飛機制造企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理研究

□ 陽 波 □ 陳金平 □ 黨敏升

航空工業(yè)西安飛機工業(yè)(集團)有限責(zé)任公司 西安 710089

1 研究背景

產(chǎn)品數(shù)據(jù)指產(chǎn)品在研發(fā)、制造、銷售、售后服務(wù)全生命周期不同階段產(chǎn)生及應(yīng)用的所有數(shù)據(jù),是制造企業(yè)生產(chǎn)組織和管理的核心資源。構(gòu)型管理是在產(chǎn)品全生命周期內(nèi),以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為組織方式[1],將各階段產(chǎn)品數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來并進行有效管控,確保產(chǎn)品數(shù)據(jù)一致性、有效性、可追溯性、標準化的管理。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理以信息化技術(shù)為基礎(chǔ),以產(chǎn)品為核心,實現(xiàn)對產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)、過程、資源一體化集成管理,可確保數(shù)據(jù)完整、準確、及時、可靠、無冗余、廣泛共享,支持企業(yè)高效、低成本生產(chǎn)運營[2]。

飛機研制技術(shù)含量高、系統(tǒng)復(fù)雜、周期長,對研制管理工作要求極高[3-4]。飛機研制有鮮明的行業(yè)特點:① 多品種，小批量，產(chǎn)品復(fù)雜等;② 產(chǎn)品數(shù)據(jù)多樣,各機型數(shù)據(jù)來源、要求、格式及發(fā)放模式不統(tǒng)一;③ 各機型產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理方式、環(huán)境存在較大差異。采用多場所異地協(xié)同制造的研制模式,對飛機產(chǎn)品數(shù)據(jù)的準確性、實時性提出了更高的要求,對飛機制造企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理也提出很大挑戰(zhàn)。可見,研究飛機產(chǎn)品全生命周期各階段相關(guān)業(yè)務(wù)對數(shù)據(jù)的需求,分析各類數(shù)據(jù)的特點,建立一套產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理機制,將飛機產(chǎn)品的研發(fā)、制造、銷售、售后服務(wù)有機聯(lián)系在一起,使各部門的活動協(xié)調(diào)一致,形成一個科學(xué)、高效的運作整體,可以提高企業(yè)整體效益,為飛機企業(yè)實現(xiàn)利潤最大化提供有效的數(shù)據(jù)支持[5]。

2 存在的問題

目前,我國飛機制造企業(yè)，特別是各主機生產(chǎn)企業(yè)都在不同程度上應(yīng)用信息化系統(tǒng)，來實現(xiàn)制造的集成化和信息化。在應(yīng)用諸如計算機輔助工藝設(shè)計、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、制造資源計劃等系統(tǒng)后,數(shù)字化制造取得了一定的成果,生產(chǎn)水平有了較大提高[6-7]。現(xiàn)有的信息系統(tǒng)雖然在產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、文檔管理等方面滿足了企業(yè)的需求,但是在產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)管理方面還有很多不足,實際應(yīng)用中仍缺乏對產(chǎn)品數(shù)據(jù)在全生命周期中的狀態(tài)變化及邏輯關(guān)系研究。飛機制造企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理主要存在四方面問題。

(1) 對數(shù)據(jù)缺乏全生命周期管理的規(guī)劃。隨著產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、制造資源計劃等信息化技術(shù)在飛機數(shù)字化研制領(lǐng)域應(yīng)用程度的提高,產(chǎn)品生命周期不同階段會產(chǎn)生各種不同的物料清單,各類物料清單獨立存在于企業(yè)的各個信息系統(tǒng)中。當數(shù)據(jù)發(fā)生變更時,物料清單通過串行的方式實現(xiàn),數(shù)據(jù)的一致性及物料清單發(fā)布的效率很難得到保證[8-9]。產(chǎn)品數(shù)據(jù)在研發(fā)、制造、銷售、售后服務(wù)全生命周期傳遞過程中,對信息系統(tǒng)的需求、功能、資源缺乏統(tǒng)一規(guī)劃,導(dǎo)致產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理集成和協(xié)同程度低、效率低。當前，飛機產(chǎn)品多場所分離的協(xié)同研制模式使此類問題更為突出。

(2) 業(yè)務(wù)流程未完全通過信息化系統(tǒng)貫通。雖然對產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、工裝設(shè)計、物料管理、生產(chǎn)計劃管理、生產(chǎn)執(zhí)行管理、供應(yīng)商管理、售后管理等進行了規(guī)劃，并建立了相應(yīng)的信息化系統(tǒng),但是各系統(tǒng)之間缺乏有效的集成,不利于各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞和交換。部分系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳遞依靠手工擺渡,難以保證數(shù)據(jù)的完整性、準確性和及時性,導(dǎo)致部分數(shù)據(jù)存在冗余缺失。

