民用飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解方案的研究

摘 要：產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)（PBS）是數(shù)據(jù)和信息組織的核心，是飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建立的依據(jù)，也是飛機(jī)所有構(gòu)型信息輸出的基礎(chǔ)和源頭。產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)是以產(chǎn)品為對(duì)象，結(jié)合工作分解結(jié)構(gòu)，按一定的分類法，根據(jù)相應(yīng)的原則、特征或結(jié)構(gòu)隸屬關(guān)系，從上往下、逐級(jí)展開(kāi)進(jìn)行分解直到最底層，每一層都與相關(guān)的構(gòu)型文件（例如：工程圖紙、零組件細(xì)目表、物料清單、規(guī)范、軟件需求及設(shè)計(jì)文件、工藝/生產(chǎn)文件等）相關(guān)聯(lián)，從而形成的一個(gè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)體系。產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)覆蓋了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、配置、維護(hù)直到報(bào)廢的整個(gè)完整的產(chǎn)品生命周期。文章從分析民機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解方案出發(fā)，研究了國(guó)際主流飛機(jī)制造商經(jīng)驗(yàn)，提出了兩種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理方式，從理論結(jié)合實(shí)踐提出了民用飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解方式的優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)考慮的因素和條件。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)；模塊；構(gòu)型項(xiàng)

引言

產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)是一個(gè)組織和存儲(chǔ)產(chǎn)品數(shù)據(jù)和相關(guān)技術(shù)信息的集合，將一個(gè)產(chǎn)品按層次結(jié)構(gòu)劃分為一系列的元素，是指在數(shù)據(jù)庫(kù)中展現(xiàn)產(chǎn)品信息的產(chǎn)品層次分解。產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)提高了數(shù)據(jù)的一致性，并且更加有利于數(shù)據(jù)的交換，為核心業(yè)務(wù)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

對(duì)于民用飛機(jī)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，由于規(guī)模龐大、系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)計(jì)要求高等因素，零組件數(shù)據(jù)集包含有二維圖紙、三維模型、臨時(shí)更改單、技術(shù)文件等大量文檔且更改較頻繁，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理異常復(fù)雜和困難，采用合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解方式，是構(gòu)型標(biāo)識(shí)的基礎(chǔ)，飛機(jī)產(chǎn)品的二維圖樣、三維圖樣、EBOM、PL、屬性信息等因素的結(jié)構(gòu)組成和管理方法，是構(gòu)型管理方法的重要輸入和管理對(duì)象。

目前民用飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解方式主要有兩種：（1）以某單一因素（如裝配層級(jí)或功能分解）為主要依據(jù)的分解方式（如麥道），通過(guò)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)體現(xiàn)產(chǎn)品的各類部件；（2）以模塊為基本單元，結(jié)合產(chǎn)品通用化、系列化、模塊化的多視圖管理方式（如歐直、A350、B737等）。

1 縮略語(yǔ)說(shuō)明

為了便于表述，文章中使用了如下縮略語(yǔ)：

PBS Product Breakdown Structure 產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)

CI Configuration Item 構(gòu)型項(xiàng)

EBOM Engineering Bill of Material 工程物料清單

PL Part List 零組件細(xì)目表

PDM Product Data Management 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理

2 以單一因素為主要依據(jù)的分解方式

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的零件都會(huì)關(guān)聯(lián)相關(guān)技術(shù)文件，例如圖紙。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為不同業(yè)務(wù)組織（銷售/設(shè)計(jì)/制造/支援/維修...） 提供其相關(guān)的有效的產(chǎn)品信息。根據(jù)飛機(jī)的產(chǎn)品特點(diǎn)，按照飛機(jī)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)分解制定PBS文件，科學(xué)、完整表述C919 飛機(jī)各級(jí)產(chǎn)品構(gòu)成的主要特征。產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)構(gòu)建的思路是運(yùn)用系統(tǒng)工程的思想，將高度復(fù)雜集成的產(chǎn)品逐步分解為功能單一、結(jié)構(gòu)獨(dú)立的便于實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單產(chǎn)品。在產(chǎn)品不斷分解的過(guò)程中，還要考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)、客戶服務(wù)、技術(shù)管理等的編制合理性。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在很多方面是很有用的，如，表現(xiàn)關(guān)聯(lián)、決定提供構(gòu)型管理的級(jí)別和評(píng)估建議的更改對(duì)產(chǎn)品的影響。

波音、空客、龐巴迪等各主要飛機(jī)制造商在二十世紀(jì)八十年代以前都是使用這種傳統(tǒng)的基于圖樣結(jié)構(gòu)樹(shù)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理方案，這種樹(shù)狀結(jié)構(gòu)分解方式是以某單一因素進(jìn)行層層分解。比較典型的是以生產(chǎn)、裝配和安裝順序?yàn)橐罁?jù)的分解，也稱之為面向工序的結(jié)構(gòu)，從最底層的零件、標(biāo)準(zhǔn)件一直裝配到完整的飛機(jī)，如圖1所示。

