多版本有效模式下的架次有效性管理技術研究

趙 攀，劉看旺，劉俊堂 ，張永輝

（中航工業(yè)第一飛機設計研究院，西安 710089）

飛機設計異常復雜，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹也非常龐大，一個部件下關聯(lián)幾百個甚至上千個零組件的情況非常普遍，這些零組件在飛機實際架次中的有效性也會千差萬別，這給飛機的架次有效性管理帶來了非常復雜的問題。譬如，在多版本有效模式下，底層零組件和其上級裝配件的有效性可能會不同，此時，若底層零組件的有效性比其上級裝配件的有效性區(qū)間大，那么，當按照架次有效性提取某架機的裝機件時，會導致底層零組件失效。因此，開展飛機架次有效性管理技術研究，并應用飛機研制，就顯得重要而有意義。飛機架次有效性管理技術包括更改的版本定義與更改過程控制、架次有效性定義與演化規(guī)則機理控制、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹規(guī)劃定義與管理等技術內(nèi)容。

1 架次有效性定義相關技術

任何一個構(gòu)成相對比較復雜的產(chǎn)品都有一個唯一的系列號，而有效性就是定義更改生效范圍的一種系列號。有效性表示對特定產(chǎn)品的更改或差異的處理，包括何時生效或已經(jīng)生效。在飛機的研制中，有效性是體現(xiàn)并落實更改的必須途徑和唯一手段，它作為一個中心環(huán)節(jié)，把設計、制造、維修等聯(lián)合起來組成一個整體，它由字母和數(shù)字的形式組成，用來確定更改的生效架次[1]。

有效性有兩種類型，即選項有效性和架次有效性。選項有效性表示提供給客戶可選擇的性能、功能、設備或服務，按類型可分為主選項、次選項、備用選項和客戶特定選項。架次有效性可分為可用架次有效性和應用架次有效性。其中，可用架次有效性用來指定零組件對哪些架次的飛機可用，即可用范圍。應用架次有效性用來指定零組件已經(jīng)或?qū)⒁谀男┘艽蔚娘w機上進行了應用[2]。本文將可用有效性和應用有效性結(jié)合起來，統(tǒng)稱為架次有效性。

2 版本定義相關技術

版本是產(chǎn)品零組件在全生命周期內(nèi)的一個特定標識，在產(chǎn)品的設計過程中，它的每一個零組件都可能存在多個版本。當零組件出現(xiàn)多個版本時，存在兩種情況：（1）如果新版本對工程可用，舊版本作廢，則稱之為最新版有效；（2）如果新舊版本都對工程可用，則稱之為多版本有效。

在最新版有效模式下，僅零組件的新版本出現(xiàn)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹上，如圖1所示。在多版本有效模式下，零組件的新舊版本同時出現(xiàn)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹上，如圖2所示。本文主要研究多版本有效模式下的架次有效性管理。

圖1 最新版有效模式Fig.1 Latest version availability mode

圖2 多版本有效模式Fig.2 Multi-version availability mode

圖3 扁平化產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)Fig.3 Flat product structure

3 飛機產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組織技術

3.1 扁平化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組織

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)反映產(chǎn)品的構(gòu)成情況，通常將零組件之間組成上下級關系而形成一個樹狀結(jié)構(gòu)。飛機的研制過程圍繞產(chǎn)品結(jié)構(gòu)而展開，在進行數(shù)據(jù)組織、流動和拓延的過程中，是以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為主線、以零組件為中心的組織管理模式。因此，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)構(gòu)建的好壞將直接影響到飛機構(gòu)型控制的形式和過程。

如果將傳統(tǒng)的“分層較深”的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變成“更扁平化”的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，就可以在后續(xù)進行構(gòu)型控制時更為簡化。

借鑒“扁平化”思想，將飛機的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行分層組織，分為頂層結(jié)構(gòu)和底層結(jié)構(gòu)。其中，頂層結(jié)構(gòu)按照產(chǎn)品、系統(tǒng)、分系統(tǒng)、子系統(tǒng)的組織劃分方式進行分層組織，在不同批架次的飛機中，頂層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，一般保持不變；底層結(jié)構(gòu)按照裝配關系進行組織，主要用來進行零組件的具體設計，如圖3所示。

