飛機(jī)構(gòu)型管理與重量控制技術(shù)研究

張西濤

(海裝西安局，陜西西安 710000)

0 引言

飛機(jī)研制各階段構(gòu)型的正確性是產(chǎn)品信息正確反映的前提。市場(chǎng)環(huán)境、客戶需求，設(shè)計(jì)模式、材料和工藝的改進(jìn)以及生產(chǎn)條件的不斷變化，使飛機(jī)構(gòu)型在研制過(guò)程中處于不斷變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，加之飛機(jī)產(chǎn)品零組件數(shù)量巨大，更改頻繁，飛機(jī)的構(gòu)型控制變得極其繁瑣、復(fù)雜，而每一次構(gòu)型的變化都直接影響著產(chǎn)品重量的變化，產(chǎn)品重量的變化又直接影響飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、飛機(jī)性能和飛行品質(zhì)［1］，［2］。因此，有效的構(gòu)型管理是保證飛機(jī)產(chǎn)品正確設(shè)計(jì)的必要手段，更是保證飛機(jī)產(chǎn)品重量準(zhǔn)確性的重要依據(jù)。本文在研究構(gòu)型管理、重量控制的基礎(chǔ)上，為滿足飛機(jī)產(chǎn)品重量數(shù)據(jù)的完整性和一致性要求，針對(duì)飛機(jī)全生命周期實(shí)施構(gòu)型管理和重量控制的綜合技術(shù)進(jìn)行研究和探討。

1 飛機(jī)構(gòu)型管理與重量控制

飛機(jī)構(gòu)型管理是面向產(chǎn)品全生命周期的，以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)(BOM)為組織方式，集成和協(xié)調(diào)與產(chǎn)品構(gòu)造過(guò)程相關(guān)的一切活動(dòng)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)。從飛機(jī)的整個(gè)生命周期來(lái)說(shuō)，構(gòu)型管理過(guò)程有面向客戶的構(gòu)型配置，面向工程的EBOM，面向制造階段的MBOM以及面向維護(hù)的SBOM，都是飛機(jī)構(gòu)型管理的重要組成部分。構(gòu)型管理保證產(chǎn)品生命周期各階段零件、文檔和更改數(shù)據(jù)的一致性和可控性，提供產(chǎn)品構(gòu)型的可視化定義和控制的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)［3］。該技術(shù)對(duì)所有體現(xiàn)產(chǎn)品性能、功能和物理特性的全部類型數(shù)據(jù)，通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)進(jìn)行有效管理和控制。

產(chǎn)品在研發(fā)制造過(guò)程中存在許多不確定的因素，即使在產(chǎn)品的定義確定之后，狀態(tài)也會(huì)不斷地產(chǎn)生很多變化，任何一個(gè)產(chǎn)品都不可避免地因?qū)嶋H需要而發(fā)生各種更改。更改是導(dǎo)致飛機(jī)構(gòu)型發(fā)生變化的重要因素，在構(gòu)型生成過(guò)程中為控制構(gòu)型項(xiàng)并將各個(gè)環(huán)節(jié)的更改數(shù)據(jù)體現(xiàn)到最終的產(chǎn)品構(gòu)型數(shù)據(jù)當(dāng)中，必須進(jìn)行可控的更改建議、評(píng)定、協(xié)調(diào)、審批和實(shí)施等一系列活動(dòng)，構(gòu)型更改控制是進(jìn)行構(gòu)型管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。構(gòu)型控制程序見圖1。

圖1 構(gòu)型控制程序

飛機(jī)產(chǎn)品構(gòu)型控制要求進(jìn)行全程監(jiān)控，即對(duì)飛機(jī)產(chǎn)品的全部數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息、幾何信息、重量及重量分布信息、工藝信息、分析結(jié)果、技術(shù)說(shuō)明和檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行管理與控制。其中，產(chǎn)品的重量及重量分布信息是保證產(chǎn)品研制的重要原始數(shù)據(jù)，它不僅直接影響飛機(jī)的飛行性能和飛行品質(zhì)，而且同飛機(jī)產(chǎn)品的各零部件構(gòu)型變化緊密相關(guān)［4］。產(chǎn)品的重量特性(重量、重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)管理與控制工作在構(gòu)型控制中屬于Ⅰ類構(gòu)型更改，是構(gòu)型的重要控制內(nèi)容之一。

