基于PLM系統(tǒng)的航空裝備修理方案

◎文/高懷亮 侯杰 許楠(國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠)

一、PLM系統(tǒng)簡(jiǎn)要介紹

PLM(Product Lifecycle Management)，即產(chǎn)品生命周期管理，是用來(lái)管理所有與產(chǎn)品相關(guān)信息（包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、產(chǎn)品配置管理、流程管理、協(xié)同項(xiàng)目管理、系統(tǒng)集成管理）和所有產(chǎn)品相關(guān)過(guò)程（包括過(guò)程定義和管理），面向全業(yè)務(wù)（涵蓋設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)、工程、工藝、生產(chǎn)、質(zhì)量、市場(chǎng)、服務(wù)等業(yè)務(wù)）協(xié)同合作高度集成的技術(shù)。PLM是當(dāng)今信息技術(shù)研究與應(yīng)用中的重要技術(shù)之一，是航空企業(yè)由粗放式管理走向精細(xì)化管理的必要手段，不僅保證了企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的有效性和安全性，而且縮短了產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期，同時(shí)進(jìn)一步提高了產(chǎn)品質(zhì)量，越來(lái)越受到我國(guó)航空工業(yè)界的高度重視，沈飛、成飛等航空制造企業(yè)及沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所、成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所等科研院所，均已開(kāi)始PLM的廣泛應(yīng)用。

二、現(xiàn)狀與問(wèn)題

1.業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

工藝數(shù)據(jù)及其相互關(guān)系的管理過(guò)程方面，目前企業(yè)所有的裝備修理工藝數(shù)據(jù)都以技術(shù)、工藝文件的方式記錄。這些文件主要包括修理技術(shù)條件、修理工藝規(guī)程、維修工作卡、技術(shù)通知單和工藝通知單等。這些技術(shù)、工藝文件在PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）系統(tǒng)中進(jìn)行管理，相互之間沒(méi)有建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。

物料數(shù)據(jù)與工藝數(shù)據(jù)之間關(guān)系的管理過(guò)程方面，對(duì)于具有專(zhuān)、通用修理技術(shù)條件、工藝規(guī)程的維修項(xiàng)目物料，通過(guò)下發(fā)、貫徹“分解范圍與交件路線”的技術(shù)文件進(jìn)行管理。該文件按照機(jī)型和維修項(xiàng)目，在工藝方案策劃階段編制完成，即每個(gè)機(jī)型的每種維修項(xiàng)目都會(huì)編制下發(fā)“分解范圍與交件路線”，對(duì)某種維修服務(wù)項(xiàng)目所需要分解、修理和裝配的物料做出了規(guī)定。除此之外，該文件還明確了這些物料（及其附帶項(xiàng)）在企業(yè)內(nèi)的流轉(zhuǎn)路線?！胺纸夥秶c交件路線”需要在PDM系統(tǒng)中簽審、發(fā)放才可用于生產(chǎn)，其更改也需要經(jīng)過(guò)同樣的簽審發(fā)放流程。

現(xiàn)場(chǎng)裝配任務(wù)及其所需配套物料之間的關(guān)系，通過(guò)“維修方案與工卡管理”系統(tǒng)進(jìn)行管理。技術(shù)人員在該系統(tǒng)中搭建出一套數(shù)據(jù)層級(jí)結(jié)構(gòu)，這個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)的最底層是修理工作卡以及比工作卡更具體的工序（結(jié)構(gòu)的最末端）。裝配類(lèi)修理工作卡下的工序，列有該工序所需的必?fù)Q件、固定配套件和小零件。技術(shù)員在該系統(tǒng)中創(chuàng)建的物料和工藝的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，需要經(jīng)過(guò)審批，若要更改同樣要經(jīng)過(guò)審批。

2.存在的主要問(wèn)題

問(wèn)題主要集中在對(duì)工藝數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)及其之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)在創(chuàng)建、查詢、使用、更改的過(guò)程中，技術(shù)人員需要耗費(fèi)過(guò)多的時(shí)間和精力，效率低下且出錯(cuò)概率偏大。

一是工藝數(shù)據(jù)缺乏關(guān)聯(lián)關(guān)系，導(dǎo)致數(shù)據(jù)查詢和使用的工作量增加，降低了數(shù)據(jù)復(fù)用率。工藝數(shù)據(jù)之間原本存在著天然的聯(lián)系，但由于工藝數(shù)據(jù)尚未對(duì)象化，而完全由技術(shù)、工藝文件來(lái)承載，所以工藝方案和工藝任務(wù)之間、工藝任務(wù)相互之間也就無(wú)法建立數(shù)字化的聯(lián)系。例如，一個(gè)工藝方案規(guī)定的所有需要處理的物料數(shù)據(jù)，僅僅用文件記錄，與工藝本身沒(méi)有關(guān)聯(lián)關(guān)系。關(guān)聯(lián)關(guān)系數(shù)據(jù)的缺乏，造成數(shù)據(jù)的查詢和使用困難，也降低了數(shù)據(jù)的復(fù)用率，從而變相地增加了重復(fù)勞動(dòng)。