3.2 模塊化底層設計結(jié)構(gòu)組織方法

飛機模塊綜合考慮飛機產(chǎn)品研制的全生命周期過程中的所有要素，運用標準化原理，針對系列飛機產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，將飛機產(chǎn)品分解為一個個具有獨立特性和接口結(jié)構(gòu)的模塊，并在生產(chǎn)管理中按模塊進行管理。

在分層組織的基礎上，借鑒“模塊化”思想，再將大的部件或子系統(tǒng)劃分成多個比較獨立的單元，即底層結(jié)構(gòu)中的模塊。模塊的劃分具有特定的原則[2]，主要包括：

（1）獨立性原則。獨立性是要求各個模塊之間只有很少或沒有相互的交叉，盡量減少模塊之間的關聯(lián)，使模塊具有相對的獨立性。

（2）粒度適中原則。模塊的粒度與數(shù)量是兩個相互矛盾的因素，模塊的劃分要滿足粒度與數(shù)量適中的原則。

（3）重用性原則。模塊的獨立性是模塊進行重用的基礎，可重用性可以減少重復設計，減少生產(chǎn)工藝過程，有利于裝配、拆卸、試驗和維修。

（4）唯一性原則。對于特定構(gòu)型的飛機，每個飛機模塊在數(shù)量上只能有一個。

（5）設計分離面和工藝分離面重合原則。在模塊劃分過程中，應當盡早地考慮工藝問題，不僅要考慮飛機的功能劃分，還有考慮飛機的工藝劃分，在制造環(huán)節(jié)中減少對飛機產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行重組。

（6）單級分層原則。模塊為單層的結(jié)構(gòu)，不能嵌套。

（7）“只加”原則。對模塊只做加法，像堆積木一樣組成飛機構(gòu)型表。

（8）廣義原則。模塊不僅由實際的零部件的集合組成，也可能包含某種特定的功能特性和接口特性。

（9）以機身坐標系為參考坐標系原則。模塊劃分時的參考坐標系為機身坐標系，以確定在飛機上的真實空間位置。

（10）以安裝件為參考原則。模塊的劃分可參考原來的飛機安裝件的劃分來確定。

3.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理中的標注模型定義技術

在底層結(jié)構(gòu)中，對裝配件的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行變換，即給每個裝配件增加一個特殊的子節(jié)點，稱之為“標注模型”，用其來描述裝配件的變化情況。相比之下，裝配件即為飛機研制過程中真實存在的模型，稱之為“原模型”。如此以來，裝配件本身不再需要有版本信息，借用標注模型即可體現(xiàn)裝配件的版本變化情況。在后續(xù)更改中，裝配件的版本不會隨著更改發(fā)生變化，裝配件的所有版本均通過標注模型的版本得以體現(xiàn)和保留。變換前的裝配件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖4所示，變換后的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中，ASM1-V即為標注模型。

4 飛機架次有效性管理技術

4.1 架次有效性的標注

在多版本有效模式下，飛機的架次有效性標注在底層結(jié)構(gòu)中的不同層次的零組件上，如圖6所示。零件的架次有效性直接標注在零件上，裝配件的架次有效性分兩種情況進行標注：1）裝配件上標注全區(qū)間的架次有效性，且永遠保持不變；2）標注模型初始情況下標注全架次有效性，隨著后續(xù)更改的進行，標注模型上的架次有效性會隨著更改發(fā)生變化。

架次有效性采用數(shù)字形式進行標注，標注的格式有如下5種：

（1）有效性為某架次到無窮，如從第5架起到無窮有效，則應標為5～∝；

（2）連續(xù)的有效性，如從第2架到第5架有效，則應標為 2～5；

（3）如從第2架到第3架（即2，3架）有效，則應標為2～3或2和3；

（4）對于不連續(xù)的有效性，如2、5、8架次有效，則單獨分開表示；

圖4 變換前的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組織Fig.4 Product structure before changed

圖5 變換后的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組織Fig.5 Product structure after changed

