中航沈飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司 趙書凱 劉艷超 馬 帥

當(dāng)前國際航空市場的形勢瞬息萬變，要想在激烈的市場競爭中占有一席之地，就必須在設(shè)計、生產(chǎn)及制造等各個環(huán)節(jié)提高自己的核心競爭力，而構(gòu)型管理作為貫穿研發(fā)到生產(chǎn)的重要一環(huán)，起著舉足輕重的作用，一套先進(jìn)的構(gòu)型控制體系不僅對發(fā)展優(yōu)質(zhì)、準(zhǔn)時、低成本的飛機(jī)生產(chǎn)，實現(xiàn)飛機(jī)項目的客戶化交付具有重要的現(xiàn)實意義，同時也能極大地提高公司的信譽(yù)和知名度，對公司的前途和未來有著深遠(yuǎn)的影響。

因此，通過借鑒波音、空客等航空企業(yè)先進(jìn)的構(gòu)型管理方式，取長補(bǔ)短，完善自身的民用飛機(jī)構(gòu)型管理體系意義重大。

1 構(gòu)型管理的定義

構(gòu)型控制與更改管理，簡稱構(gòu)型管理，傳統(tǒng)意義上是指用一套持續(xù)的、程序化的、經(jīng)濟(jì)的方法對產(chǎn)品的狀態(tài)進(jìn)行全過程的控制，從而使制造出來的產(chǎn)品符合定義文件所要求的構(gòu)型。其目的如下。

（1）為工業(yè)過程的每一個階段確定產(chǎn)品的完整的技術(shù)描述。

（2）確保產(chǎn)品與技術(shù)描述的一致性。

（3）在工業(yè)文件（包括定義文件、制造文件和檢驗文件）中對產(chǎn)品的技術(shù)描述的改進(jìn)加以控制。

（4）識別和判斷產(chǎn)品的制造狀態(tài)和目標(biāo)交付狀態(tài)之間的偏離。

民用飛機(jī)構(gòu)型管理注重借助數(shù)字化手段實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期管理（PLM），即從客戶對產(chǎn)品的需求（更改要求）到產(chǎn)品的設(shè)計、制造、符合性證明、交付和使用的全過程，乃至產(chǎn)品系列的配置、改型和發(fā)展延續(xù)。架構(gòu)在數(shù)字化平臺上的現(xiàn)代構(gòu)型管理，在實現(xiàn)傳統(tǒng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，又有了新的擴(kuò)展目標(biāo)。

（1）確保數(shù)字化產(chǎn)品數(shù)據(jù)的唯一性、可控性、可見性、有效性和追溯性。

（2）形成構(gòu)型項目資源庫，提高重用性，實現(xiàn)產(chǎn)品組合化、模塊化設(shè)計。

（3）在產(chǎn)品生命周期內(nèi)，對構(gòu)型項目進(jìn)行控制和保持，實現(xiàn)產(chǎn)品系列化發(fā)展。

（4）基于產(chǎn)品數(shù)字化定義及配置，實現(xiàn)多構(gòu)型、多視圖的基線和物料清單（BOM）管理。

從上述目標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)民機(jī)構(gòu)型管理首先應(yīng)合理、有效地定義構(gòu)型，以便在其基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)構(gòu)型控制[1]。

因此，構(gòu)型管理的內(nèi)容主要分為2個方面：構(gòu)型定義和構(gòu)型控制。

1.1 構(gòu)型定義

構(gòu)型定義可通過在安裝層次上選擇組成全機(jī)的各個構(gòu)型的不同選項并構(gòu)成選項方案來完成。為簡化定義和實現(xiàn)重用，對各個構(gòu)型的選項應(yīng)進(jìn)行合理分類，并以模塊化的思想進(jìn)行構(gòu)建，在飛機(jī)型號構(gòu)型庫中反映選項與模塊的關(guān)系。當(dāng)一架飛機(jī)的選項方案確定之后，以構(gòu)型表的方式列出各個選項對應(yīng)的模塊，表達(dá)全機(jī)構(gòu)型定義的結(jié)果[1]。

1.2 確定選項方案

選項是將結(jié)構(gòu)化的產(chǎn)品，按照WBS或產(chǎn)品分解原則定義成具有相對獨(dú)立功能的模塊化、系列化的部件或子系統(tǒng)，以便構(gòu)成滿足不同用戶需求的不同選擇方案。對于選項的定義和分類以及特定飛機(jī)選項方案的構(gòu)成，下面分別對波音和空客公司的做法進(jìn)行介紹。

