基于PLM的通用飛機一體化工藝設(shè)計及管理

李梅

摘 要 通用飛機一體化工藝設(shè)計受到了廣泛的關(guān)注和重視，基于PLM的通用飛機一體化工藝設(shè)計與管理自然進入公眾的視野。文章首先介紹了通用飛機及其國內(nèi)外發(fā)展情況，而后對其業(yè)務(wù)開展情況進行了介紹，之后對基于PLM的通用飛機一體化工藝設(shè)計及其優(yōu)勢進行了分析，最后探討了基于PLM的通用飛機一體化工藝設(shè)計的應(yīng)用。文章的撰寫對于未來通用飛機工藝設(shè)計提升工作具有重要指導意義。

關(guān)鍵詞 PLM；通用飛機；工藝設(shè)計；管理

中圖分類號 V2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）213-0148-03

1 通用飛機及其國內(nèi)外發(fā)展情況

通用飛機就是指那些用于通用航空飛行的飛機。一般來說，通用飛機的用途十分廣泛，它能夠水陸兩用。

從類型方面來說，通用飛機可以分為大型渦槳飛機、旋翼機飛機、固定翼飛機、超小型飛機等，不同飛機的結(jié)構(gòu)也存在較大的不同。

按照功用，通用飛機可以分為公務(wù)機、農(nóng)林飛機、運動飛機以及多用途飛機等。相比國內(nèi)來說，國外通用飛機發(fā)展較快，比較知名的通用飛機制造商有西銳公司、歐洲的直升機公司、賽納斯飛機公司等，這些公司的迅速發(fā)展推動飛機制造技術(shù)的大幅提升，也為我國飛機制造業(yè)發(fā)展提供了重要的借鑒。

中國航空工業(yè)集團公司是當前我國非常有名的通用飛機制造商，近年來的產(chǎn)品類型也在逐漸增加，代表性產(chǎn)品有直升機9系列、直升機11系列、海鷗300系列等，品牌度不斷鞏固。

作為世界上第二大民航市場，中國通用航空行業(yè)的發(fā)展雖然呈現(xiàn)出良好的態(tài)勢，但是也面臨一系列限制性因素的影響。如空中區(qū)域管制因素就從某種程度上影響了我國航空行業(yè)的發(fā)展。

早在2010年左右， 國務(wù)院就出臺了《關(guān)于深化我國低空空域管理改革的意見》，這逐步開放了我國的低空空域，為通用航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了良好的條件。另外，國家也將通用航空行業(yè)列為當前的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，并置于發(fā)展重要位置上。

2011年是我國通用航空發(fā)展歷史上十分關(guān)鍵的一年，更是通用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展的元年。此后幾年之內(nèi)我國通用航空產(chǎn)業(yè)迎來歷史性發(fā)展變革。通用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展是一個復雜的體系，包括飛機產(chǎn)品的設(shè)計工作、生產(chǎn)與制造工作、運營工作、飛機產(chǎn)品制造代理服務(wù)工作、飛機制造培訓工作等，通用飛機的發(fā)展為通用航空業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。美國是當前通用航空業(yè)發(fā)展最為發(fā)達的國家，這也得益于其通用飛機制造業(yè)的快速發(fā)展。

美國通用飛機數(shù)量超過23萬架，通用航空機場有1.9萬個。而初步估計，當前國內(nèi)通用飛機的保有量為1 000架以上，通用機場僅有70個左右。由此可以看出，我國通用飛機數(shù)量較少，其中大部分的產(chǎn)品都從國外引進。

國內(nèi)通用飛機領(lǐng)域的發(fā)展存在很多問題，如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理、行業(yè)發(fā)展規(guī)模相對較小、產(chǎn)品型號不多等。近幾年，隨著國家經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展，各地政府也高度重視通用飛機行業(yè)的發(fā)展，國家利好政策也不斷出臺，中國通用航空產(chǎn)業(yè)也迎來良好的發(fā)展機遇，由快速發(fā)展階段進入全面發(fā)展階段。當前市場經(jīng)濟的發(fā)展也對通用飛機產(chǎn)品提出了更多的要求，通用飛機的數(shù)量需求量不斷提高。據(jù)統(tǒng)計，未來我國通用飛機的需求量將突破10 000架，將會為我國經(jīng)濟發(fā)展提供重要支撐。