圖6 有效性的標注Fig.6 Label of effectivity

（5）有效性為單架次，如僅在第3架有效，則應標為3。

4.2 架次有效性的傳遞

初始情況下，所有零組件的架次有效性均為1～∝，隨著后續(xù)更改的進行，零組件的架次有效性會發(fā)生變化。當零組件的更改不涉及批架次變化時，新版代替舊版，新版有效，舊版作廢，此時，零組件的所有版本在平臺中保留，舊版凍結(jié)，設計歷史可供查看。當零組件的更改涉及到批架次變化時，新版、舊版同時有效，制造部門根據(jù)架次有效性信息，對新版、舊版零件進行生產(chǎn)。當零組件的更改不影響其上級裝配件時，上級裝配件標注模型的版本及有效性保持不變。當零組件的更改影響其上級裝配件時，上級裝配件標注模型的版本及有效性發(fā)生變化，如圖7所示。

當零組件依據(jù)設計完善、設計改進、協(xié)調(diào)更改等原因發(fā)生更改而引起架次有效性發(fā)生變化時，架次有效性會在新舊版本之間進行傳遞。傳遞的規(guī)則如下：將更改的架次有效性范圍與原架次有效性范圍進行比較，如果更改的范圍小于原架次有效性的范圍，則將對原架次有效性進行拆分。假設零組件更改時架次有效性變化區(qū)間的起始值為A，結(jié)束值為B；原架次有效性區(qū)間的起始值為M，結(jié)束值為N，如圖8所示。那么，如果M

4.3 基于架次有效性定義的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)過濾

經(jīng)過多次更改后，飛機最初的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組織已經(jīng)演變成一顆超配的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，所有版本在整個過程中均被記錄下來，保留了所有的更改過程。要提取某架飛機產(chǎn)品的信息時，需要對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)按照架次有效性進行過濾。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)過濾的原則是依據(jù)過濾條件自頂向下層層篩選。對于圖7所示的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，若要查看有效性為5～∝的裝機件，那么，過濾條件就為架次有效性5～∝。此時，根據(jù)過濾條件，從頂層部件ASM1開始層層篩選：由于ASM1的有效性為1～∝，與有效性5～∝有交集，所以被過濾出來；在ASM1的基礎上，會進行更深層次的過濾：標注模型ASM1-V的B版的有效性為5～∝、PART1的B版的有效性為5～∝、PART2 和PARTn的A版的有效性為1～∝，這些與5～∝均有交集，所以它們也被過濾出來，而標注模型ASM1-V的A版和PART1的A版有效性為1～4，與5～∝沒有交集，所以被淘汰掉，過濾后的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組織如圖9所示。

圖7 架次有效性的變化Fig.7 Change of effectivity

圖8 更改的架次有效性與原架次有效性比照Fig.8 Changed effectivity VS original effectivity

圖9 超配產(chǎn)品結(jié)構(gòu)過濾Fig.9 Filter of super-configuration product structure

可見，超配的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹在過濾后的結(jié)果和期望中的相符，能夠真實反映單架機的裝機件信息，不會存在零組件失效的情況。

該架次有效性管理技術簡化了零組件數(shù)量大、零組件間關系復雜的飛機架次有效性管理，避免了研制階段頻繁的工程更改逐級追溯的弊端，消除了產(chǎn)生工程錯誤的最大源頭，減少了無價值的附加工作，使設計人員能夠投入更多的時間來進行產(chǎn)品的創(chuàng)新，為飛機的研制提供強有力的保障。

5 結(jié)束語

針對飛機研制特點，研究了架次有效性定義和版本定義技術，提出了滿足飛機研制需求的架次有效性管理技術。該技術在將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行扁平化、模塊化組織的基礎上，定義了表達真實裝配件的標注模型，給出了工程更改引起的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變換與架次有效性傳遞的機理以及如何通過架次有效性獲取有效的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。該架次有效性管理技術解決了飛機研制過程中更改多樣化和復雜化的問題，有利于進行飛機研制過程的管理和控制，從而保證飛機產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性、完整性和可控性要求。

[1]王慶林.飛機構(gòu)型管理[M].上海:上海科學技術出版社,2012.

WANG Qinglin. Aircraft configuration management[M]. Shanghai:Shanghai Science and Technology Publisher, 2012.

[2]范玉青,梅中義,陶劍.大型飛機數(shù)字化制造工程[M]. 北京:航空工業(yè)出版社, 2011.

FAN Yuqing, MEI Zhongyi, TAO Jian. Large aircraft digital manufacturing engineering[M]. Beijing: Aviation Industry Press, 2011.