基于編碼的飛機產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)建模和表達

宮 磊 張立偉 王丙義

（中航工業(yè)綜合技術研究所，北京 100028）

飛機在不同研制階段、面對不同客戶需求時的狀態(tài)多樣，飛機交付部隊后因加改裝、維修排故等狀態(tài)也在頻繁變化，且目前沒有機制和手段及時準確地跟蹤飛機狀態(tài)，造成現(xiàn)役大多飛機狀態(tài)不一致，甚至發(fā)生座椅彈射、方向舵裝反等關系機毀人亡的事故。

飛機及其產(chǎn)品從出廠、裝機到使用、維修、報廢等整個全壽命周期經(jīng)歷從工業(yè)部門、部隊到維修廠等幾個單位，不同單位間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的傳遞基本靠隨履歷本手工錄入的方式，造成軍方與承制單位之間、承制單位之間的信息交互速度慢、效率低、誤差多，信息化條件下的軍地一體化保障幾乎是一種不可能。

1 基于編碼的產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)需求

隨著研制信息分類與編碼工作在某些飛機型號上逐漸推廣，中航工業(yè)統(tǒng)一編碼和產(chǎn)品條碼標識標印成為飛機產(chǎn)品全壽命周期信息化管理的關鍵索引和重要手段，在編碼和標識基礎上的技術狀態(tài)管理和軍地一體化保障等的信息交互需求逐漸提到日程上來。如某型飛機條碼標識及管理要求中明確規(guī)定了配套產(chǎn)品提供屬性信息，隨件傳遞到條碼信息管理系統(tǒng)中，形成配套產(chǎn)品“身份證”數(shù)據(jù)庫；某型飛機為滿足飛機使用技術狀態(tài)管理關于飛機出廠的初始數(shù)據(jù)需求，組織開展飛機研制信息編碼與使用技術狀態(tài)數(shù)據(jù)采集，建立與飛機使用技術狀態(tài)一致的單機構型。

2 國外數(shù)據(jù)交互研究和發(fā)展現(xiàn)狀

ATA SPEC2000《物料管理電子商務規(guī)范》為供應、訂單、出貨信息交換提供了一種標準的機制，成為航空公司和航空飛行器供應商之間的相關物料信息交換的標準。美國國防部UID注冊系統(tǒng)的XML格式大綱，向IUID產(chǎn)品唯一標識注冊系統(tǒng)提供了一種最終產(chǎn)品和其子件的唯一標識符注冊、標記、大修、測試、存貯等。每個文件由幾條記錄組成，每條記錄都有文件頭和文件尾，文件內(nèi)容由所需的一些信息組成，并由“^”分割開來，數(shù)據(jù)交互的文件格式見表1。

表1 美國UID注冊系統(tǒng)XML數(shù)據(jù)文件結(jié)構

ISO 21849 《航空航天——工業(yè)數(shù)據(jù)——產(chǎn)品標識與可追溯性》標準建立了產(chǎn)品標識和可追溯性的可重復過程和數(shù)據(jù)結(jié)構，以支持與所屬單位、構型改變無關的全壽命周期管理。STEP標準（ISO10303）支持產(chǎn)品從設計到分析、制造、質(zhì)量控制、測試、生產(chǎn)、使用、維護到報廢整個壽命周期的信息交換與信息共享，提供一種獨立于任何具體系統(tǒng)而又能完整描述產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的表示機制和實施的方法與技術。

ATA Spec2000《物料管理電子商務規(guī)范》和UID注冊系統(tǒng)的XML格式大綱簡便、易用，也非常符合業(yè)務需求；ISO21849《航空航天—工業(yè)數(shù)據(jù)－產(chǎn)品鑒定與可追溯性》沒有明確給出所需的數(shù)據(jù)項，只是給出一個指導性數(shù)據(jù)框架；STEP標準覆蓋面廣、體系完整、語法復雜，包括產(chǎn)品建模、一致性表達等，理解和使用起來的成本較高。因此，本文基于飛機產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的需求，參考部分標準對產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達和交互的結(jié)構、方法，在產(chǎn)品編碼和全壽命周期唯一標識的基礎上，對飛機產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)建模，并給出產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的XML表達。