飛機(jī)重量(特性)控制工作貫穿于飛機(jī)設(shè)計(jì)和研制的全過(guò)程，是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)重量目標(biāo)的保障手段［5］。重量管理與控制主要包含兩個(gè)方面:一方面就是在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，由于設(shè)計(jì)技術(shù)方案變更及使用標(biāo)準(zhǔn)選取不同會(huì)引起設(shè)計(jì)重量存在差異，需要對(duì)影響重量不斷變化的設(shè)計(jì)信息進(jìn)行有效管理;另一方面，在研制、使用環(huán)節(jié)，由于研制技術(shù)水平差異和產(chǎn)品構(gòu)型選擇不同會(huì)導(dǎo)致實(shí)際重量存在偏差，需要對(duì)導(dǎo)致重量不利趨勢(shì)的研制、使用方案進(jìn)行有效控制。通過(guò)有效的重量控制，從頂層上把握并建立飛機(jī)整體重量庫(kù)，管理繁多的全機(jī)有效重量信息，控制，檢查和調(diào)整指標(biāo)要求與實(shí)際設(shè)計(jì)的重量偏差，滿足多層次的重量管理信息需求，確保在各個(gè)階段能夠獲得重量數(shù)據(jù)的唯一性、可控性、有效性和可追溯性。重量(特性)控制程序見圖2。

2 重量控制工作現(xiàn)狀

目前，由于普遍缺少構(gòu)型管理與重量控制集成技術(shù)手段，重量管理與控制工作基本靠手工完成，效率低下;本來(lái)是環(huán)環(huán)相扣的幾個(gè)環(huán)節(jié)卻相互割裂，阻礙了重量數(shù)據(jù)的傳遞;同時(shí)，重量數(shù)據(jù)也缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和管理。所有這些都極大地影響了重量管理與控制的質(zhì)量和效率。典型的如:設(shè)計(jì)/制造重量數(shù)據(jù)的匯總、統(tǒng)計(jì)等工作完全依靠專業(yè)設(shè)計(jì)人員/生產(chǎn)檢驗(yàn)人員手工填寫，完成重量數(shù)據(jù)庫(kù)(EXCEL表)/稱重記錄表(質(zhì)表)內(nèi)容，重量管理人員依據(jù)匯總數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分析全機(jī)重量重心，再根據(jù)不利趨勢(shì)和超差情況制定減重或調(diào)整措施;重量專業(yè)以重量簡(jiǎn)報(bào)的形式向上級(jí)總師系統(tǒng)匯報(bào)某一階段的增/減重情況，由于數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)的收集整理都采用最原始的手動(dòng)錄入方式，后續(xù)還要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)格式整理，數(shù)據(jù)真實(shí)性分析，耗時(shí)費(fèi)力。

理論數(shù)據(jù)和稱重?cái)?shù)據(jù)的匯總、統(tǒng)計(jì)、分析和使用困難，不僅牽扯了重量管理人員、設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)人員大量的時(shí)間和精力，更不能及時(shí)反映當(dāng)前節(jié)點(diǎn)狀態(tài)下飛機(jī)重量的實(shí)際情況。計(jì)算與稱重?cái)?shù)據(jù)難以在設(shè)計(jì)、工藝、制造、管理等部門之間共享;相關(guān)的數(shù)據(jù)也沒有關(guān)聯(lián)在一起，數(shù)據(jù)的利用率低下，許多有價(jià)值的數(shù)據(jù)沒有挖掘出來(lái)。更為嚴(yán)重的是，重量數(shù)據(jù)缺乏與之相配的安全管理機(jī)制，造成重量數(shù)據(jù)在采集、存儲(chǔ)、備份、應(yīng)用等諸多環(huán)節(jié)上都存在嚴(yán)重的安全隱患，無(wú)法滿足重量數(shù)據(jù)與真實(shí)產(chǎn)品之間的一致性、完整性。重量特性偏離發(fā)現(xiàn)得越晚，調(diào)整手段就會(huì)因?yàn)檠兄品桨岗呌诙ㄐ投桨l(fā)有限，甚至還會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)返工、周期拖延和成本增加等一系列問題，對(duì)飛機(jī)的研制工作產(chǎn)生不可估量的負(fù)面影響。

