(yè)自研與第三方軟件供應(yīng)商的支持， 搭建了企業(yè)信息系統(tǒng)集成平臺(tái)， 考慮到各軟件系統(tǒng)供應(yīng)商不可能擁有相同的架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)與開發(fā)規(guī)則， 這些外購軟件系統(tǒng)及企業(yè)自研的軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞與交互均需要開發(fā)專門的接口程序， 隨著企業(yè)應(yīng)用部署的不斷增長(zhǎng)，各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)之間的接口數(shù)也以n*（n-1）激增，對(duì)企業(yè)而言，接口的開發(fā)與維護(hù)都是一個(gè)亟待解決的棘手問題，VPM，ePDM,MES以及未來要部署實(shí)施的SCM、CRM莫不如是。

2.1.2 企業(yè)內(nèi)部信息孤島難以消除

眾所周知， 沒有一個(gè)軟件系統(tǒng)供應(yīng)商能提供一個(gè)大型企業(yè)集團(tuán)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)所需的全部應(yīng)用解決方案，隨著公司外購系統(tǒng)的增多，很多針對(duì)各職能部門根據(jù)各自的業(yè)務(wù)需求建立的應(yīng)用系統(tǒng)， 相互之間不可能有統(tǒng)一的組織、架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，雖然每個(gè)系統(tǒng)都可以發(fā)揮作用，但對(duì)于整個(gè)組織或企業(yè)來說，數(shù)據(jù)流動(dòng)遲滯，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性無法保證，信息孤島難以有效消除。 使得企業(yè)的數(shù)據(jù)既不能支持高層領(lǐng)導(dǎo)決策，也不能很好地服務(wù)于客戶。 當(dāng)然不可能在更高層次上充分發(fā)揮系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的整體效果， 信息系統(tǒng)的作用就大打折扣。 這不僅造成企業(yè)資產(chǎn)、人力資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，在管理上也是不可取的，因此對(duì)現(xiàn)有信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行重新梳理設(shè)計(jì)是勢(shì)在必行。

2.2 數(shù)字化研發(fā)-制造業(yè)務(wù)流程模型

在分析企業(yè)現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上， 結(jié)合現(xiàn)代企業(yè)管理理論， 依托先進(jìn)的信息集成技術(shù)與數(shù)據(jù)管理與存儲(chǔ)手段，充分考慮廠所并行的特點(diǎn)，借助流程建模軟件EPMS對(duì)企業(yè)現(xiàn)有信息化流程進(jìn)行重新梳理與設(shè)計(jì)，利用EPMS的模型完整性檢測(cè)功能，通過不斷的分析與驗(yàn)證，最終經(jīng)過人工修正后，建立了全數(shù)字化的研發(fā)-制造流程模型（圖3）。

3 數(shù)字化研發(fā)-制造一體化集成應(yīng)用平臺(tái)

3.1 數(shù)字化研發(fā)-制造集成平臺(tái)規(guī)劃原則

圖3 全數(shù)字化研發(fā)-制造流程模型

在兼顧企業(yè)現(xiàn)有資源的最大可用性的原則下，對(duì)企業(yè)研發(fā)-制造平臺(tái)整體架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最大限度利用企業(yè)現(xiàn)有資源（軟硬件平臺(tái)、人力資源、數(shù)據(jù)資源）的原則，從全局的角度對(duì)企業(yè)PDM進(jìn)行規(guī)劃，在保證各部門現(xiàn)有產(chǎn)品數(shù)據(jù)可用的前提下， 實(shí)現(xiàn)企業(yè)元數(shù)據(jù)的統(tǒng)一規(guī)范； 對(duì)部門數(shù)據(jù)字典轉(zhuǎn)換、 進(jìn)行統(tǒng)一編碼； 開發(fā)、 開放各部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳遞、 共享接口， 確保各應(yīng)用子系統(tǒng)中上、 下游數(shù)據(jù)傳輸流暢，實(shí)時(shí)交互。

3.2 數(shù)字化研發(fā)-制造集成平臺(tái)架構(gòu)

根據(jù)企業(yè)數(shù)字化研發(fā)-制造流程模型實(shí)際，將集成平臺(tái)架構(gòu)劃分為三大層：

第一層為企業(yè)數(shù)字化各應(yīng)用子系統(tǒng)： 用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理的VPM子系統(tǒng)；用于工裝、模線數(shù)據(jù)管理的TDM子系統(tǒng)； 用于工藝部門的工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理的3D-CAPP子系統(tǒng)； 用于工裝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理的TDM子系統(tǒng)；用于質(zhì)量管控的IQS子系統(tǒng)以及車間制造執(zhí)行子系統(tǒng)MES和企業(yè)OA系統(tǒng)。 各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)以各類BOM進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)數(shù)字量傳遞， 各數(shù)據(jù)管理子平臺(tái)系統(tǒng)基于企業(yè)ESB服務(wù)總線通過企業(yè)全息數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與交互。

第二層為企業(yè)統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理協(xié)同平臺(tái)，這是數(shù)字化研制-制造協(xié)同平臺(tái)架構(gòu)的核心，通過該子平臺(tái)，對(duì)各子系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與統(tǒng)一維護(hù)與管理，在此完成各子系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成、轉(zhuǎn)換與交互。

第三層即為企業(yè)門戶系統(tǒng)，作為企業(yè)各類信息、數(shù)據(jù)的統(tǒng)一分布平臺(tái)， 企業(yè)用戶通過門戶系統(tǒng)單點(diǎn)登錄，即可完成基本的業(yè)務(wù)應(yīng)用操作。

系統(tǒng)架構(gòu)平臺(tái)如圖4所示。 本架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的可擴(kuò)展的、 開放式的研發(fā)-制造數(shù)字化協(xié)同。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)基于廠所協(xié)同的航空產(chǎn)品研發(fā)-制造集成平臺(tái)架構(gòu)的研究，為公司實(shí)施“一廠兩址”的廠所異地研發(fā)-制造協(xié)同模式， 提供了理論基礎(chǔ)，對(duì)工程的應(yīng)用，具有一定的參考價(jià)值。

圖4 數(shù)字化研發(fā)-制造協(xié)同平臺(tái)架構(gòu)

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