軍用飛機(jī)大修中數(shù)字化工藝系統(tǒng)應(yīng)用

杜永華 韓梁 邱蕾蕾

摘 要 基于PLM平臺(tái)和IETM結(jié)構(gòu)化編輯器，構(gòu)建飛機(jī)大修業(yè)務(wù)流程的結(jié)構(gòu)化模型并設(shè)計(jì)優(yōu)化飛機(jī)大修數(shù)字化工藝開發(fā)模型，搭建了工廠飛機(jī)大修數(shù)字化工藝系統(tǒng);建立了大修飛機(jī)單架次維修物料樹，重構(gòu)了結(jié)構(gòu)化修理技術(shù)工藝文件生成模式，采用了工序作業(yè)結(jié)構(gòu)化回填，引入了更豐富多元的工藝素材和更完善的物料、資源引用功能，實(shí)現(xiàn)各類技術(shù)工藝文件的結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計(jì)與應(yīng)用，大大提升了工廠大修保障能力和修理質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 飛機(jī)大修;數(shù)字化工藝;物料樹;工序;結(jié)構(gòu)化

引言

軍用飛機(jī)大修是飛機(jī)裝備等級(jí)最高、技術(shù)最復(fù)雜的修理[1]。目前大修過(guò)程中，主要依靠技術(shù)人員對(duì)修理中涉及的頂層技術(shù)文件、工藝規(guī)程以及操作工卡進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，各層文件結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，技術(shù)、工藝文件的管理需要耗費(fèi)大量的人力成本和時(shí)間成本，且容易產(chǎn)生人為差錯(cuò)[2]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)信息化手段對(duì)技術(shù)、工藝文件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化管理廣泛應(yīng)用[3-5]。數(shù)字化工藝系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)物料、工藝路線、零件配套、工裝設(shè)備、人員資質(zhì)等資源的協(xié)同定義與管理，從而全面提升工藝設(shè)計(jì)能力、工藝管理水平，有效縮短工藝準(zhǔn)備周期[6]。軍用飛機(jī)因其技術(shù)難度大、技術(shù)狀態(tài)多、多學(xué)科集成的特點(diǎn)大大增加了其在大修時(shí)技術(shù)、工藝文件管理的難度[7]，所以，必須借助信息化手段建立軍用飛機(jī)大修的數(shù)字化工藝系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)、工藝文件及其資源的統(tǒng)一管理和關(guān)聯(lián)使用，減少人為參與，提高效率同時(shí)降低錯(cuò)誤率。

本文著眼于工廠工藝體系建設(shè)，兼顧未來(lái)新機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，在已搭建產(chǎn)品全壽命周期管理（PLM）系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，引進(jìn)交互式電子技術(shù)手冊(cè)（IETM）系統(tǒng)，構(gòu)建飛機(jī)大修業(yè)務(wù)流程的結(jié)構(gòu)化模型并設(shè)計(jì)優(yōu)化飛機(jī)大修數(shù)字化工藝開發(fā)模型，搭建了工廠飛機(jī)大修數(shù)字化工藝系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各類技術(shù)、工藝文件的結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計(jì)與應(yīng)用，有效提升工廠大修保障能力及維修質(zhì)量。

1 大修業(yè)務(wù)流程的結(jié)構(gòu)化模型

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)飛機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中所依據(jù)的二維圖紙和紙質(zhì)文件已逐漸被三維模型所取代，這使得飛機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)本身高度結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化?，F(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造普遍采用CATIA軟件進(jìn)行三維建模，形成從系統(tǒng)到結(jié)構(gòu)再到零件的樹狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為形成基于物料樹（Bill of Materiel，簡(jiǎn)稱BOM）的飛機(jī)大修業(yè)務(wù)流程結(jié)構(gòu)化模型提供了先天條件。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)已完成結(jié)構(gòu)化的基礎(chǔ)上，整合優(yōu)化工廠現(xiàn)有大修業(yè)務(wù)流程，形成飛機(jī)大修業(yè)務(wù)流程結(jié)構(gòu)化模型如圖1所示，包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)接收、工藝開發(fā)、工程應(yīng)用、實(shí)例化生產(chǎn)四個(gè)階段。

第一階段是建立設(shè)計(jì)物料樹（Engineering Bill of Materiel，簡(jiǎn)稱EBOM），然后將接收的飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)模、圖樣、制造技術(shù)條件、技術(shù)單、更改單等設(shè)計(jì)技術(shù)資料按對(duì)應(yīng)關(guān)系掛入EBOM，實(shí)現(xiàn)原始調(diào)入材料的結(jié)構(gòu)化，便于大修工藝開發(fā)使用。搭建EBOM的工作，并不是設(shè)計(jì)工作，而是在還原設(shè)計(jì)單位對(duì)裝備結(jié)構(gòu)的定義。