3 基于編碼的飛機產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)建模和表達

理清產(chǎn)品物品碼、產(chǎn)品唯一標識、關鍵過程數(shù)據(jù)和詳細過程數(shù)據(jù)之間的關系，分析產(chǎn)品全壽命周期交付過程，提取產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)項，參考借鑒現(xiàn)有產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型給出產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)模型及其表達。

3.1 產(chǎn)品編碼與產(chǎn)品信息在全壽命周期的分布

物品碼通過特征、功能、參數(shù)等把產(chǎn)品區(qū)別到型號規(guī)格；產(chǎn)品唯一標識通過單位代碼、物品碼和序號唯一確定產(chǎn)品；產(chǎn)品關鍵過程信息記錄產(chǎn)品全壽命周期中的技術狀態(tài)、所屬單位等發(fā)生變化時的相關信息；詳細的過程信息分布在各個單位，以紙型或電子的方式記錄某個階段的處理過程。物品碼、唯一標識、關鍵過程信息和詳細過程數(shù)據(jù)之間的關系如圖1所示。

圖1 物品碼、唯一標識、關鍵過程信息和詳細過程信息的關系

物品碼對應的產(chǎn)品的設計數(shù)據(jù)，可以在設計、制造、倉儲、維修、外場等信息系統(tǒng)中作為基礎數(shù)據(jù)共享。唯一標識與實物一一對應，是產(chǎn)品/零部件全壽命周期活動的主線和索引，也是產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的關鍵索引。

3.2 飛機產(chǎn)品交付場景和數(shù)據(jù)項提取

基于飛機、發(fā)動機、配套產(chǎn)品的組成和唯一標識，結(jié)合成品庫房管理、裝機數(shù)據(jù)采集和航材管理、綜合保障等的需求，重點關注跨單位的信息交互，提取飛機產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)。

3.2.1 飛機產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的對象和范圍

產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)是指為滿足信息化管理需求的、隨產(chǎn)品實物交付的、與產(chǎn)品使用技術狀態(tài)等相關的產(chǎn)品組成、產(chǎn)品性能、壽命可靠性等數(shù)據(jù)。

飛機產(chǎn)品交付的對象主要涉及主機廠交付的主機及其零配件、配套單位交付機載設備及其可更換單元等，產(chǎn)品全壽命周期交付過程涵蓋生產(chǎn)、交付、裝配、存儲、調(diào)配、維修、報廢等全壽命周期過程。如圖2所示。

圖2 飛機產(chǎn)品全壽命周期過程示意圖

3.2.2 飛機產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的交互

產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)主要針對產(chǎn)品本身的相關數(shù)據(jù)，不涉及產(chǎn)品技術資料或其他產(chǎn)品管理相關的數(shù)據(jù)。按照產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)項的內(nèi)容可將產(chǎn)品交付分為新產(chǎn)品交付、返修產(chǎn)品交付等。

3.2.2.1 新產(chǎn)品交付

新產(chǎn)品交付主要發(fā)生在研制單位向使用方的交付，如配套單位向主機廠、航材部門交付新產(chǎn)品，主機廠向航材或外場交付新飛機/發(fā)動機，航材向外場交付新產(chǎn)品等。主要的交付信息包括初始的產(chǎn)品清單、裝機關系、出廠信息（含壽命、貯存、可靠性等信息）等，如圖3所示。

圖3 新產(chǎn)品交付信息傳遞示意圖

產(chǎn)品設計特性包括產(chǎn)品設計重量、外形尺寸、性能參數(shù)、壽命可靠性、配套關系等產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)。

產(chǎn)品出廠參數(shù)包括產(chǎn)品實際重量、實際尺寸、實際性能參數(shù)、出廠標識、裝配關系、封存記錄、紀實狀態(tài)等產(chǎn)品出廠的實際數(shù)據(jù)。

3.2.2.2 返修產(chǎn)品交付

返修產(chǎn)品交付主要發(fā)生在使用部門向維修方的交付，交付信息除產(chǎn)品設計特性和產(chǎn)品出廠參數(shù)外，還有產(chǎn)品使用記錄、產(chǎn)品封存記錄、產(chǎn)品故障信息，經(jīng)維修的產(chǎn)品返給使用方時應交付產(chǎn)品維修檢驗信息和產(chǎn)品封存記錄。信息交互過程如圖4所示。

