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飞机简化构型管理关键技术研究

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  • 发布日期:2013-08-08 08:07
  • 有效期至:长期有效
  • 技术区域:广东湛江市
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详细说明
卢鹄 范玉青
 

 


  以简化构型管理技术来解决飞机产品大规模构型控制中信息系统与实物系统的差别。提出了结合单一产品数据源与精益生产的简化构型管理体系,给出有效性的应用关系模型。结合工程更改,构型定义等工作,建立分级的构型管理控制方法。

在传统的飞机制造业中,序列化飞机的研制是按照技术状态的方法管理,对于不同的客户需求,按照不同型号的管理模式,组织和管理飞机研制过程以及相应的产品数据,是一种基于纸质说明性文件的,需要手工追溯的管理办法,这种方法限制了飞机的多样化发展。随着客户对同一飞机平台产品功能及个性化需求的日益增加,飞机稳定生产与多样性对产品结构控制管理的矛盾逐渐突出出来。构型管理技术的出现解决了面向不同客户的产品配置组合管理问题,但是,由于飞机产品的复杂性和高可靠性的需求,飞机产品的配置与组合不能是无限和任意的,须逐一经过准确的审核,因此普通产品的构型管理配置方法在飞机产品中并不完全适用。必须对飞机产品实施简化构型管理,并辅以配套的生产管理措施,才能解决从客户驱动开始的按架次构型与批量生产之间的矛盾。

                        简化构型管理的基本概念
  1. 构型与构型项
  构型就是在研制过程中,正式规定的并在产品实际使用过程中体现客户需求的功能特性和物理特性的构型项组织的完整表示。简单地说,是反映客户对产品各种需求的产品结构表示。在简化构型管理体系中,构型项是由选型项(Selection)、可选项(Option)、模块(Module)所组成,他们将直接反映客户定制产品的构型。
  构型的生成,是客户与构型管理人员共同完成的。客户参与飞机基本型、可选项等飞机特定性能与功能的选择,构型管理人员则将客户的选择对应到相应的构型项,以组成飞机的特定构型。简化构型管理只反映定制的产品在研制过程中与客户选择相关的产品结构,而对企业内部产品的描述方法和组成结构,则由另外的方法控制。
  2. 产品结构
  产品结构是指构成产品的零件与产品之间的关系,它是对零部件对象的一种分类方法。产品结构是飞机研制的主线,是随着研制阶段的要求与约束的不同而动态变化的,它反映了一系列飞机零部件之间从属关系的信息,而并不针对某一特定架次飞机定制。影响产品结构组成的因素归纳起来主要有构型的变化(客户需求变化)、设计更改、设计与生产对产品结构描述的不同、工艺改变、以及生产过程中对产品的修改等几个方面。在产品数据组织定义中,产品结构由若干组从属关系所组成,这些关系表现在不同应用阶段的产品结构视图中。在特定构型的飞机研制过程中,产品结构根据设计、生产、维护等环节的侧重点不同被定义成多种结构,体现出多样性,这种多样性出现在企业内部,不反映客户需求,仍是相同的构型。
  3. 产品结构与构型的关系
  产品结构所反映的是包括构型在内的全生命周期内产品零部件之间的动态关系信息,构型所反映的是产品功能项之间的关系。由于产品所处的研制阶段不同,对产品结构描述的方法不同,因此同一构型则可能表现出不同的产品结构展开视图,如图1所示。