第二階段是建立維修物料樹（Service Bill of Materiel，簡(jiǎn)稱SBOM），并在其基礎(chǔ)上開展工藝開發(fā)，是飛機(jī)大修技術(shù)準(zhǔn)備階段，也是核心階段。SBOM根據(jù)飛機(jī)全壽命周期所有維修需求在EBOM的基礎(chǔ)上提取搭建，是工藝素材掛靠、維修工作定義的基礎(chǔ)。對(duì)于維修企業(yè)而言，SBOM是將所有核心技術(shù)數(shù)據(jù)組織起來(lái)的一個(gè)中性的總框架。產(chǎn)品的某項(xiàng)維修工作是為了保障產(chǎn)品的某些特性，針對(duì)維修工作制定具體方案任務(wù)，編制相應(yīng)工序確保產(chǎn)品功能、性能滿足使用。產(chǎn)品特性的集合就是該產(chǎn)品的修理技術(shù)條件，而產(chǎn)品功能、性能恢復(fù)的所需開展的工序集合則為工藝規(guī)程。

第三階段是針對(duì)機(jī)型建立維修服務(wù)樹，維修服務(wù)樹就是飛機(jī)特定維修周期所需的所有維修工作的集合。根據(jù)維修服務(wù)確定維修范圍和維修方案，維修范圍就是特定維修周期內(nèi)需要開展維修工作的所有維修單元及維修物料的集合，在其上可以定義該物料及其附帶項(xiàng)的分解責(zé)任單位、主要修理責(zé)任單位和安裝責(zé)任單位（工藝分工和工藝路線）;維修方案就是完成維修工作所需的工藝任務(wù)及其相應(yīng)工序的集合。

第四階段是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)對(duì)維修方案進(jìn)行實(shí)例化排產(chǎn)。

2 大修數(shù)字化工藝開發(fā)設(shè)計(jì)

2.1 傳統(tǒng)工藝開發(fā)模型

圖2所示為飛機(jī)大修傳統(tǒng)工藝開發(fā)模型。工藝開發(fā)的主要載體為紙質(zhì)文件，過(guò)程中各階段結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，過(guò)程中的一致性依賴技術(shù)人員人為保證，數(shù)據(jù)復(fù)用程度低，技術(shù)要求追溯困難，容易產(chǎn)生人為差錯(cuò)。如發(fā)生技術(shù)要求變化，需對(duì)所影響文件進(jìn)行多次重復(fù)更改，容易造成各技術(shù)、工藝文件內(nèi)容相互之間不協(xié)調(diào)。

2.2 數(shù)字化工藝開發(fā)模型

工廠飛機(jī)大修數(shù)字化工藝開發(fā)模型如圖3所示，主要包括資料調(diào)入、明確技術(shù)要求、保證和完善技術(shù)要求、具體實(shí)施四個(gè)階段。該模型的核心是通過(guò)IETM編輯將飛機(jī)產(chǎn)品性能、參數(shù)和其它技術(shù)要求轉(zhuǎn)化為特性，形成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)對(duì)象，以引用連接的形式實(shí)現(xiàn)技術(shù)條件到工序的橫向聯(lián)系，可以有效保證廠內(nèi)技術(shù)、工藝文件數(shù)據(jù)源統(tǒng)一，提高數(shù)據(jù)復(fù)用程度，大大減少技術(shù)人員對(duì)技術(shù)、工藝文件的重復(fù)編輯情況，提高效率同時(shí)降低錯(cuò)誤率。此外，數(shù)字化工藝特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化、模塊化，根據(jù)使用需求可以將數(shù)據(jù)對(duì)象的顆粒度進(jìn)行細(xì)化，一旦技術(shù)要求、工藝方法發(fā)生變化，只需對(duì)單個(gè)特性或單個(gè)工序進(jìn)行更改，避免了技術(shù)、工藝文件的整本換版，實(shí)現(xiàn)了工藝開發(fā)的化零為整。

3 大修數(shù)字化工藝系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 數(shù)字化工藝系統(tǒng)搭建

工廠飛機(jī)大修數(shù)字化工藝系統(tǒng)是基于產(chǎn)品全壽命周期管理（PLM）系統(tǒng)，結(jié)合引進(jìn)裝備交互式電子技術(shù)手冊(cè)（IETM）系統(tǒng)建立起來(lái)的。PLM平臺(tái)用于建立基于BOM的修理工藝路線（結(jié)構(gòu)）規(guī)劃和設(shè)計(jì)系統(tǒng)，為生產(chǎn)提供結(jié)構(gòu)化工藝路線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一，減少工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。在相應(yīng)特性、工序節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建接口，通過(guò)IETM交互式編輯器完成模塊化、結(jié)構(gòu)化、三維可視化的工藝設(shè)計(jì)與開發(fā)，實(shí)現(xiàn)型號(hào)工藝的設(shè)計(jì)、發(fā)布及工藝各環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)性，支持快速關(guān)聯(lián)查詢產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)字化工藝系統(tǒng)功能