1.2.1 波音公司構(gòu)型定義

波音在執(zhí)行飛機(jī)構(gòu)型定義與控制/ 制造資源管理DCAC/MRM（Define and Control Airplane Configuration/Manufacturing Resource Management）計劃時，將選型劃分為4類（如圖1）。

（1）基本不變的部分可定為標(biāo)準(zhǔn)類，作為構(gòu)型的基本類——主模型，例如波音 737、747、757、767和 777。

（2）根據(jù)不同用途可選裝不同系統(tǒng)的類型，作為不同方案類——次模型，如波音747-400客機(jī)。

（3）為特定用戶定制設(shè)計或用戶選裝模塊，作為選裝類。

（4）在基本型上進(jìn)行的更改設(shè)計，作為更改類。一架特定飛機(jī)的構(gòu)型可通過上述4種類型選型的分層結(jié)構(gòu)來表示。選型時僅采用“只加操作”，如主模型波音747、次模型波音747-400客機(jī)、三聯(lián)風(fēng)擋等。對這些選型可不作任何修改，僅增加客戶專門需要的少量新設(shè)計。

圖1 波音飛機(jī)構(gòu)型選項表Fig.1 Option table for Boeing aircraft configuration

1.2.2 空客公司構(gòu)型定義

空客在進(jìn)行構(gòu)型定義時，則采用的是“可加、可減”的方式，一架飛機(jī)的構(gòu)型由基本構(gòu)型和特定選型組成，即形成了客戶選型?？蛻粼谶x型、生成飛機(jī)構(gòu)型時，首先根據(jù)客戶需求從飛機(jī)構(gòu)型庫中挑選所提供的飛機(jī)產(chǎn)品選項，生成客戶基本選型；然后客戶根據(jù)自己的特殊需求對選中的基本構(gòu)型提出意見和建議，進(jìn)行增加、修改、刪除等工作。但對于構(gòu)型庫中沒有的選型，即客戶特定的選型或者新設(shè)計的選型，需要新建一個選型存入選型庫中，對與之相應(yīng)的模塊和零部件進(jìn)行重新設(shè)計，并將最終結(jié)果加入構(gòu)型庫中，進(jìn)而使構(gòu)型庫中的內(nèi)容不斷豐富。依照此方法能夠方便、快速地生成一架飛機(jī)的特定構(gòu)型，只需對新選型所對應(yīng)的模塊和零部件進(jìn)行重新設(shè)計，從而大大減少重復(fù)設(shè)計，具體如圖2所示。

圖2 空客飛機(jī)構(gòu)型選項表Fig.2 Option table for Airbus aircraft configuration

1.3 模塊化設(shè)計

目前國際上通用的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解都是圍繞著設(shè)計模塊進(jìn)行的，從設(shè)計和制造的角度將飛機(jī)劃分成合適的單元進(jìn)行管理和設(shè)計生產(chǎn)。單元即為管理的對象，包含了一種裝配關(guān)系的劃分或者一種工藝方法和其他屬性。

該方法的優(yōu)勢在于：能夠?qū)?fù)雜的飛機(jī)/系統(tǒng)分解后，變成多個獨(dú)立又相關(guān)的單元，并作為構(gòu)型管理的對象——功能項，即在扁平化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)下實施管理工作，見圖3。

圖3 典型模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)樹Fig.3 Typical configuration tree for module design

1.4 飛機(jī)構(gòu)型表

國際上一般都按飛機(jī)型號系列分別建立飛機(jī)構(gòu)型庫（Airplane Configuration Library），它是標(biāo)識所有選型與選型、選型與模塊、模塊與零組件之間關(guān)系的數(shù)據(jù)庫，在飛機(jī)構(gòu)型庫中應(yīng)包含該系列型號的所有選項和模塊。特定飛機(jī)構(gòu)型表是構(gòu)成某一特定飛機(jī)的所有模塊的一份報表，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的飛機(jī)圖樣樹。每架飛機(jī)應(yīng)有一份特定構(gòu)型表，并用飛機(jī)標(biāo)識號或架次號標(biāo)識。當(dāng)用戶特定飛機(jī)的選項方案確定之后，應(yīng)從飛機(jī)構(gòu)型庫中選取所有與這些選項相關(guān)的模塊，加入到特定飛機(jī)構(gòu)型表中，與之相關(guān)的零件也加入到相應(yīng)模塊中，形成特定飛機(jī)的構(gòu)型。