(3) 部分數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化不徹底。飛機產(chǎn)品雖采用協(xié)同平臺進行數(shù)據(jù)管理,但由于設(shè)計物料清單來源于不同的設(shè)計部門，導(dǎo)致數(shù)據(jù)格式屬性不一致,既有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也有非結(jié)構(gòu)化文檔、圖紙等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在協(xié)同平臺同時存在,模式不統(tǒng)一。技術(shù)單、拒收單產(chǎn)生的零組件,以及成品、線纜接插件、標準件等未進行結(jié)構(gòu)化管理,未遵循單一數(shù)據(jù)源原則。頂層工藝設(shè)計未對拒收單新增的零組件進行管理,經(jīng)常出現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場各機型數(shù)據(jù)需要人工核查一致性的問題。

(4) 缺乏相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理行業(yè)標準。數(shù)據(jù)管理缺乏相關(guān)的標準規(guī)范體系,不能有效指導(dǎo)產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)管理。

3 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理方案

3.1 管理原則

以物料清單為主線,基于單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源,對飛機產(chǎn)品全生命周期中不同階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行有效管理。單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源是波音公司在構(gòu)建、實施飛機構(gòu)型控制與制造資源管理計劃時提出的,通過建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)的邏輯聯(lián)系,將物理上分布的產(chǎn)品數(shù)據(jù)形成邏輯上的統(tǒng)一整體,為產(chǎn)品數(shù)據(jù)的訪問與操作提供唯一的數(shù)據(jù)源,體現(xiàn)了建立在分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)上的集中式管理思想。單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源的建立和實施能夠保證企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)多流向與各節(jié)點數(shù)據(jù)同步,以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性、正確性、及時性、安全性。單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源技術(shù)原理如圖1所示。

3.2 飛機產(chǎn)品數(shù)據(jù)流框架

飛機產(chǎn)品研制過程中，會產(chǎn)生六種物料清單,分別為設(shè)計物料清單、工藝物料清單、制造物料清單、生產(chǎn)物料清單、交付物料清單、售后物料清單。其中，制造物料清單根據(jù)設(shè)計物料清單和工藝物料清單構(gòu)建,生產(chǎn)物料清單、交付物料清單、售后物料清單等都依據(jù)制造物料清單構(gòu)建?？梢?需要建立以制造物料清單為核心的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。飛機產(chǎn)品數(shù)據(jù)流框架如圖2所示。

設(shè)計物料清單是工程設(shè)計組織創(chuàng)建的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹,反映產(chǎn)品設(shè)計的意圖和內(nèi)容,存儲工程產(chǎn)品及組件的結(jié)構(gòu)關(guān)系與數(shù)量信息,是產(chǎn)品工程數(shù)據(jù)的組織架構(gòu)。設(shè)計物料清單描述產(chǎn)品的設(shè)計屬性和裝配層次關(guān)系,包括節(jié)點基本屬性、三維模型、二維圖樣、相關(guān)文檔等，在層級劃分上包括機種層、機型層、專業(yè)層、構(gòu)型配置層、零部件層等。設(shè)計物料清單是設(shè)計部門向工藝、生產(chǎn)、采購等部門傳遞產(chǎn)品數(shù)據(jù)的主要形式和手段,是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的源頭。

工藝物料清單是產(chǎn)品工藝規(guī)劃階段的物料清單,在不含標準件設(shè)計物料清單基礎(chǔ)上添加工藝組合件、零組件分工路線，依據(jù)設(shè)計文件對非結(jié)構(gòu)化的設(shè)計數(shù)據(jù)進行整理,如技術(shù)單、拒收單新增件、成品等,是進行工藝任務(wù)分工和工藝文件編制等工藝準備的基礎(chǔ)。工藝物料清單對于組織工藝設(shè)計、安排生產(chǎn)計劃、制定采購計劃都具有重要作用,是生產(chǎn)拉動計劃、物料需求計劃及成本核算的依據(jù)。

制造物料清單包含產(chǎn)品所有的裝配、制造零組件,反映工藝裝配關(guān)系是否符合工程設(shè)計要求。制造物料清單在工藝物料清單的基礎(chǔ)上,經(jīng)過工藝規(guī)劃,增加資源信息,并按生產(chǎn)模式重新構(gòu)建裝配關(guān)系。制造物料清單包含所有的零組件、標準件、成品、材料等組成單元，以及裝配關(guān)系和數(shù)量配套關(guān)系。