圖2 飛機(jī)重量控制程序

3 構(gòu)型管理與重量控制的綜合技術(shù)

隨著數(shù)字化應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)技術(shù)成為整個(gè)產(chǎn)品生命周期的支撐平臺(tái)，在此平臺(tái)上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有體現(xiàn)產(chǎn)品性能、功能和物理特性的全部類型數(shù)據(jù)，包括CATIA設(shè)計(jì)數(shù)模、系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、工藝/工裝/檢驗(yàn)數(shù)據(jù)等的管理和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，從而可以進(jìn)行構(gòu)型管理。而在構(gòu)型管理單元的產(chǎn)品數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，結(jié)合構(gòu)型控制政策和程序，建立構(gòu)型管理與重量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)接口，通過(guò)數(shù)字化手段完成各部分工作數(shù)據(jù)的相互協(xié)同與相互關(guān)聯(lián)，提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)的利用率，從而逐步實(shí)現(xiàn)飛機(jī)型號(hào)研制過(guò)程中的重量數(shù)據(jù)從方案設(shè)計(jì)到制造稱重的歸口管理，降低研制過(guò)程中重量數(shù)據(jù)管理、傳遞的錯(cuò)誤率，保證重量數(shù)據(jù)的正確性和完整性［6］。

針對(duì)飛機(jī)重量控制工作的特點(diǎn)，利用數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)作為重量管理與控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，通過(guò)與構(gòu)型管理系統(tǒng)的綜合應(yīng)用技術(shù)，完成重量實(shí)時(shí)監(jiān)控的主要工作。該綜合技術(shù)主要應(yīng)用體現(xiàn):

1)設(shè)計(jì)重量并行分析

通過(guò)與構(gòu)型管理系統(tǒng)中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理緊密集成和功能開發(fā)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行BOM的重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了EBOM向重量BOM的轉(zhuǎn)換，將零組件三維數(shù)模以及成品等的重量特性數(shù)據(jù)自動(dòng)提取到重量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，并隨三維模型變化相應(yīng)更改。獲得零組部件重量特性后，就可以匯總計(jì)算任意組件、部件或飛機(jī)的重量、重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。架構(gòu)于PDM系統(tǒng)簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)重量特性的提取過(guò)程，可快捷獲取全機(jī)的最新、特定構(gòu)型的重量特性設(shè)計(jì)信息，重量變化項(xiàng)目的更改結(jié)果數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)更改之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的重量設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)更改信息的實(shí)時(shí)獲取，為快速分析重量重心，剖析重量更改原因，及時(shí)制定減重措施，提供有效、可靠的理論數(shù)據(jù)。利用PDM平臺(tái)管理飛機(jī)重量特性的流程如圖3所示。

圖3 設(shè)計(jì)階段監(jiān)控流程

產(chǎn)品EBOM等相關(guān)重量特性信息見圖4。關(guān)鍵技術(shù):

①產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹自動(dòng)導(dǎo)入技術(shù);

②重量相關(guān)屬性映射技術(shù)。

通過(guò)系統(tǒng)開發(fā)，將產(chǎn)品中的BOM和重量屬性緊密集成，能夠方便靈活地從構(gòu)型管理系統(tǒng)中讀取研制過(guò)程中迭代頻繁的可配置產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹及重量相關(guān)信息(包括圖號(hào)、名稱，設(shè)計(jì)重量、重心、自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)，形成最終供重量系統(tǒng)調(diào)用的BOM。

2)制造重量實(shí)時(shí)獲取

通過(guò)構(gòu)型管理更改控制流程規(guī)范定義，建立超差/偏離、BOM產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和實(shí)際重量的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)稱重項(xiàng)目歸口管理。獲得零組部件重量特性后，就可以匯總計(jì)算任意組件、部件或飛機(jī)的重量、重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;通過(guò)系統(tǒng)提交所發(fā)現(xiàn)的重量超差問題，由設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)問題的處理和回復(fù)。利用PDM平臺(tái)管理飛機(jī)重量特性的流程如圖5所示。