每一特定飛機(jī)構(gòu)型表確定了該架飛機(jī)的全部定義元素，如零部件、安裝圖、工藝規(guī)范、計劃、工裝、出版物及合格證書等。

1.5 分析和小結(jié)

在波音公司的構(gòu)型定義中，將大部分基本和穩(wěn)定的零部件及與其相關(guān)的工藝過程、工藝裝備等有機(jī)地統(tǒng)一在一起，無需工程設(shè)計人員做任何工作就可投入生產(chǎn)線；而對于飛機(jī)的次模型，是根據(jù)客戶的選型確定的，也無需做設(shè)計更改，可直接投入生產(chǎn)線。由此，一架飛機(jī)的大部分零部件可直接從主模型和次模型中找到，很好地解決了大部分零部件重復(fù)設(shè)計的問題，另一方面也消除了很多無用、非增值的各種工程環(huán)節(jié)。

而通過模塊化設(shè)計和飛機(jī)構(gòu)型表，可以將更改控制在單元范圍內(nèi)，避免更改范圍的無限擴(kuò)散；可以建立客戶選項與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系；可以將飛機(jī)固定的、基本不變的部分提取出來，降低了提前投產(chǎn)的風(fēng)險。這些都為構(gòu)型管理奠定強(qiáng)有力的基礎(chǔ)。

2 構(gòu)型控制

波音公司和空客公司對構(gòu)型的管理主要是通過有效性控制和圖紙或數(shù)據(jù)集版本管理來完成的，把產(chǎn)品設(shè)計圖紙作為有效性依據(jù)，即圖紙上標(biāo)注所參照的對象數(shù)據(jù)類的構(gòu)型狀態(tài)，來獲得所需要的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，這一過程稱為產(chǎn)品構(gòu)型控制。構(gòu)型控制主要分為版本控制、有效性管理、構(gòu)型更改管理3個方面。

2.1 版本控制

版本是設(shè)計對象在其生命周期內(nèi)的、特定時間的、特定的設(shè)計結(jié)果。版本控制是對產(chǎn)品單元不同版本進(jìn)行標(biāo)識和跟蹤的過程。為快速滿足客戶的需求，民機(jī)產(chǎn)品通常是在設(shè)計了一個基本型以后，進(jìn)行大量改進(jìn)和改型，從而生成系列化的產(chǎn)品。在系列產(chǎn)品的發(fā)展過程中，由于客戶的具體要求不同以及技術(shù)進(jìn)步所帶來的設(shè)計和工藝方面的改進(jìn)都會引起民機(jī)研制過程中構(gòu)型的不斷變化，所有這些變化需要通過版本管理來進(jìn)行嚴(yán)格地跟蹤和控制，從而保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性和一致性，并能記錄和報告更改的進(jìn)展情況，檢查更改落實的全過程。版本控制是全面實行構(gòu)型管理的基礎(chǔ), 通過版本控制可以保證產(chǎn)品最終構(gòu)型的一致性。

規(guī)范版本控制，需要從簡化構(gòu)型管理的角度出發(fā)，規(guī)定有效的版本管理方式、版本的升級原則以及版本變化的追溯方式等。

2.1.1 版本管理方式

傳統(tǒng)的構(gòu)型管理采用面向圖紙的構(gòu)型方法,構(gòu)建的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是一棵具有層次關(guān)系的圖紙樹。由于不能有效表示左右件和無圖件,造成了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表達(dá)不完整、管理混亂等問題。而面向零部件的管理方式有如下優(yōu)勢。

（1）不管是對稱件還是無圖件,均有唯一的零件號標(biāo)識,生成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表達(dá)式完整可用、管理科學(xué)。

（2）圖紙?zhí)栔皇橇悴考囊粋€屬性,除此之外,零部件還有技術(shù)文檔、原材料、工藝規(guī)范等屬性,這些屬性也分別具有版本概念,這些屬性版本的組合構(gòu)成了某一個版本的零部件的完整定義,進(jìn)而簡化了構(gòu)型的管理與控制，如圖4所示。

