基于Teamcenter的航空發(fā)動機單臺份配置管理研究

■ 羅海東 陳芝來 / 中國航發(fā)動研所

（羅海東，中國航發(fā)動研所，高級工程師，主要從事AEOS標準體系建設和構型管理工作）

基于模塊化設計思想進行航空發(fā)動機產(chǎn)品結構規(guī)劃和構型項劃分，結合Teamcenter的有效性配置功能進行航空發(fā)動機單臺份配置管理，有利于提高設計構型的管控效率和準確性。

航空發(fā)動機研制過程中，需要完成多臺份核心機、技術驗證機到原型機的設計和試制。采用傳統(tǒng)的產(chǎn)品結構分解和目錄管理模式，或者簡單地以產(chǎn)品物料清單（EBOM）代替目錄，很難實現(xiàn)構型的清晰定義和工程更改的有效管控。借鑒飛機實施構型管理的經(jīng)驗，結合航空發(fā)動機的結構特點，基于模塊化設計思想完成構型項劃分和產(chǎn)品結構定義后，應用業(yè)內(nèi)常用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）系統(tǒng)Teamcenter的有效性配置功能，可以實現(xiàn)對每臺航空發(fā)動機產(chǎn)品設計構型的清晰定義和高效管控。

基于模塊化的航空發(fā)動機產(chǎn)品結構規(guī)劃

構型管理的核心就是維護產(chǎn)品數(shù)據(jù)在全生命周期內(nèi)不斷演變的動態(tài)結構[1]。在PDM系統(tǒng)中，構型管理圍繞產(chǎn)品結構開展，當一個產(chǎn)品最初被設計出來時,該產(chǎn)品往往只有一個產(chǎn)品結構，即所謂的原型。隨著設計的改進或者客戶的需求會衍生出許多新的型別，產(chǎn)品結構擴展形成一棵產(chǎn)品結構類樹，即超級EBOM[1-2]，它包含了產(chǎn)品各型別的所有零部件組成，通過配置不同的規(guī)則將產(chǎn)品全生命周期各種構型和版本的設計數(shù)據(jù)進行關聯(lián)及管控。因此，產(chǎn)品結構規(guī)劃是進行構型管理的基礎，將直接影響產(chǎn)品構型控制的形式和過程；而構型項作為構型管理的基本單元與有效性定義對象，是進行產(chǎn)品結構規(guī)劃和實現(xiàn)單臺份配置的關鍵。

圖1 航空發(fā)動機EBOM層級結構

產(chǎn)品結構架構

為了便于構型管理和構型控制,目前飛機行業(yè)通用的產(chǎn)品結構規(guī)劃方式是基于模塊化設計思想,從設計和制造角度將產(chǎn)品劃分成合適的單元進行管理和設計生產(chǎn)[3-4]。該方法的核心是：將復雜的飛機/系統(tǒng)分解為一些在功能和接口上相對獨立的單元，作為構型管理的基本對象——構型項（CI），然后基于構型項對不同構型進行有效性定義，從而實現(xiàn)產(chǎn)品結構的扁平化和簡化更改控制。借鑒這種思想，結合航空發(fā)動機的特點，其PDM系統(tǒng)中產(chǎn)品結構架構（即EBOM層級結構）如圖1所示。

這種架構的主要特點是：頂層和配置層構成發(fā)動機的構型樹，主要是從功能角度進行分解和構建，在PDM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)對象（在Teamcenter中稱為Item）為虛節(jié)點，下面沒有設計數(shù)據(jù)；底層為發(fā)動機的設計層，在PDM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)對象為物理節(jié)點，對應每個CI的物理實現(xiàn)方案，掛不同設計方案（DS）的模型、圖樣等設計數(shù)據(jù)。