二是物料數(shù)據(jù)管理分散且存在冗余，導(dǎo)致數(shù)據(jù)創(chuàng)建和更改工作量增加，容易出錯(cuò)。物料數(shù)據(jù)在物料申請(qǐng)系統(tǒng)中完成創(chuàng)建之后，物料屬性存儲(chǔ)于ERP（企業(yè)資源管理計(jì)劃）系統(tǒng)中，但技術(shù)人員編制“分解范圍與交件路線”文件時(shí)，以及在“維修方案與工卡管理”系統(tǒng)中維護(hù)工序配套物料信息時(shí)，卻不能直接使用ERP系統(tǒng)和PDM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，都需要再次手工輸入物料數(shù)據(jù)信息。同一個(gè)物料的數(shù)據(jù)需要在多個(gè)系統(tǒng)中分別輸入、更改，自然就增加了數(shù)據(jù)創(chuàng)建和更改的工作量，而且十分容易產(chǎn)生差錯(cuò)。

三、維修方案設(shè)計(jì)

分析上述問(wèn)題，根源在于缺乏統(tǒng)一的信息化平臺(tái)對(duì)物料數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)及其關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行對(duì)象化管理。如果能基于PLM系統(tǒng)功能，將物料抽象成一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，那么與此物料相關(guān)的所有技術(shù)數(shù)據(jù)就都可以“封裝”在這個(gè)對(duì)象中，成為這個(gè)對(duì)象的有機(jī)組成部分，相關(guān)的數(shù)據(jù)就不會(huì)分散，就可以實(shí)現(xiàn)“唯一數(shù)據(jù)源”的要求，將此物料對(duì)象作為模板推送給ERP等其他系統(tǒng)，數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)沖突的現(xiàn)象就得以避免。當(dāng)實(shí)際業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的所有事物都抽象成數(shù)據(jù)對(duì)象，那么它們之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系也就很容易實(shí)現(xiàn)。

1.設(shè)計(jì)原則

數(shù)據(jù)對(duì)象化。將所有的物料數(shù)據(jù)、所有的工藝數(shù)據(jù)都抽象為相應(yīng)物料數(shù)據(jù)對(duì)象和工藝數(shù)據(jù)對(duì)象，將與物料和工藝相關(guān)的所有數(shù)據(jù)都封裝到物料對(duì)象和工藝對(duì)象中，將管理的顆粒度確定為“對(duì)象”，而非具體的某個(gè)屬性、參數(shù)或文件。

建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。在所有的物料對(duì)象、工藝對(duì)象之間，根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)含義建立關(guān)聯(lián)關(guān)系結(jié)構(gòu)，并以這個(gè)關(guān)系結(jié)構(gòu)為框架，將所有的物料對(duì)象和工藝對(duì)象組織成一個(gè)有機(jī)的整體，從而將所有的工程技術(shù)數(shù)據(jù)都關(guān)聯(lián)起來(lái)。

以上述兩個(gè)原則建立起來(lái)的對(duì)象化、關(guān)系化的工程技術(shù)數(shù)據(jù)體系，是確保數(shù)據(jù)清晰、簡(jiǎn)潔、正確的前提，也是未來(lái)生產(chǎn)管理系統(tǒng)發(fā)揮其應(yīng)有作用的基石。

2.實(shí)現(xiàn)方案

依據(jù)確定的設(shè)計(jì)原則，航空裝備修理方案主要從以下四個(gè)方面進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。

數(shù)據(jù)對(duì)象化。將修理工藝研發(fā)過(guò)程分為“明確維修要求”“策劃維修方案”“維修方案詳細(xì)設(shè)計(jì)”三個(gè)階段，在系統(tǒng)中設(shè)置“維修服務(wù)”“維修方案”“工藝任務(wù)”“工序”四種類(lèi)型的工藝數(shù)據(jù)對(duì)象，用于描述航空裝備修理工藝研發(fā)過(guò)程各階段涉及的全部工藝技術(shù)要求和工藝過(guò)程。四種工藝數(shù)據(jù)對(duì)象具體類(lèi)型見(jiàn)表1。