  图中的结构展开视图是指在特定的条件下,反映产品零部件之间从属关系的图或列表。视图与传统图纸中的明细表或BOM表类似,但有所区别。首先视图反映的是特定条件下飞机产品的静态结构,是唯一的。其次,视图的生成是一次性的,起到对飞机研制的记录作用。视图可以理解为飞机研制过程中,为了指导以及跟踪产品的设计制造结构而定义的一种“快照”。
  构型与产品结构的关系说明,构型管理是建立在产品结构管理的基础上,并通过专门的构型管理机构进行维护的一种产品组织管理模式。构型影响着产品结构,但并不完全反映产品结构的变化。
  4. 传统构型管理方法存在的问题
  在传统的基于图纸的技术状态管理中,通过对更改的记录与跟踪,以及对更改产生影响的评估,实现对产品不同状态的跟踪管理。在技术状态管理中,一个零件的变化将引起两种追溯情况,一种情况是引起逐级手工追溯,保持图纸、产品实物以及管理标识之间的一致性,在面对频繁变化时,这种追溯方法将无法胜任。另一种情况是采用图纸上添加技术单的方式,避免产品出现的追溯问题,这种情况将导致附着在图纸上的技术单过多而引起设计、制造人员手工查阅时出现差错的缺点。
  在PDM系统的产品结构管理中,由于采用自动遍历而不进行追溯,导致从生产依据的装配图纸上,无法区别对待内部结构已经发生的变化的产品。部段生产者将无法区分产品具有的特征及所属于的构型,进而造成生产过程的混淆。
  由于生产研制管理(计算机系统)中的产品对象与实物产品是两种不同环境下的不同表现形式,只能通过零件号、版本及其他定义在零件实物上明确标识有确定的有效性来实现虚拟产品与实物产品之间的对应关系,才能将实物产品纳入到产品数据管理的监控体系当中,因此,在反映管理要求的信息即有效性信息,必须要做到实物系统与信息系统一致。简化构型管理就是这两种兼顾的结果,它通过分级管理的办法,简化了有效性定义与控制,实现了实物系统与信息管理系统的一致。

                简化构型管理
  1. 简化构型管理运行体系
  简化构型管理的过程是通过可选项、有效性等控制手段,从单一产品数据源的所有产品零件中筛选出能够唯一满足客户功能需求的产品零部件的组合,简化构型管理体系中,核心是构型项的建立与维护问题,通过对构型项的精简以及有效性控制管理方法使构型管理过程得以简化。
  简化构型管理中,构型项的定义要充分考虑到客户选择、设计、生产之间的关系,一方面不能提供给客户太多或太少的选择,另一方面还要满足设计生产对构型应变能力的要求。通常将构型项与模块以及模块以上的产品组合相对应,提供给用户选择,对于模块以下的产品零部件组织而言,将不再定义构型项,以此来减少构型的复杂性。简化构型管理运行体系如图2所示。


  图中,构型的定义被分为三个阶段,第一阶段是客户选型阶段,这个阶段明确客户需求,为客户提供飞机基本框架;第二阶段是构型映射阶段,将客户需求映射到模块中,即定义产品模块的有效性,形成具体的产品组成;第三个阶段,确定产品结构,这里将通过已定义的模块有效性以及模块本身的结构有效性筛选出符合客户要求的具体的飞机产品结构。在简化构型管理中,有效性起到重要作用。
  2. 有效性分类与应用
  有效性是被用来定义区别同类产品的不同内部组织结构的一种产品属性定义,通过有效性的组合,达到组合多种产品结构的目的。有效性和有效性应用规则组成了产品构型和产品结构组成办法。根据应用的对象与范围的不同,有如图3所示的有效性应用关系模型。