構型項分類

根據(jù)在圖1構型樹中的位置和作用，構型項相應地分為頂層構型項、底層構型項和連接構型項3類。頂層構型項處于EBOM層級結構的頂層，在Teamcenter中的Item類型為ETOP，它是反映產(chǎn)品結構并根據(jù)產(chǎn)品研制和結構特點分解下來的頂層模塊，其集成若干穩(wěn)定的頂層構型項和/或底層構型項，僅提供該模塊所分解的構型項，且不受所分解的構型項的變化影響；底層構型項處于EBOM層級結構的配置層，Item類型為ECI，它是發(fā)動機構型樹中由頂層構型項分解下來的最底層，是構型管理的基本單元，一個底層構型項可能對應多種設計方案，設計方案在Teamcenter 中的Item類型為EDS；連接構型項也處于配置層，Item類型為ECI，用于表達頂層構型項和/或底層構型項之間裝配關系，并掛接同層級CI之間裝配用到的連接件模型或圖樣，不是構型管理意義上的構型項。

航空發(fā)動機構型劃分

構型項劃分需考慮模塊化設計、系列化發(fā)展、更改控制、綜合項目管理、綜合保障以及用戶需求等因素。構型項應具有較穩(wěn)定的接口特性，下屬零組件的更改一般不會導致其互換性受影響。對于更改比較頻繁，或者需要進行單獨更改控制的零組件，一般單獨劃分為構型項。

航空發(fā)動機研制中，一般將以下項目作為構型項：外場可更換單元；用戶在發(fā)動機研制合同、產(chǎn)品需求文檔中有明確要求的項目；單獨采購和交付的成附件；在產(chǎn)品結構分解中不可拆分的組件；研制風險比較大，或者對發(fā)動機的壽命、安全等有重要影響的零組件；雖然可拆分，但由一些小零件構成的、具有獨立功能的組件；對發(fā)動機壽命、可靠性等有重要影響的小零件，如轉子間的連接、鎖緊螺栓螺母；各個構型項之間分散的裝配連接件，如標準件或非標連接件等小零件，打包作為一個連接構型項進行管理。

完成航空發(fā)動機構型項劃分及其模型/圖樣設計后，可按照圖1的產(chǎn)品結構架構，在Teamcenter系統(tǒng)中建立航空發(fā)動機整機EBOM。

Teamcenter有效性配置功能

Teamcenter是西門子公司的一款PDM產(chǎn)品，常用于國內(nèi)航空發(fā)動機行業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。Teamcentr的有效性配置功能主要是通過在產(chǎn)品結構管理器中，對產(chǎn)品的EBOM應用版本規(guī)則和有效性規(guī)則進行實現(xiàn)。

版本規(guī)則

Teamcenter的每一種版本規(guī)則由多條版本規(guī)則條目組成，在進行版本規(guī)則設計時優(yōu)先按順序有效的方式來配置不同條目之間的優(yōu)先權。在Teamcenter的版本規(guī)則中，常用的條目及其功能用途主要包括：工作條目，用于選擇零組件的工作版本和指定所有權用戶或組，即那些沒有任何發(fā)放狀態(tài)的零組件版本；狀態(tài)條目，用于選擇已發(fā)放的具有特定狀態(tài)的零組件版本；最新條目，用于按照版本ID的字母數(shù)字順序、數(shù)字順序或創(chuàng)建日期順序來選擇最新的零組件版本；日期條目，用于指定要針對其進行結構配置的日期；單元編號條目，用于在通過單元編號有效性配置帶狀態(tài)的零組件版本時指定要匹配的單元編號，單元編號可以有選擇地由頂層零組件來限定；頂層零組件條目，用于限定在版本規(guī)則中指定的單元號或有效日期；分組條目，用于按相同的優(yōu)先權對狀態(tài)條目和工作條目進行分組；精確條目，用于查看精確產(chǎn)品結構，在產(chǎn)品結構管理器中可以對產(chǎn)品結構中的選定裝配進行精確與非精確之間的切換；替代條目，用于在指定的快照文件夾中選擇各零組件版本來構建EBOM。

Teamcenter管理員一般會根據(jù)產(chǎn)品研制特點預先在系統(tǒng)中創(chuàng)建版本配置規(guī)則，產(chǎn)品結構設計人員通過使用這些版本規(guī)則來選用各零組件的適當版本以構建出特定的產(chǎn)品結構。