表1 四種工藝數(shù)據(jù)對(duì)象類(lèi)型

（1）明確維修要求階段：根據(jù)航空裝備在其全生命周期內(nèi)所處階段的不同，定義對(duì)應(yīng)不同的維修方式，即航空裝備具體提供的“維修服務(wù)”類(lèi)型，如大修、檢修等，以及其維修后所應(yīng)達(dá)到的狀態(tài)要求。在PLM系統(tǒng)內(nèi)將不同的“維修服務(wù)”類(lèi)型予以對(duì)象化，定義相應(yīng)屬性，明確“維修服務(wù)”對(duì)象與其實(shí)現(xiàn)方案即“維修方案”對(duì)象的關(guān)系、與對(duì)應(yīng)物料對(duì)象的關(guān)系，以及與對(duì)應(yīng)文檔對(duì)象的關(guān)系。

（2）策劃維修方案階段：定義“維修方案”“維修范圍”對(duì)象屬性，明確“維修方案”對(duì)象與“維修范圍”對(duì)象之間、“維修方案”對(duì)象與“工藝任務(wù)”對(duì)象之間、“維修方案”對(duì)象與文檔對(duì)象之間的關(guān)系，明確“維修范圍”對(duì)象與“維修單元”對(duì)象以及維修物料對(duì)象的層級(jí)結(jié)構(gòu)關(guān)系。

（3）維修方案詳細(xì)設(shè)計(jì)階段：定義“工藝任務(wù)”“工序”對(duì)象屬性，明確“工藝任務(wù)”對(duì)象與“工序”對(duì)象之間、“工藝任務(wù)”對(duì)象與文檔對(duì)象之間、“工序”對(duì)象與物料對(duì)象之間的關(guān)系。

上述四種工藝數(shù)據(jù)對(duì)象之間的層級(jí)結(jié)構(gòu)及其與修理工藝研發(fā)過(guò)程各階段的關(guān)系可以用圖1來(lái)表述。

圖1 工藝數(shù)據(jù)對(duì)象層級(jí)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)對(duì)象定義。工藝數(shù)據(jù)對(duì)象使用屬性和數(shù)據(jù)集來(lái)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)定義（描述），并使用與之具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的獨(dú)立文檔對(duì)象對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。以“維修服務(wù)”對(duì)象為例，其典型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其他三類(lèi)工藝數(shù)據(jù)對(duì)象具有與之相似的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

圖2 “維修服務(wù)”對(duì)象典型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

建立關(guān)聯(lián)關(guān)系結(jié)構(gòu)。工藝要求、工藝過(guò)程與其所針對(duì)的物料，在系統(tǒng)中采用關(guān)聯(lián)關(guān)系予以管理。在將航空裝備級(jí)結(jié)構(gòu)關(guān)系，以及與物料、工作區(qū)域的關(guān)系。