圖4 構(gòu)型控制方式Fig.4 Type of configuration control

2.1.2 版本升級原則

零件變號和版本變化是體現(xiàn)零件發(fā)生更改的2種方式。變號和升版都將影響產(chǎn)品的構(gòu)型，為達(dá)到簡化構(gòu)型的目的，需要規(guī)范2種方式的使用原則。按照更改的重要程度，通常將更改分為：重要更改，即在經(jīng)重新設(shè)計或更改后，零件的形狀、配合、功能和互換性（3F）等發(fā)生了改變；次要更改，即在經(jīng)重新設(shè)計或更改后，零件的形狀、配合、功能和互換性等未發(fā)生改變。當(dāng)發(fā)生重要更改時，需要給零件重新指定編號；當(dāng)發(fā)生次要更改時，則只需對零件版本進(jìn)行升級。

2.1.3 版本追溯方式

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是產(chǎn)品單元根據(jù)其上下級隸屬關(guān)系而構(gòu)建的。每個設(shè)計對象都可以用單元來表示，可以是部件、組件、零件以及各類技術(shù)、管理類文件，也可以代表整個產(chǎn)品型號。產(chǎn)品單元的更改會引起大范圍內(nèi)零部件的更改，也就是說當(dāng)某單元版本升級或者變號時，與其相關(guān)聯(lián)的上一級單元也要發(fā)生相應(yīng)的改動，即版本應(yīng)具有向上追溯性。

2.2 有效性管理

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是進(jìn)行構(gòu)型管理的基礎(chǔ)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)構(gòu)建的好壞將直接影響到飛機(jī)構(gòu)型控制的形式和過程。當(dāng)一個飛機(jī)型號最初設(shè)計出來時，往往只有一個產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，即所謂的原型飛機(jī)。隨著設(shè)計的改進(jìn)或者客戶的需求會派生出許多新的型別，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也就擴(kuò)展成為一棵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類樹，它包含了所有飛機(jī)型別系列所有組成（零部件、可選件） 在內(nèi)的完整的物料清單，需要通過有效性的配置才能生成某構(gòu)型的確定的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。為簡化有效性控制及管理活動，需規(guī)范有效性的定義方式及管理方式。

2.2.1 有效性定義方式

有效性包括選型、時間、范圍和版本有效性。具體含義為：

（1） 選型：每個模塊都對應(yīng)有一個選型,當(dāng)客戶選擇某些選型時,可以將其視為變量,按照變量取不同的值來確定飛機(jī)具體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的配置。選型之間的關(guān)系是一組邏輯表達(dá)式,通過規(guī)則來實現(xiàn)。

（2） 時間：通過判斷模塊在某時間段的有效性進(jìn)行配置。

（3） 范圍：通過判斷模塊在某架次的有效范圍進(jìn)行配置。

（4） 版本：通過判斷版本的值和狀態(tài)進(jìn)行配置。采用簡化有效性管理思想進(jìn)行飛機(jī)構(gòu)型管理時,模塊不通過版本有效性進(jìn)行配置,所有版本模塊均有效,但模塊中的零部件則通過版本有效性進(jìn)行配置。

2.2.2 有效性管理方式

模塊應(yīng)準(zhǔn)確描述和定義所包含的零組件的裝配邏輯關(guān)系，完整地反映與安裝有關(guān)的產(chǎn)品信息以及與其相關(guān)的生產(chǎn)與服務(wù)信息。為簡化構(gòu)型管理，須將有效性管理從傳統(tǒng)的基于零件的管理提升為基于模塊的管理。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)的最上層是各系統(tǒng)的集成件，而每一系統(tǒng)是功能的集成件，每一功能有多個安裝件組成，安裝件又由裝配件組成，裝配件又由多個零組件構(gòu)成。隨著零組件的復(fù)雜性不同，也有不同層次之分。對具體一架飛機(jī)的有效性滲透，要到從頂層到最低層的各個層次，因此有效性控制十分復(fù)雜。由于模塊是定義在安裝件級的數(shù)據(jù)包，因此在采用基于模塊的有效性管理方式后，僅需對特定構(gòu)型表中的模塊進(jìn)行有效性控制，而對模塊以下的安裝件、裝配件和零組件無需再作有效性標(biāo)識，極大縮減了有效性控制的對象數(shù)量，簡化了有效性控制。

模塊中的零件及其他數(shù)據(jù)的更改只反映自身版本的升級，而是否具有對某一架飛機(jī)的有效性，則取決于該零件所在的模塊是否被選進(jìn)該飛機(jī)的選項。因此，用模塊組織起來的零件及其相關(guān)信息不需標(biāo)注有效性，而應(yīng)在模塊一級標(biāo)出，即當(dāng)模塊進(jìn)入構(gòu)型表后，則應(yīng)在該模塊上確定它的有效性。