有效性規(guī)則

Teamcenter的有效性，指的是存儲在Item版本（ItemRevision）/事例（BOMLine/Occurence）上的一個對象，它保存了有效日期或者單元編號范圍、有效性數(shù)據(jù)創(chuàng)建者以及創(chuàng)建時間等，按照日期或單元編號來控制該版本或者事例的有效性范圍。對零組件Item版本/事例配置單元/日期范圍后，當EBOM頂層零組件的有效單元編號或有效日期屬于該范圍內(nèi)時，該版本/事例將被選中顯示在EBOM中，否則將不會被選中從而不顯示在EBOM中。

根據(jù)依附對象的不同，分為版本有效性和事例有效性兩種：版本有效性用于控制零組件具體版本的選擇，而不是零組件本身，由于有效性數(shù)據(jù)是保存在版本上，與版本的發(fā)布狀態(tài)關聯(lián)的，從而可以用于配置構型項（尤其是連接構型項）不同發(fā)布版本對不同發(fā)動機臺份產(chǎn)品的有效性；事例有效性用于控制零組件的選擇，而不是零組件版本，由于有效性數(shù)據(jù)是控制零組件Item在結構管理器中的BOMLine是否顯示，從而可以用于配置不同構型項方案對不同發(fā)動機臺份產(chǎn)品的有效性。

圖2 同時包含多個方案的超級EBOM

圖3 第二臺發(fā)動機配置結果（只含方案1）

圖4 第六臺發(fā)動機配置結果（只含方案2）

航空發(fā)動機單臺份管理

完成航空發(fā)動機產(chǎn)品結構規(guī)劃及構型項劃分后，可以在PDM系統(tǒng)中，針對一個發(fā)動機型號系列建立一個超級EBOM，根據(jù)研制過程中的實際業(yè)務場景，配置不同構型方案對不同發(fā)動機臺份的有效性，然后通過超級EBOM，過濾生成單臺份EBOM及構型清單，作為每一臺份發(fā)動機的裝機和管理依據(jù)。

在Teamcenter中，基于有效性配置功能實施單臺份管理的方法及主要步驟如下：頂層構型項一般不進行配置，即針對整個型號研制的過程中，該結構一般保持不變；產(chǎn)生新構型時，在ETOP下創(chuàng)建新的ECI及EDS，然后應用事例有效性配置新ECI下EDS對不同發(fā)動機臺份（整機ETOP單元編號）的有效性；底層構型項的構型發(fā)生變化時，對ECI下的EDS及其設計數(shù)據(jù)進行換號更改，然后應用事例有效性配置方法，分別配置不同EDS對不同發(fā)動機臺份的有效性；EDS及其設計數(shù)據(jù)發(fā)生換版更改時，如果更改前的EDS被替代不需繼續(xù)使用，則采用最新版有效；如果不同版本的EDS需要分別裝機在不同的發(fā)動機臺份中繼續(xù)使用，可采用版本有效性配置方法，分別配置其對不同發(fā)動機臺份的有效性；零組件繼承其直屬上級EDS的有效性，不進行有效性配置，當發(fā)生換版更改時，采用最新版有效的控制方式；完成配置后，在EBOM中設置整機ETOP的單元編號，過濾生成單臺份發(fā)動機的EBOM，作為單臺份發(fā)動機裝機和管理依據(jù)。

以一型發(fā)動機為例，第一臺至第三臺發(fā)動機裝進氣機匣方案1，第四臺至第八臺發(fā)動機裝進氣機匣方案2，其有效性配置過程及單臺份裝機結果如圖2～圖4所示。圖2～圖4是一個簡化示例，不能代表實際的航空發(fā)動機產(chǎn)品分解結構。

結束語

基于系列化發(fā)展和模塊化設計的思想開展航空發(fā)動機產(chǎn)品結構規(guī)劃和構型項劃分，一個型號系列建立一個超級EBOM，應用Teamcenter的有效性配置功能定義構型項不同方案的有效性，最終過濾生成每一臺份發(fā)動機的EBOM及構型清單，能有效提高構型定義的清晰度、降低更改控制難度，有利于提升發(fā)動機研制效率。