  ①选型有效性(Smpl Effect)。选型是指为客户提供的系列飞机的基本型号。这种选择项定义了飞机的基本性能、功能及基本结构特征,这种选项有效性定义在飞机选型项上,通过选型项与模块之间的关系映射到具体的产品结构中。
  ②可选项有效性(OptionEffect)。可选项有效性是指提供给客户可选择的功能项,这些功能不影响飞机的整体性能,可以为客户单独开发的功能产品。
  ③批架次有效性(Range)。批架次有效性是定义在模块一级的核心有效性,通过制定批架次、来决定模块产品的应用范围。批架次有效性反映了客户选型,模块以及产品实物之间的对应关系。
  ④结构有效性(Str Choose)。结构有效性是产品零部件之间的从属关系,它在不同的研制阶段具有不同的关系定义,并涵盖了从飞机产品到零部件的所有产品对象。根据设计、制造、维护等过程的需要,结构有效性主要分为从属关系、装配关系、拆卸关系等几种属性,结构有效性的定义与维护是手工操作的,是分别由构型管理、设计、工艺、维护等人员根据对飞机产品的功能要求和生产维护要求分解而成,分别由各职能人员维护。
  ⑤版本有效性(Version)。通过对产品版本的跟踪和控制,以区别和记录产品在发展过程种的演进历史的一种产品属性。由于版本变化的普遍性,易造成与其他有效性在应用上的混淆,因此版本所表达的产品差异被限制。版本有效性的应用规则是最新有效,不可复选。这种版本有效性应用的策略是简化构型管理的主要特征之一。
  ⑥其他有效性。其他有效性包含时间有效性(Time)、工艺虚拟件有效性(VPAttr)等信息,通过对其他有效性的筛选,实现对产品结构变化的辅助控制。
  3. 简化构型管理的一致性控制方法
  简化构型管理的核心是利用模块化技术,分级设置构型控制中的有效性问题,使构型过程得以简化。结合飞机研制的模块化技术,将控制产品构型的有效性提升至模块一级,使构成飞机构型的模块与组成模块的零部件具有相同的有效性,对构型工作而言,由于减少了有效性定义的数量,降低了有效性管理的复杂程度,因而简化了构型管理。这种分级控制一致性的工作方法主要体现在飞机产品的两类更改中。
  产品结构的变化源自于外部客户需求的变化和研制手段的变化,其结果是可能引起飞机产品性能、功能等的变化或者仅仅是表达方式的变化。这两种改变的区别在于变化的目标不同,前者是为了引出新的产品功能,以满足客户的不同需求,而后者是为了完善产品以更好的满足既定功能目标。在简化构型管理中,这两种更改分别称为I类工程更改和II类工程更改。
  I类工程更改发生时,产生新的产品,同时保留原有产品,通过架次有效性加以区别。I类工程更改的最终结果可以是由设计需求分解而来的定义为新的模块,也可以是由底层零部件变更引起的追溯而产生的新模块。I类工程更改发生时,产品对象要赋予新的产品号码,并引起逐级变号追溯,直至模块一级。I类工程更改是采用改变产品结构有效性的方法生成新的模块,并结合定义在模块上的架次有效性共同完成对产品构型的定义。
  II类工程更改发生的情况通常视为是对现有产品的改良,即用新的产品或方法替代旧的产品或方法。II类工程更改主要源于设计、审核、生产等部门。当底层零部件变更而引起II类工程更改时,新零件替代了旧的零件,新的零件将在原有零件的基础上进行升版。同样引用该产品的上层装配件也相应升版,直至追溯到模块。这种II类工程更改没有改变原有的结构,可视为新产品对旧产品的替代。I/II类工程更改流程如图4所示。
  I类、II类工程更改是由模块所在的设计、生产组织所维护的,其有效性反映在模块上。通过对模块的选择,最终将I类、II类工程更改的结果反映在飞机的构型中。
  4. 简化构型管理的适用范围
  简化构型管理的目标是为了解决客户多变的需求与数据管理中大量复杂数据重用的问题。它是为面向系列化飞机生产提出的一种解决手段。与简化构型管理相关的配套工作,如精简作业流的划分到模块的定义以及单一产品数据源的建立与维护,是建立在对客户需求、设计水平以及生产组织能力的综合评估之上的,是面向工程应用的一种管理优化。在飞机研制的系列化阶段,简化构型管理可以有效的解决大规模生产与逐架次定制的生产研制管理问题。

                结束语
  简化构型管理的应用是建立在对系列化飞机精益化生产细分的基础之上的,这种管理方法为飞机的大规模生产与为客户按架次定制提供了解决方案,广泛适用于军、民飞机的系列化生产研制的产品数据管理中。简化构型管理技术的应用,将面向客户的产品变化与产品研制过程中产品自身的变化分别定义,辨清了产品结构与构型之间的区别与联系。利用模块化技术以及面向构型管理的工程更改控制技术,结合有效性的分级控制的方法,形成分级的产品结构管理体系,优化了飞机构型管理技术,提高了飞机研制企业对客户的应变能力。□

 

 

 
 
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