（1）建立大修飛機(jī)單架次維修物料樹，按架次、產(chǎn)品和特定周期派生維修服務(wù)、維修范圍和工藝任務(wù)，便于記錄產(chǎn)品使用情況、故障信息和修理情況，為實(shí)現(xiàn)飛機(jī)大修單機(jī)狀態(tài)管理奠定了基礎(chǔ)。此外，還可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際調(diào)整工序顆粒度，組合優(yōu)化工藝任務(wù)，盡量避免工藝任務(wù)之間的強(qiáng)交聯(lián)，優(yōu)化生產(chǎn)周期，提高設(shè)備利用率，以達(dá)到產(chǎn)能的最大化。

（2）引入特性、工序、工步等結(jié)構(gòu)化對(duì)象概念，重構(gòu)修理技術(shù)工藝文件生成模式（如圖4所示），實(shí)現(xiàn)修理技術(shù)條件、工藝規(guī)程的模塊化、結(jié)構(gòu)化編制，提高工藝設(shè)計(jì)開發(fā)效率。同時(shí)，通過(guò)IETM編輯實(shí)現(xiàn)技術(shù)、工藝文件內(nèi)部數(shù)據(jù)模塊的網(wǎng)絡(luò)化關(guān)聯(lián)引用，使得彼此憑借橫向關(guān)系形成了若干條依據(jù)鏈，大大提高了數(shù)據(jù)同源程度，實(shí)現(xiàn)修理技術(shù)要求的全程可追溯和落實(shí)檢查。

（3）通過(guò)在特性編輯過(guò)程中創(chuàng)建條件值、特性值數(shù)據(jù)類型，自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)化回填，能夠在工序中直接引用。在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)回填值與特性默認(rèn)值的自動(dòng)比對(duì)，有效避免了以往紙質(zhì)工卡操作人員誤填、漏填的情況。同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)拾取回填數(shù)據(jù)，為后續(xù)開展故障信息統(tǒng)計(jì)、分析，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)維修奠定了基礎(chǔ)。

（4）支持二維熱點(diǎn)、三維動(dòng)畫等更加豐富多元的工藝素材和壽命件、配套項(xiàng)等物料引用及設(shè)備、工具、人員資質(zhì)等資源引用功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)工卡無(wú)紙化、交互式和設(shè)備集成化應(yīng)用，更好地滿足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工藝、工卡的使用需求，更充分地發(fā)揮工卡在作業(yè)指導(dǎo)、資源拉動(dòng)、信息反饋、過(guò)程記錄等方面的作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

飛機(jī)大修數(shù)字化工藝系統(tǒng)的應(yīng)用大大提升了工廠維修保障能力：①建立了大修飛機(jī)單架次維修物料樹，為實(shí)現(xiàn)飛機(jī)大修單機(jī)狀態(tài)管理奠定了基礎(chǔ);②重構(gòu)了結(jié)構(gòu)化修理技術(shù)工藝文件生成模式，實(shí)現(xiàn)修理技術(shù)要求的全程可追溯和落實(shí)檢查;③采用了工序作業(yè)結(jié)構(gòu)化回填，為后續(xù)開展故障信息統(tǒng)計(jì)、分析，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)維修奠定了基礎(chǔ);④引入了更豐富多元的工藝素材和更完善的物料、資源引用功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)工卡無(wú)紙化、交互式和設(shè)備集成化應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)人民解放軍空軍裝備技術(shù)部. 空軍航空工程辭典[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1998：217.

[2] 戴紅霞.技術(shù)文件的標(biāo)準(zhǔn)化管理[J].飛機(jī)設(shè)計(jì)，2010，30（1）：77-80.

[3] 劉洋，徐寅，王津，等.航天數(shù)字化裝配工藝研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016，233（4）：63，78.

[4] 柏占偉，胡韶華，范奇恒，等.航天產(chǎn)品數(shù)字化工藝快速編制方法及其應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2016，33（16）：232-238.

[5] 胡權(quán)威，胡光龍，李瀟，等.基于全三維的數(shù)字化工藝信息集成與智能工藝設(shè)計(jì)[J].航天制造技術(shù)，2017，2：52-57.

[6] 陳劍.基于PLM系統(tǒng)的數(shù)字化三維制造工藝平臺(tái)建設(shè)及應(yīng)用[J].鐵道機(jī)車車輛，2016，36（5）：48-61.

[7] 陳振，賈曉亮，任壽偉.飛機(jī)大修工藝流程研究現(xiàn)狀與展望[J].航空精密制造技術(shù)，2017，53（1）：38-42.

作者簡(jiǎn)介

杜永華，男，寧夏中衛(wèi)人;畢業(yè)院校：西北工業(yè)大學(xué)，專業(yè)：固體力學(xué)，學(xué)歷：碩士研究生，助理工程師，現(xiàn)就職單位：國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠，研究方向：飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理、軍用飛機(jī)大修相關(guān)研究。