圖4 返修產(chǎn)品交付信息傳遞示意圖

產(chǎn)品使用記錄包括產(chǎn)品使用情況、產(chǎn)品檢修情況等。

產(chǎn)品故障信息包括產(chǎn)品故障代碼、故障類型、故障發(fā)生時間等；

產(chǎn)品維修檢驗信息包括產(chǎn)品維修記錄、產(chǎn)品性能檢驗等。

產(chǎn)品封存記錄包括產(chǎn)品封存、啟封等情況的記錄。

3.2.2.3 其他

如使用產(chǎn)品的交付、報廢產(chǎn)品的交付等。當空軍基地之間航材調(diào)用或飛機調(diào)用時產(chǎn)生使用產(chǎn)品的交付活動。

3.2.3 產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)項的提取

按照產(chǎn)品研制模式和交付數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，把交付數(shù)據(jù)元素分為產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)、產(chǎn)品當前狀態(tài)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品過程數(shù)據(jù)，見表2。其中：

產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)是與產(chǎn)品組成、物理特征、功能、性能等相關的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。包括產(chǎn)品（主要指飛機、發(fā)動機等復雜產(chǎn)品）視圖定義、設計重量/功能/性能、配套產(chǎn)品及數(shù)量、壽命可靠性等。

產(chǎn)品當前狀態(tài)數(shù)據(jù)（含機載產(chǎn)品、機載軟件、LRU等）記錄產(chǎn)品出廠狀態(tài)（產(chǎn)品唯一標識、實際性能參數(shù)、出廠狀態(tài)紀實）和產(chǎn)品當前狀態(tài)（產(chǎn)品配套/裝機情況、當前所屬單位）等的數(shù)據(jù)。

產(chǎn)品活動數(shù)據(jù)記錄產(chǎn)品在交付主機或軍方后，當責任主體、技術狀態(tài)、裝配關系等發(fā)生變化時需要記錄的產(chǎn)品過程數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能會影響產(chǎn)品當前狀態(tài)。

表2 產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)項分類和數(shù)據(jù)項

3.3 產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)信息模型

引入批次清單（BOL，Bill of Lot）的概念[1]，參考Cornelis Adrianus van Dorp產(chǎn)品跟蹤和追溯參考信息模型，參考ISO 10303 AP239《工業(yè)自動化系統(tǒng)與集成-產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達和交換-第239部分：應用協(xié)議 產(chǎn)品全生命周期支持》的3個核心概念（產(chǎn)品、活動和資源）和數(shù)據(jù)規(guī)劃模型，結(jié)合航空產(chǎn)品重點關注的產(chǎn)品組成、產(chǎn)品壽命可靠性、產(chǎn)品可追溯性等相關的核心數(shù)據(jù)，給出隨機產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)信息模型。

批次清單BOL定義產(chǎn)品批次構成，是構成父項裝配件的所有子裝配件、零件和原材料的批次清單，以及制造一個裝配件所需每種零部件批次的清單，見圖5。批次清單是一種實例化的產(chǎn)品BOM，是信息組織的主線和信息傳遞更改的重要依據(jù)。

圖5 批次清單信息模型

產(chǎn)品狀態(tài)的變化是全壽命周期跟蹤的重點，包括裝配、維修、檢驗、封存、軟件更新等活動，活動是記錄產(chǎn)品全壽命周期可追溯性的基本單位。參考美國儀表協(xié)會制定的ISA SP95《企業(yè)控制系統(tǒng)集成》規(guī)范和ISO 10303 AP239中活動的定義及其記錄的表達，以活動中心記錄其產(chǎn)品活動變量實際值及其相關資源（包括人員、單位、設備等）等。如圖6所示。

圖6 產(chǎn)品活動記錄信息模型

將產(chǎn)品組成關系模型和產(chǎn)品過程記錄模型通過產(chǎn)品對象連接起來，初步表達飛機產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)所關注的產(chǎn)品組成關系和產(chǎn)品活動，形成包括組成關系和活動的產(chǎn)品全壽命周期最小交付數(shù)據(jù)的模型。如圖7所示。