圖4 產(chǎn)品EBOM等相關(guān)重量特性信息

圖5 制造階段監(jiān)控流程

架構(gòu)于構(gòu)型管理控制系統(tǒng)規(guī)范了制造重量特性的控制過(guò)程，使用戶能夠方便地基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)追溯到某一架次飛機(jī)中的某特定零組件在加工裝配過(guò)程中發(fā)生了什么樣的超差/偏離等信息。為快速分析重量超差原因和及時(shí)制定減重措施提供有效、可靠的實(shí)際數(shù)據(jù)。有效管理多架次的最新、特定構(gòu)型的稱重?cái)?shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的重量制造數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)控制，及時(shí)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)各種實(shí)際增重現(xiàn)象，為對(duì)增重較嚴(yán)重零組部件、加工方式采取措施減輕重量提供依據(jù)。

3)統(tǒng)一的信息化管理

通過(guò)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的自動(dòng)建立，內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞和權(quán)限設(shè)置，提高重量管理工作的研制信息集成以及重量數(shù)據(jù)的一致性和安全性，實(shí)現(xiàn)重量變化記錄和減重信息的共享利用。這些管理特點(diǎn)使在飛機(jī)設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中，因用戶需求、設(shè)計(jì)要求或工藝保障等各種因素的影響而導(dǎo)致的已經(jīng)正式批準(zhǔn)的飛機(jī)構(gòu)型的改變，進(jìn)而影響到的產(chǎn)品重量發(fā)生的相應(yīng)更改，尤其是對(duì)重量大的項(xiàng)目更改，均在受控的狀態(tài)下進(jìn)行。信息化管理部署方式見圖6。

圖6 信息化管理部署方式

通過(guò)構(gòu)型與重量的綜合管理與控制，可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)型管理對(duì)全機(jī)零部件按整體處理并提出對(duì)零部件研制的協(xié)調(diào)要求。零部件重量控制根據(jù)提出的協(xié)調(diào)要求，建立自己的重量BOM，并且提出相應(yīng)方法來(lái)檢查BOM的數(shù)據(jù)的一致性。變更的自動(dòng)傳遞、實(shí)施中能夠接入到產(chǎn)品構(gòu)型平臺(tái)中獲取研制相關(guān)的技術(shù)要求和產(chǎn)品定義等信息，并反饋?lái)?xiàng)目狀態(tài)、重量問題，跟蹤重量問題處理狀況，提交數(shù)據(jù)歸檔管理等。重量數(shù)據(jù)文件及相關(guān)技術(shù)資料用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)方式統(tǒng)一管理起來(lái)，提高資源安全性和利用率。

4 結(jié)論

構(gòu)型管理和重量控制工作的重點(diǎn)是協(xié)調(diào)和記錄各個(gè)階段和過(guò)程的數(shù)據(jù)，把產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)建立起合理聯(lián)系，確保對(duì)飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的控制。

構(gòu)型管理與重量控制工作貫穿飛機(jī)產(chǎn)品研制的全生命周期。構(gòu)型管理政策及程序是重量控制工作的指導(dǎo)方針，重量控制工作是構(gòu)型管理工作的有效實(shí)施和監(jiān)控。架構(gòu)于構(gòu)型管理的重量控制技術(shù)，具備實(shí)時(shí)跟蹤、記錄、計(jì)算和分析重量特性的功能，將原先的結(jié)果式管理逐漸過(guò)渡到過(guò)程化管理。因此從理論上講，可以隨時(shí)獲知飛機(jī)在任意時(shí)刻的重量特性，為總師系統(tǒng)/重量控制機(jī)構(gòu)/相關(guān)專業(yè)做出控制決策提供最及時(shí)的信息，使得實(shí)時(shí)監(jiān)控重量特性成為可能，

極大地提高重量管理與控制的工作效率。

［1］范麗華，伍劍剛，劉永紅.飛機(jī)構(gòu)型管理研究與應(yīng)用［J］.洪都科技，2008，(1).

［2］楊 璽，范玉青.飛機(jī)構(gòu)型控制技術(shù)初探［J］.北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，26(3).

［3］于 勇，盧 鵠，范玉青，等.飛機(jī)構(gòu)型控制技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.航空制造技術(shù)，2009，(23).

［4］王 哲.飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中重量控制［J］.飛機(jī)設(shè)計(jì)，2001，(1).

［5］楊蘇敏.淺談民用飛機(jī)的重量控制管理［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，(2).

［6］匡愛民.民用飛機(jī)重量控制方法研究［J］.民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2012，(z1).