這種分解方式，可在設(shè)計(jì)之初規(guī)劃好頂級(jí)裝配圖（沒(méi)有下一級(jí)裝配的，其下一級(jí)就是飛機(jī)），并以頂級(jí)裝配圖為單元進(jìn)行架次有效性分配和更改控制。頂級(jí)裝配件下及其下屬的每一層都有具體的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（二維圖紙、三維數(shù)模，工程指令和EBOM表等），從飛機(jī)結(jié)構(gòu)關(guān)系上能清晰表達(dá)裝配順序以及層級(jí)關(guān)系，便于指導(dǎo)制造單位進(jìn)行材料準(zhǔn)備和生產(chǎn)安排；更改影響上受影響范圍也比較清楚，一旦發(fā)生工程更改，可以通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)狀關(guān)系層層追溯。

由于在飛機(jī)研制階段工程更改頻繁，且民機(jī)客戶選項(xiàng)的多樣性，在研制過(guò)程中也不斷體現(xiàn)出這種產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，主要體現(xiàn)為：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)層次過(guò)深，更改影響范圍大。大部分頂級(jí)裝配圖的層次都在6級(jí)或6級(jí)以上，在不同的層級(jí)上都有構(gòu)型項(xiàng)，每一個(gè)裝配件會(huì)說(shuō)明其下安裝的零件或組件，而其下的每個(gè)零件或組件也要說(shuō)明安裝在那個(gè)裝配件上，這種層層嵌套的循環(huán)引用，造成產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系十分緊密，也就是構(gòu)型項(xiàng)數(shù)目多，層次深，考慮更改的追溯問(wèn)題以及為了說(shuō)明裝配關(guān)系，一旦一個(gè)零件的更改極端情況下會(huì)導(dǎo)致整個(gè)頂層裝配件的更改。

飛機(jī)進(jìn)入批生產(chǎn)后，這種產(chǎn)品分解下，數(shù)據(jù)分解的顆粒度較大，飛機(jī)型號(hào)中與客戶無(wú)關(guān)的不變部分，和與客戶有關(guān)的可變部分，糅合在一起，投產(chǎn)數(shù)據(jù)控制困難，重用性不高。并且引入過(guò)多的構(gòu)型項(xiàng)也影響了產(chǎn)品的可視性，妨礙管理工作，又增加成本。

為了減少更改工作量，保證研制階段的進(jìn)度，在更改管理上并沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行構(gòu)型不同，更改構(gòu)型號(hào)的要求，而是采用換版+某些其他方式（系列工程指令、先行更改、故障拒收等等）說(shuō)明，這樣造成了構(gòu)型狀態(tài)不清晰，必須依靠人工統(tǒng)計(jì)，滯后、耗時(shí)且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性難以保證。

3 以模塊為基本單元的分解方式

波音、空客、龐巴迪等各主要飛機(jī)制造商在二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始使用基于模塊的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理方案，通過(guò)多構(gòu)型配置、小批量生產(chǎn)的模式，結(jié)合產(chǎn)品通用化、系列化、模塊化的多視圖管理方式，延伸出各種子型號(hào)的飛機(jī)，從而豐富產(chǎn)品的類型并滿足不同用戶及更改的要求。降低產(chǎn)品復(fù)雜性、減少研發(fā)成本和提高管理效率，也將極大的方便產(chǎn)品的配置和維護(hù)工作。

以空客某飛機(jī)型號(hào)為例，使用了三層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解方式，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的頂層主要用來(lái)管理同型號(hào)飛機(jī)中共性、基本不變的部分。根據(jù)管理的需要，可將頂層進(jìn)一步分解。比如，可將頂層先按空間再按專業(yè)劃分層次：機(jī)型、系列、主部段、部段等，如圖2所示。

構(gòu)型層是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)用于構(gòu)型管理的核心層次，通過(guò)對(duì)構(gòu)型層進(jìn)行合理配置，便能實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)管理目標(biāo)，如模塊化管理、多構(gòu)型管理、單架次管理等。構(gòu)型項(xiàng)是一個(gè)管理容器，它是對(duì)某一具體功能的抽象，并不代表真實(shí)的零件或組件；與此對(duì)應(yīng)，設(shè)計(jì)模塊才是真實(shí)的零組件。一個(gè)設(shè)計(jì)模塊代表一種實(shí)現(xiàn)方式，有多個(gè)設(shè)計(jì)模塊就表示有多種實(shí)現(xiàn)方式。每個(gè)設(shè)計(jì)模塊與構(gòu)型項(xiàng)之間通過(guò)關(guān)聯(lián)對(duì)象進(jìn)行關(guān)聯(lián)，兩者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系（架次有效性）記錄在關(guān)聯(lián)對(duì)象上。