2 通用飛機的業(yè)務(wù)發(fā)展情況

通用飛機研究院主要負責通用飛機的設(shè)計，當然之前已有的設(shè)計協(xié)同平臺VPM也發(fā)揮著十分重要的作用；通用飛機的分包平臺負責發(fā)放研究院對外部供應(yīng)商所提供的相關(guān)數(shù)據(jù)。目前通用飛機華南公司已經(jīng)實施了Windchill項目，但由于數(shù)據(jù)同步問題（數(shù)據(jù)規(guī)范性等原因）項目進行過程中目前僅實現(xiàn)了兩家各類文本類的技術(shù)文件的全周期管理，TA600產(chǎn)品數(shù)據(jù)無法順利導入。

由此說明，通用飛機設(shè)計過程中數(shù)據(jù)管理層面所開發(fā)的功能并沒有得到充分的應(yīng)用。隨著通用飛機型號研制及適航取證工作的深入開展，現(xiàn)有業(yè)務(wù)管理中存在的很多問題也逐漸暴露出來，如設(shè)計環(huán)節(jié)與制造環(huán)節(jié)分離、信息化系統(tǒng)及其各部分子系統(tǒng)之間沒有實現(xiàn)一體化整合、多專業(yè)數(shù)據(jù)設(shè)計導致數(shù)據(jù)不統(tǒng)一、更改源頭分散、外部協(xié)同職責不統(tǒng)一、設(shè)計制造符合性不高、人工介入工作量大等問題，這都影響了型號取證、生產(chǎn)許可取證等工作的開展和正常的設(shè)計進度。

就目前來說，我國通用飛機設(shè)計的關(guān)鍵點在于如下幾個部分。

為了進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，通用飛機設(shè)計多采用整體化的設(shè)計模式，采用整體成型的部件，有效地減少零件或者模具的數(shù)量，從而減少工裝數(shù)量，降低成本投入。有效地降低復合材料使用結(jié)構(gòu)能夠幫助結(jié)構(gòu)減重，降低其成本。通用飛機設(shè)計過程中使用整體成型技術(shù)，能夠進一步發(fā)揮復核材料的優(yōu)點和特點，保證低成本技術(shù)投入。這種成型技術(shù)能夠幫助零件加固，降低了設(shè)備的使用成本和工時，減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，降低飛機制造成本。國外飛機產(chǎn)品的制造過程中多是采用整體設(shè)計技術(shù)，從整體入手進行飛機設(shè)計。

飛機產(chǎn)品的機身結(jié)構(gòu)主要由兩部分通過膠連接而成，力求實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體化和最優(yōu)化。但是，在產(chǎn)品設(shè)計過程中，要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計、產(chǎn)品生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品維修等因素的影響，要保證設(shè)計環(huán)節(jié)和工藝環(huán)節(jié)相分離。

為了保證連接合理，產(chǎn)品設(shè)計過程中多使用復合材料進行連接。由于復合材料具有向異性和脆性的特點，材料的應(yīng)力集中效應(yīng)更為突出，連接部位很容易發(fā)生損壞。復合材料這一缺陷性的存在會影響產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的完整性，為了降低成本投入，產(chǎn)品設(shè)計過程中多使用一些低成本的負荷材料進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。在材料使用之前，要通過可靠的檢測技術(shù)，對低成本負荷材料結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進行檢測，并將結(jié)案結(jié)果當做材料可靠性與否的關(guān)鍵標準所在。對材料的檢驗也能夠為后續(xù)飛機工藝分析提供重要的參考。就目前來說，無損檢測技術(shù)與復合材料結(jié)構(gòu)快速制造技術(shù)已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注，也是提高通用分級復合材料生產(chǎn)效率的關(guān)鍵點所在。

當前，通用飛機復合材料的結(jié)構(gòu)形式日漸復雜，結(jié)構(gòu)規(guī)模也不斷提升，復合材料結(jié)構(gòu)也在向著模塊化方向發(fā)展。