圖3中，由維修方案對(duì)象、工藝任務(wù)對(duì)象和工序?qū)ο笏鶚?gòu)成的層級(jí)結(jié)構(gòu)，是BOP主體結(jié)構(gòu)。在這套BOP的主體結(jié)構(gòu)之上是維修服務(wù)對(duì)象（）和要被維修的物料對(duì)象（）。BOP主體結(jié)構(gòu)的第一層是維修方案對(duì)象（），中間是若干個(gè)層級(jí)的工藝任務(wù)對(duì)象（），最底層的是工序?qū)ο螅ǎ?。圖3中所要表達(dá)的重點(diǎn)信息內(nèi)容如下：一個(gè)維修服務(wù)至少有一個(gè)目標(biāo)物料（圖3中所示為1個(gè)），如圖3第1處所示；一個(gè)維修方案是面向一個(gè)維修服務(wù)而制定的，如圖3第2處所示；一個(gè)維修方案必定關(guān)聯(lián)著一個(gè)維修范圍,即在“維修服務(wù)”對(duì)象、“維修方案”對(duì)象確定的前提下，其維修對(duì)象、范圍必然是唯一確定的，如圖3第3處所示，維修范圍由若干個(gè)維修單元構(gòu)成，而維修單元又由更低階的維修單元或維修物料對(duì)象構(gòu)成，維修范圍、維修單元以及這些維修物料對(duì)象構(gòu)成了維修方案的Process Bill Of Material(工藝物料清單)，簡(jiǎn)稱(chēng) PBOM；一個(gè)維修理工藝研發(fā)過(guò)程中涉及的全部工藝技術(shù)要求和工藝過(guò)程設(shè)置為四類(lèi)工藝數(shù)據(jù)對(duì)象，以及定義每一類(lèi)工藝數(shù)據(jù)對(duì)象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，使用如圖3所示的層次結(jié)構(gòu)來(lái)描述工藝數(shù)據(jù)對(duì)象的總體架構(gòu)和相互之間的關(guān)系。該層次結(jié)構(gòu)即Bill OfProcess（過(guò)程清單），簡(jiǎn)稱(chēng)BOP，用于構(gòu)成工藝的全過(guò)程，并表達(dá)這些過(guò)程之間構(gòu)成與被構(gòu)成的層修方案是由若干個(gè)（圖3中所示為7個(gè)）工藝任務(wù)按照特定順序所構(gòu)成的，這些工藝任務(wù)及其順序，本身就是維修方案的內(nèi)容之一，如圖3第4處所示；某些工藝任務(wù)可能還有若干個(gè)下階工藝任務(wù)，下階工藝任務(wù)及其順序，也是上階工藝任務(wù)的內(nèi)容之一，如圖3第5處所示；最末端的工藝任務(wù)由若干個(gè)工序按照特定順序所構(gòu)成，這些工序及其順序也是工藝任務(wù)的內(nèi)容之一，如圖3第6處所示；位于BOP主體結(jié)構(gòu)最底層的是工序?qū)ο?，工序?qū)ο笈c物料對(duì)象具有各種關(guān)系，如圖3第7處所示，關(guān)系種類(lèi)必須與物料對(duì)象在PBOM中的處理類(lèi)型相匹配；工藝任務(wù)對(duì)象和工序?qū)ο?，都與工作區(qū)域?qū)ο笙嚓P(guān)聯(lián)，描述該工藝任務(wù)或工序在何處執(zhí)行，如圖3第8處所示；針對(duì)主機(jī)的工藝任務(wù)對(duì)象和工序?qū)ο?，都與某個(gè)機(jī)型的某個(gè)部位對(duì)象相關(guān)聯(lián)，描述該工藝任務(wù)或工序局限于主機(jī)的什么部位，如圖3第9處所示；工藝對(duì)象與對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述的文檔對(duì)象相關(guān)聯(lián)，如圖3第10處所示；工藝對(duì)象與其依據(jù)性文檔相關(guān)聯(lián)，且其依據(jù)性文檔通常就是其上階工藝對(duì)象的詳細(xì)描述文檔，如圖3第11處所示。

圖3BOP結(jié)構(gòu)

主、輔機(jī)分離。主機(jī)的工藝對(duì)象層級(jí)結(jié)構(gòu)與輔機(jī)的工藝對(duì)象層級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立。航空裝備以往主機(jī)、輔機(jī)維修方案使用一套工藝數(shù)據(jù)層級(jí)結(jié)構(gòu)，實(shí)際上輔機(jī)采用何種“維修方案”與主機(jī)并沒(méi)有直接的關(guān)系，主機(jī)實(shí)施某種“維修服務(wù)”時(shí)，其輔機(jī)產(chǎn)品并不一定需要此“維修服務(wù)”類(lèi)型?？茖W(xué)的做法應(yīng)該是按照輔機(jī)產(chǎn)品在其全生命周期內(nèi)所處的壽命階段，選擇、安排其相應(yīng)的“維修服務(wù)”類(lèi)型。故輔機(jī)在PLM系統(tǒng)中采用與上述主機(jī)修理方案設(shè)計(jì)原則相似的設(shè)計(jì)方案。

四、挑戰(zhàn)與展望

本設(shè)計(jì)方案保證了航空裝備修理全流程數(shù)據(jù)源唯一，能夠解決現(xiàn)有業(yè)務(wù)存在的突出問(wèn)題，并為企業(yè)拓展未來(lái)航空裝備修理新業(yè)務(wù)打下良好基礎(chǔ)。但同時(shí)也要求用戶在觀念和作業(yè)方式兩方面做出較大改變，一是要將“研發(fā)勞動(dòng)的成果就是一系列文件”的觀念轉(zhuǎn)變?yōu)椤把邪l(fā)勞動(dòng)的成果是一整套工程數(shù)據(jù)體系”；二是在作業(yè)方式上，要將“在本地編輯之后上傳系統(tǒng)”的工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)椤巴ㄟ^(guò)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同作業(yè)”。

系統(tǒng)建立后，要求從航空裝備修理數(shù)據(jù)的創(chuàng)建開(kāi)始，到數(shù)據(jù)的詳細(xì)定義、數(shù)據(jù)的維護(hù)等所有修理業(yè)務(wù)過(guò)程，都將在統(tǒng)一的PLM系統(tǒng)平臺(tái)中進(jìn)行，工程數(shù)據(jù)從其“誕生”那一刻起直至其全生命周期結(jié)束，自始至終存在于系統(tǒng)之中。同樣，所有定義數(shù)據(jù)的角色和消費(fèi)數(shù)據(jù)的角色，其所有作業(yè)活動(dòng)也都在這個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺(tái)中進(jìn)行。