底層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是對(duì)構(gòu)型層設(shè)計(jì)模塊的細(xì)化與分解，由各種具體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組成。該層次的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)直接面向各專業(yè)的設(shè)計(jì)員。

為了滿足不同的用戶和業(yè)務(wù)需求，同一個(gè)產(chǎn)品需要多個(gè)不同信息組織方式，可以采用“視圖”的方式。不同視圖表達(dá)了不同業(yè)務(wù)組（如設(shè)計(jì)，制造，客服，銷售）的需求?？湛惋w機(jī)項(xiàng)目根據(jù)業(yè)務(wù)需求建立不同的視圖，如設(shè)計(jì)視圖、制造視圖、試驗(yàn)視圖、合同視圖等等，如圖3所示，設(shè)計(jì)視圖如圖4所示。通過(guò)各種視圖把項(xiàng)目管理、構(gòu)型管理和工程過(guò)程管理統(tǒng)一起來(lái)，并描述了它們之間的聯(lián)系，也就構(gòu)成了企業(yè)產(chǎn)品信息集成的框架。

很多高層管理者認(rèn)為采用這類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解方式，飛機(jī)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)層次化不夠，對(duì)于制造組織生產(chǎn)，尤其分包給不同機(jī)體供應(yīng)商時(shí)，按部段劃分的概念，各部段作為交付產(chǎn)品，其產(chǎn)品信息的結(jié)構(gòu)化不清晰。

4 歐直產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解方式

以歐直某型號(hào)飛機(jī)為例，其型號(hào)眾多、系列產(chǎn)品發(fā)展較成熟，產(chǎn)品之間重用性較高，性能配置上需綜合考慮客戶需求進(jìn)行選裝選配。

在滿足型號(hào)發(fā)展規(guī)劃的需求同時(shí)，又兼顧產(chǎn)品通用化、系列化、模塊化設(shè)計(jì)以及構(gòu)型項(xiàng)配置管理等要求。歐直從產(chǎn)品分類管理、主產(chǎn)品配置管理等主要因素進(jìn)行了產(chǎn)品分解，能夠體現(xiàn)系列及多構(gòu)型配置特點(diǎn)（如圖5所示）。

其將飛機(jī)劃分為頂層和下層兩個(gè)部分，其中頂層是CI層，是由構(gòu)型管理人員進(jìn)行規(guī)劃和控制的節(jié)點(diǎn)，包括可變配置項(xiàng)和不可變配置項(xiàng)兩種。下層是設(shè)計(jì)管控層，由零件、組件及裝配等數(shù)據(jù)組成。其CI與零組件之間的聯(lián)接是通過(guò)有效性進(jìn)行定義的，其有效性包括選項(xiàng)有效性、批架次有效性、時(shí)間有效性，這三種方式可按需進(jìn)行組合定義，通過(guò)有效性來(lái)配置各狀態(tài)及生產(chǎn)架次的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

按照產(chǎn)品的系列化特點(diǎn)，將其分解為基本不變部分、客戶選項(xiàng)部分以及特殊更改部分，是一種典型的以模塊組織零部件、并以模塊為基礎(chǔ)配置分級(jí)的典型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組織方式，其優(yōu)勢(shì)在于可以迅速的建立客戶選配與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；可以通過(guò)模塊間的重組快速的配置出一架飛機(jī)，以滿足客戶多樣性的要求；可以有效的實(shí)行不同機(jī)型間模塊的重用，降低成本，縮短研制周期；同時(shí)，其在更改控制方面，也減少了更改范圍的無(wú)限擴(kuò)散。

5 分析和結(jié)論

隨著管理方法的進(jìn)步、研制模式的改進(jìn)，在具體的飛機(jī)型號(hào)的實(shí)踐和應(yīng)用也對(duì)不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了探索和嘗試。對(duì)于新研制的型號(hào)，可以根據(jù)型號(hào)的特定情況，參考借鑒和加以剪裁地制定適合型號(hào)發(fā)展的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解方式。而根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解方式制定構(gòu)型更改控制方法，是飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的核心部分。

文章所述兩種方案的有效實(shí)施還有賴于全三維設(shè)計(jì)規(guī)范的跟進(jìn)、PDM管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，也是未來(lái)數(shù)字化產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的一種發(fā)展方向和趨勢(shì)，希望可以為我國(guó)民用飛機(jī)或其他大型復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)提供一定的技術(shù)參考作用。

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