3 基于PLM的通用飛機一體化工藝設(shè)計及其優(yōu)勢

基于PLM的通用飛機一體化設(shè)計，應(yīng)用設(shè)計和工藝一體化的PLM平臺，能夠有效地改變過去設(shè)計平臺中數(shù)據(jù)繁雜、管理難度較大的不利局面，從而構(gòu)建高效的信息化數(shù)據(jù)管理平臺，進一步提高通用飛機設(shè)計開發(fā)的效率，使得產(chǎn)品的研發(fā)周期進一步壓縮。產(chǎn)品設(shè)計過程中能夠進一步落實通用飛機質(zhì)量管理體系的研發(fā)要求，進一步延續(xù)通用飛機企業(yè)的知識財富，提高通用飛機產(chǎn)品設(shè)計的標準化和通用化程度，有效地降低產(chǎn)品的研發(fā)與設(shè)計成本，幫助企業(yè)形成良好的文化，提升企業(yè)的綜合競爭力，為通用飛機企業(yè)的發(fā)展創(chuàng)設(shè)了良好的管理平臺。

基于PLM通用飛機設(shè)計主要具有如下幾個方面的優(yōu)勢：

第一，這種設(shè)計方式能夠應(yīng)用一體化條件下的BOM管理。產(chǎn)品設(shè)計在項目類下組織相關(guān)產(chǎn)品，產(chǎn)品下組織零部件結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品的零部件結(jié)構(gòu)圖為三視圖，有設(shè)計視圖、制造視圖和工藝視圖，不同視圖下零部件結(jié)構(gòu)關(guān)系不會發(fā)生交叉影響，因為零部件是唯一的。在設(shè)計過程中，工作人員要從數(shù)據(jù)模型中調(diào)取產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，從而形成合理的設(shè)計視圖，之后產(chǎn)品設(shè)計方案的所有改變和調(diào)整都要體現(xiàn)在設(shè)計視圖上。調(diào)整之后，設(shè)計視圖會將結(jié)構(gòu)調(diào)整自動反饋到制造視圖和工藝視圖之中。制造視圖又將信息傳遞給生產(chǎn)ERP系統(tǒng)，系統(tǒng)在準確數(shù)據(jù)支撐下開始制造；工藝視圖能夠依據(jù)信息編制工藝，并允許技術(shù)部門在合理范圍內(nèi)調(diào)節(jié)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

第二，這種設(shè)計方式能夠?qū)崿F(xiàn)一體化的工藝管理。這種設(shè)計方式將零部件作為基本的管理單元，并在其下組織工藝數(shù)據(jù)，從而保證統(tǒng)計報表數(shù)據(jù)真實。統(tǒng)計數(shù)據(jù)內(nèi)容較多，包括工序工時數(shù)據(jù)、材料定額數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)等，通過這些數(shù)據(jù)，工作人員就可以編制出關(guān)鍵工序目錄、表面零件處理目錄、產(chǎn)品目錄以及材料匯總等，這都為后續(xù)設(shè)計工作奠定良好的基礎(chǔ)。

第三，這種設(shè)計方式有利于加強一體化條件下的工裝管理。通過建立企業(yè)級的工裝設(shè)計資源庫，通用飛機的設(shè)計人員能夠在PDM系統(tǒng)中重新構(gòu)建工裝設(shè)計資源，形成結(jié)構(gòu)。按照工裝設(shè)計專業(yè)化分類，也能夠形成統(tǒng)一的通用飛機工裝設(shè)計資源庫，有利于實現(xiàn)工裝參數(shù)化管理。在對應(yīng)工裝產(chǎn)品下，工裝零件和工裝圖紙或者數(shù)據(jù)模型之間就會形成合理的鏈接關(guān)系。為了便于下游工藝車間查詢相關(guān)信息，設(shè)計人員從飛機項目發(fā)起工裝品種申請表。

第四，這種設(shè)計方式有利于實現(xiàn)一體化條件下的數(shù)據(jù)挖掘。產(chǎn)品數(shù)據(jù)包括各種電子數(shù)據(jù)如采購數(shù)據(jù)、銷售數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等都能夠快速查詢到，這能夠縮短設(shè)計周期，提高產(chǎn)品生產(chǎn)制造的效率。