圖7 產(chǎn)品組成以及產(chǎn)品活動記錄信息模型

考慮航空產(chǎn)品重點關注的產(chǎn)品組成、產(chǎn)品壽命可靠性、產(chǎn)品可追溯性等信息，參考ISO 10303 AP239關于產(chǎn)品當前狀態(tài)和活動記錄的概念，將產(chǎn)品設計相關的產(chǎn)品配套關系、產(chǎn)品設計特性（含設計參數(shù)、壽命可靠性、封存特性等）、產(chǎn)品實際特性、產(chǎn)品當前狀態(tài)等加入到模型中，使產(chǎn)品設計特性分別與產(chǎn)品實際特性、產(chǎn)品當前狀態(tài)、產(chǎn)品活動變量對應，形成最終的航空產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)信息模型。如圖8所示。

圖8 產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的信息模型

3.4 飛機產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)表達

按照產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)元素的分類，將產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)分為產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)、產(chǎn)品當前狀態(tài)和產(chǎn)品活動數(shù)據(jù)。按照產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)信息模型，提出規(guī)范的產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的XML數(shù)據(jù)表達，見圖9。

圖9 產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的靜態(tài)對象

產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)對應飛機、發(fā)動機、機載設備、成品附件或零部件的設計信息，產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)主要包括產(chǎn)品設計特性（包括設計性能參數(shù)、壽命可靠性、封存特性等）、產(chǎn)品視圖（對產(chǎn)品位置、系統(tǒng)、結(jié)構、工作單元等的定義）和產(chǎn)品配套清單，關系如圖10所示。

產(chǎn)品當前狀態(tài)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品活動數(shù)據(jù)按照此方法建立靜待對象模型，這里不再展開。

4 飛機產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)模型的驗證

基于某型飛機的綜合保障信息系統(tǒng)的需求，開展基于條碼唯一標識的產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)采集，形成隨飛機出廠的單機構型數(shù)據(jù)包。

圖10 產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)的靜態(tài)對象模型

所有飛機產(chǎn)品必須按規(guī)定賦予產(chǎn)品唯一標識并制作規(guī)范的條形碼，產(chǎn)品交付時作為驗收的條件之一。在條碼唯一標識的基礎上要求“數(shù)據(jù)隨產(chǎn)品”交付，以某型號產(chǎn)品的供給和配套關系為主線，參研參產(chǎn)的型號單位在交付實物的同時需使用統(tǒng)一的產(chǎn)品標識軟件生成符合上述格式的產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)，逐漸向產(chǎn)品接收單位匯總，在主機廠匯總成完整的飛機裝機技術狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集，如圖11所示。

圖11 “數(shù)據(jù)隨產(chǎn)品交付”的裝機數(shù)據(jù)采集過程示意圖

為了便于此項工作的開展，研發(fā)符合此模型的配套產(chǎn)品數(shù)據(jù)生成和傳遞軟件。其中，產(chǎn)品標識軟件部署在各個成品承制單位，用來輔助配套單位生成隨產(chǎn)品交付的產(chǎn)品數(shù)據(jù)；裝機數(shù)據(jù)采集工具部署在主機廠，用來輔助主機廠在裝機時記錄產(chǎn)品的裝機狀態(tài)，形成飛機裝機交付數(shù)據(jù)包。軟件截圖見圖12。

最終隨飛機出廠的單機構型數(shù)據(jù)包，基本滿足綜合保障信息系統(tǒng)關于飛機產(chǎn)品位置、系統(tǒng)劃分、計時等飛機使用維護過程所需初始單機構型數(shù)據(jù)的要求。

圖12 配套產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)生成和傳遞的軟件截圖

5 結(jié)束語

本文以全壽命周期產(chǎn)品唯一標識為主線，歸納總結(jié)綜合保障信息系統(tǒng)、航材倉儲管理系統(tǒng)、產(chǎn)品電子履歷等關于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的需求，并以產(chǎn)品組成關系和過程記錄為核心建立產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)信息模型，根據(jù)產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的分類和信息模型規(guī)范產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)的表達，最后在飛機裝機數(shù)據(jù)包交付過程中進行驗證，基本滿足綜合保障對飛機裝機初始數(shù)據(jù)的需求。

盡管產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)模型有一定的可擴展性，產(chǎn)品交付數(shù)據(jù)表達也具有一定的靈活性，但是隨著更多飛機產(chǎn)品隨件數(shù)據(jù)需求的提出，需要進一步完善飛機交付數(shù)據(jù)模型和表達規(guī)范。

[1]Dorp C.A.v.Reference-data modelling for tracking and tracing[D].Netherlands：Wageningen University,2004