2.3 構(gòu)型更改管理

隨著技術(shù)的進(jìn)步和客戶的多樣性需求,通常需要對飛機(jī)進(jìn)行不斷構(gòu)型更改或改型。借鑒空客公司構(gòu)型更改技術(shù)的經(jīng)驗,飛機(jī)改型過程大體分為改型提出、改型調(diào)查、設(shè)計更改和改型實施4個階段[2]。

構(gòu)型更改流程及各階段主要內(nèi)容如下。

（1）供應(yīng)商或客戶根據(jù)生產(chǎn)和使用的需要提出改型。

（2）當(dāng)公司接到制造商或客戶提出的改型后： a.相關(guān)部門對技術(shù)合理性、制造可行性、設(shè)備、試飛、成本等方面進(jìn)行預(yù)研,之后向公司構(gòu)型委員會提交改型評估建議書。b.構(gòu)型委員會根據(jù)預(yù)研的結(jié)果決定接受或拒絕建議。若接受,則向設(shè)計部門和供應(yīng)商發(fā)出改型建議書。若拒絕,則結(jié)束。c.設(shè)計部門編制技術(shù)返回單,并發(fā)放到有關(guān)部門(包括供應(yīng)商) ,以便詳細(xì)研究改型的結(jié)果和實施的條件。制造商則要編寫工業(yè)文件,評估改型對生產(chǎn)計劃等方面的影響,填寫生產(chǎn)返回單,同時計算生產(chǎn)費(fèi)用的影響情況,并填寫成本返回單,然后將生產(chǎn)返回單和成本返回單返回公司。d.公司構(gòu)型委員會在收到相關(guān)返回單后,決定改型建議的接受或拒絕。若接受,公司構(gòu)型委員會對改型編號,公布改型通知單,改型隨即確定。若拒絕,則結(jié)束。

（3）設(shè)計部門對改型進(jìn)行分析,以明確相應(yīng)的技術(shù)方案,并更新定義匯總表。隨后,設(shè)計部門更改相應(yīng)的定義文件,包括圖紙、細(xì)目表、工程更改通知、改型清單等,同時進(jìn)行改型取證所要求的全部工作,并隨時跟蹤改型的進(jìn)展情況。

（4）當(dāng)制造部門或供應(yīng)商在收到工程更改通知單、新圖、關(guān)閉狀態(tài)和改型清單后,將改型反映到制造文件中,并按照改型規(guī)定的生效架次進(jìn)行具體的改型工作。至此,整個構(gòu)型更改流程結(jié)束。

圖5為空客飛機(jī)構(gòu)型更改的總體流程圖。

圖5 空客飛機(jī)構(gòu)型更改流程[2]Fig.5 Modification process for Airbus aircraft configuration

3 總結(jié)

參考上述波音、空客等航空公司的構(gòu)型管理流程，結(jié)合當(dāng)前民機(jī)行業(yè)的發(fā)展趨勢，在應(yīng)用方法和手段上，先進(jìn)的構(gòu)型控制應(yīng)符合如下要求：構(gòu)型管理的層次性、以零件為中心、以模塊為核心定義有效性、面向客戶的構(gòu)型、單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源以及數(shù)據(jù)傳遞信息化系統(tǒng)集成。

隨著企業(yè)信息化技術(shù)飛速發(fā)展,構(gòu)型管理的先進(jìn)性成為衡量一個航空企業(yè)綜合能力的關(guān)鍵性指標(biāo)之一，而一個先進(jìn)的構(gòu)型管理體系，不僅需要解決其技術(shù)性問題,建立標(biāo)準(zhǔn)化文件體系和規(guī)范流程,更要重視構(gòu)型管理系統(tǒng)在大型客機(jī)全生命周期構(gòu)型管理中的實際應(yīng)用，同時，構(gòu)型管理系統(tǒng)也應(yīng)納入公司的整個信息化解決方案中，與企業(yè)的各類應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行集成。

[1]駱晶妍,胡秦贛.民機(jī)構(gòu)型管理標(biāo)準(zhǔn)化初探.航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量 ,2008(5)：12-16,34.

[2]鄒冀華,范玉青,蔣建軍. 歐洲空客飛機(jī)構(gòu)型控制與更改技術(shù).航空制造技術(shù), 2006(8)：62-67.