總之，在集團公司支持指導及CAXA實施團隊的通力配合下，基于PLM的通用飛機設(shè)計成為我國航空裝備行業(yè)信息化樣板，設(shè)計過程相對較快、效率較高，能夠有效地扭轉(zhuǎn)公司目前的管理狀況，也能夠進一步優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，推動產(chǎn)品創(chuàng)新，進一步提高產(chǎn)品的核心競爭力。這種設(shè)計方式有利于公司的長遠健康發(fā)展，也為通用飛機設(shè)計提供了專家級的解決方案，能夠為其他企業(yè)發(fā)展提供重要借鑒。

4 基于PLM的通用飛機一體化工藝應(yīng)用情況

近年來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，很多西方著名飛機公司都重視飛機快速工藝準備技術(shù)的研究，并實現(xiàn)了基于2D技術(shù)和2D-PLM技術(shù)的集成應(yīng)用，形成了電子工作指令，也實現(xiàn)了工藝數(shù)據(jù)的共享。部分飛機公司還形成了3D-PLM的工藝準備系統(tǒng)集成應(yīng)用，形成了包括產(chǎn)品設(shè)計、工藝準備和產(chǎn)品生產(chǎn)在內(nèi)的相對完整的集成應(yīng)用模式，極大地推動了新型飛機的研制和型號的改造，提高了飛機制造工藝的設(shè)計效率和驗證效率，也極大地縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。例如，波音公司在原先B787飛機架構(gòu)集成上，形成了整機3D虛擬裝配仿真和驗證技術(shù)，將可能發(fā)生的設(shè)備變更盡可能減少，同時也進一步壓縮工藝規(guī)劃時間。該技術(shù)的使用將縮短50%的裝配周期，縮短30%以上的工藝設(shè)計周期。

隨著現(xiàn)代集成技術(shù)和信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，我國航空制造業(yè)也呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢，3D的PLM技術(shù)也為企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新和數(shù)字化設(shè)計制造提供了重要支持。這也對工藝資源和制造數(shù)據(jù)的管理模式造成了重大的影響。國內(nèi)部分研究院也高度重視3D工藝準備技術(shù)研究工作，開展相應(yīng)的研究，包括虛擬裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)、3D定量化工藝建模與工藝設(shè)計、基于三維CAD的集成化CAPP系統(tǒng)研究等。當前我國通用飛機制造企業(yè)的工藝設(shè)計和管理工作水平都大幅提高，2D-PLM的CAPP的應(yīng)用有效地解決了制造企業(yè)工藝編制、信息共享和數(shù)據(jù)管理的問題，也提升了工藝系統(tǒng)的工作效率。

以3D模型為基礎(chǔ)的產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的推廣，工藝設(shè)計和管理工作能夠利用3D進行設(shè)計，有效地繼承和重用了豐富的3D模型資源和設(shè)計結(jié)構(gòu)，基本實現(xiàn)基于產(chǎn)品3D模型的工藝準備過程與設(shè)計、生產(chǎn)的協(xié)同和集成，能夠滿足飛機產(chǎn)品的快速研制和生產(chǎn)需要。對于提高我國飛機產(chǎn)品的快速研制和生產(chǎn)能力，縮短產(chǎn)品研制周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本具有重要的現(xiàn)實意義。

5 結(jié)論

為了實現(xiàn)產(chǎn)品的低成本、高質(zhì)量，工藝設(shè)計作為其中重要的一環(huán)，必須提高其管理水平，然而因為通用飛機一體化工藝管理的復雜性，工藝文件的繁雜多樣以及多部門之間的流轉(zhuǎn)，使得工藝文件的完整性、正確性和統(tǒng)一性很難得到保證，造成企業(yè)為工藝文件殘缺、版本混亂以及工藝設(shè)計與工藝現(xiàn)場文件不統(tǒng)一等因素所困，同時造成工藝設(shè)計人員資料查找困難，浪費大量時間在設(shè)計工作之外。據(jù)一組研究數(shù)據(jù)表明：大多數(shù)應(yīng)用工程師在真正的產(chǎn)品設(shè)計上僅花費25%的時間，然而卻有30%～35%的時間花費在尋找設(shè)計所用的數(shù)據(jù)。本文對基于PLM的通用飛機一體化工藝設(shè)計和管理進行深入分析，并總結(jié)其優(yōu)勢所在，并對其發(fā)展趨勢和應(yīng)用現(xiàn)狀進行分析，這對于未來飛機一體化工藝設(shè)計效率的提升都具有十分重要的意義。

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