生產(chǎn)物料清單通過提取單架機制造物料清單,實時獲取計劃、完工記錄、質(zhì)量記錄等過程追溯信息，包含產(chǎn)品的層次結(jié)構(gòu)類信息、物料信息、資源信息、工時定額、材料定額等。

交付物料清單在單架機制造物料清單基礎(chǔ)上,添加質(zhì)量信息、偏離等，形成完整的產(chǎn)品最終狀態(tài)物料清單,代表產(chǎn)品的最終狀態(tài)。

售后物料清單表示飛機的外場狀態(tài)信息,以設(shè)計物料清單、交付物料清單為基礎(chǔ),由售后服務(wù)部門建立符合飛機產(chǎn)品支援工程特點的飛機產(chǎn)品結(jié)構(gòu),以這一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為核心組織服務(wù)工程過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù),并且與工程更改流程結(jié)合起來,主要數(shù)據(jù)包括備件信息、飛機維修維護所需的資源信息等。售后物料清單的構(gòu)建是保證在役飛機服務(wù)構(gòu)型數(shù)據(jù)一致性及完整性的基礎(chǔ)。

目前,企業(yè)信息化中往往各系統(tǒng)獨立存在，如何在多系統(tǒng)的環(huán)境下實現(xiàn)產(chǎn)品信息共享,解決物料清單在多系統(tǒng)中的集成一致性及時效性等問題，顯得尤為重要?；谪灤┢髽I(yè)信息過程的物料清單信息流,實現(xiàn)企業(yè)的多信息系統(tǒng)集成,可以達到數(shù)據(jù)共享,提高數(shù)據(jù)傳遞時效性和準確性的目的[10]。

4 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理實施

4.1 措施

實施飛機產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的措施主要有三點。

(1) 完善業(yè)務(wù)流程。以物料清單數(shù)據(jù)為主線,對各業(yè)務(wù)領(lǐng)域不同階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行組織管理,對各業(yè)務(wù)領(lǐng)域數(shù)據(jù)產(chǎn)生及使用流程進行優(yōu)化,形成合理、可靠的產(chǎn)品數(shù)據(jù)鏈。

(2) 完善產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理文件制度體系。明確產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理內(nèi)容，規(guī)范產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理流程，確定產(chǎn)品數(shù)據(jù)生成、管理、應(yīng)用、維護、安全等方面的職責(zé)。

(3) 完善信息化平臺。依據(jù)確定的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理方案和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理規(guī)范制度,提出產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺所需要的功能，并進行完善。

4.2 內(nèi)容

(1) 設(shè)計制造一體化模式機型。設(shè)計構(gòu)建面向制造的設(shè)計物料清單。在頂層規(guī)劃時,完全繼承所有設(shè)計物料清單屬性,并在設(shè)計物料清單基礎(chǔ)上增加工藝路線及工藝零組件,將設(shè)計物料清單與工藝物料清單合二為一，形成工程設(shè)計物料清單,作為制造物料清單的唯一數(shù)據(jù)源。以設(shè)計物料清單為輸入,按消耗式構(gòu)建全機制造物料清單數(shù)據(jù),包含頂層裝配單元，以及裝配單元下所有的零組件、標準件、成品、材料等。

(2) 設(shè)計制造分離模式機型。構(gòu)建完整的全機結(jié)構(gòu)化工藝物料清單,基于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)化設(shè)計物料清單,依據(jù)圖紙、技術(shù)單、拒收單添加新增零組件和成品數(shù)據(jù),或者調(diào)整相關(guān)零組件的有效性,形成符合設(shè)計圖紙要求的完整工藝物料清單數(shù)據(jù),作為構(gòu)建全機制造物料清單的數(shù)據(jù)輸入。以工藝物料清單為輸入,自頂向底消耗式統(tǒng)一構(gòu)建全機制造物料清單,包含裝配單元、裝機部件、裝機零組件、零件等,生產(chǎn)單位按構(gòu)建好的制造物料清單編制裝配指令。某飛機產(chǎn)品全機結(jié)構(gòu)化工藝物料清單如圖3所示，其中，P1為裝機部件,P2、P5、P6、P7、P8為裝機零組件,P3、P4為零件。

5 結(jié)束語

飛機的研制技術(shù)含量高、系統(tǒng)復(fù)雜、周期長,只有有效實行全生命周期各階段物料清單的統(tǒng)一管理,才能對整個飛機的研制過程和構(gòu)型進行有效控制。筆者對飛機制造企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理進行了研究，打破了傳統(tǒng)物料清單串行管理方式,實現(xiàn)對整個飛機產(chǎn)品全壽命周期物料清單數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化管理。這樣做可以為飛機制造企業(yè)的研制過程管理和信息化建設(shè)提供有效數(shù)據(jù)支撐。