技術(shù)狀態(tài)演化與發(fā)展淺析

摘要：概括介紹飛機制造業(yè)技術(shù)狀態(tài)控制概念和作用，以及技術(shù)狀態(tài)控制的演變過程。主要論述了飛機狀態(tài)控制的模塊化構(gòu)型規(guī)則，詳細闡明了技術(shù)狀態(tài)構(gòu)型管理、批次控制、有效性與更改管理。

關(guān)鍵詞：技術(shù)狀態(tài);CI;EBOM

一、技術(shù)狀態(tài)控制概念及作用

飛機的狀態(tài)控制是一種面向產(chǎn)品全生命周期的，以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為組織形式的，繼承和協(xié)調(diào)與產(chǎn)品構(gòu)建過程相關(guān)的一切活動和產(chǎn)品數(shù)據(jù)，保證產(chǎn)品各生命周期階段零件、文檔和更改數(shù)據(jù)的一致性和可控性，提供產(chǎn)品狀態(tài)的可視化定義和控制的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)[1]。

飛機的狀態(tài)控制目的主要就是通過狀態(tài)控制來確定產(chǎn)品不同階段、不同批次范圍內(nèi)的全部有效數(shù)據(jù)，主要包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息、幾何信息、材料信息、有效性信息、工藝信息和技術(shù)說明等。

二、狀態(tài)控制的演變

起初，產(chǎn)品設(shè)計以二維圖為設(shè)計載體，將產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)信息表述在二維圖紙及文件中。各系統(tǒng)單元以金字塔形式從上到下進行設(shè)計，并以圖紙明細表的配套關(guān)系表述EBOM。飛機狀態(tài)控制主要是以圖紙更改單、換版圖紙等批次有效性進行控制。設(shè)計與制造之間主要以模擬量來傳遞信息。這一階段主要問題是設(shè)計勞動強度大，模擬量數(shù)據(jù)傳遞導(dǎo)致設(shè)計與制造間誤差大，產(chǎn)品配置無法按市場需求和客戶具體要求及時做出調(diào)整。

為了達到客戶具體要求與設(shè)計更改能力之間的平衡需要，出現(xiàn)了選裝圖紙及補加工圖紙，以補加工圖更改的信息及原圖的設(shè)計信息的集合為更改后設(shè)計指標(biāo)信息。打破了金字塔式的設(shè)計形式，并以產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)文件作為產(chǎn)品構(gòu)型配置的解決方法。

通過技術(shù)狀態(tài)文件，可以實現(xiàn)對某架飛機的各項技術(shù)指標(biāo)的全方位控制，使EBOM一目了然。產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)文件代替圖紙明細表是EBOM發(fā)展歷程中的一個標(biāo)志性創(chuàng)新。這種技術(shù)狀態(tài)控制方式一直沿用至今，它較好的解決了產(chǎn)品配置這一難題。

技術(shù)狀態(tài)文件是產(chǎn)品金字塔式構(gòu)建與產(chǎn)品配置交叉組合的管理方式。初步打破了產(chǎn)品按圖紙明細的組套關(guān)系控制產(chǎn)品配置的方法。隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及各種應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，特別Windchill系統(tǒng)的廣泛使用，EBOM從文本文檔管理轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫管理，實現(xiàn)從面向單項信息技術(shù)的BOM技術(shù)向面向部門級信息技術(shù)的BOM技術(shù)的跨越。

三、狀態(tài)控制的模塊化構(gòu)型規(guī)則

對于飛機狀態(tài)控制的模塊化構(gòu)型設(shè)計，必須從頂層到底層進行標(biāo)準化規(guī)范。要實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)管理，首先要為各種數(shù)據(jù)建立一個邏輯關(guān)系正確的結(jié)構(gòu)框架，以實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化管理，我們可以建立一種金字塔式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[2]。

1、頂層的定義

其中頂層（不變層）包含產(chǎn)品根類、產(chǎn)品類、產(chǎn)品和組件（系統(tǒng)）。產(chǎn)品根類是指一個企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的源頭，比如飛機類、汽車類。產(chǎn)品類是指在一個產(chǎn)品根類中，在進一步細分，按照這種產(chǎn)品自身的特性，分成不同的類型。產(chǎn)品是指一個產(chǎn)品類中的一個具體的系列化產(chǎn)品型號，如中航工業(yè)哈飛生產(chǎn)的Y12F就屬于一個產(chǎn)品[2]。組件是指按系統(tǒng)功能定義的節(jié)點，比如燃油系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、機身結(jié)構(gòu)等。頂層的這些定義滿足了EBOM的系統(tǒng)配套特性。

2、CI的構(gòu)型管理

構(gòu)型層（配置層）包含構(gòu)型項（CI）層。在構(gòu)型層中通過技術(shù)狀態(tài)項目（Configuration Item： CI）進行配置管理。CI是產(chǎn)品構(gòu)型配置單元，是有效性定義的對象，可進行各類有效性的配置，并將這些有效性配置傳遞給CI單元內(nèi)部的零組件。CI包含不可變技術(shù)狀態(tài)項目（Invariable Configuration Item： ICI）和可變技術(shù)狀態(tài)項目（Variable Configuration Item： VCI）。EBOM按照技術(shù)狀態(tài)管理和產(chǎn)品模塊化設(shè)計要求可將結(jié)構(gòu)分為兩個層次：

第一層：用于配置的CI結(jié)構(gòu);

第二層：開展設(shè)計的零組件結(jié)構(gòu)。

第一層與第二層之間通過VCI鏈接零組件、安裝和裝配連接。

EBOM引入CI概念與管理方式，必然在結(jié)構(gòu)構(gòu)型上體現(xiàn)EBOM的靈活配置特性及系統(tǒng)配套特性，并以面向客戶、面向制造、系列化的規(guī)劃原則來進行CI結(jié)構(gòu)的頂層規(guī)劃，規(guī)劃需遵循以下準則：

CI頂層結(jié)構(gòu)應(yīng)體現(xiàn)系列化、通用化設(shè)計要求，通過構(gòu)建通用構(gòu)型、選裝構(gòu)型和客戶化構(gòu)型等等構(gòu)型結(jié)構(gòu)樹來實現(xiàn)，這是EBOM模塊化設(shè)計方法，符合本身具有的靈活配置特性;

CI中層結(jié)構(gòu)應(yīng)體現(xiàn)系統(tǒng)功能組成特征和設(shè)計分離面，通過模塊化設(shè)計和具體CI確定來實現(xiàn)，這是EBOM的系統(tǒng)組套特性;

CI底層結(jié)構(gòu)應(yīng)體現(xiàn)工藝裝配性區(qū)域和工藝分離面，通過型號各設(shè)計站位和工藝區(qū)域來實現(xiàn)，這是EBOM具有面向裝配、面向制造的新屬性。

3、底層（設(shè)計層）中的零件引用和零件實例

實例是組成產(chǎn)品的一個基本對象。一個零件在數(shù)據(jù)庫中只存在一個零件引用。在PDM系統(tǒng)中通過零件引用和零件實例可以比較好地解決一致性維護問題。

四、技術(shù)狀態(tài)有效性控制的演變

初始階段，飛機制造業(yè)由圖紙版次、明細表配套、更改單有效性進行版本管理和有效性控制。后來，引入技術(shù)狀態(tài)文件進行版本管理及有效性控制。通過技術(shù)狀態(tài)文件對圖紙版次及圖紙更改單的批次定義來完成飛機產(chǎn)品批次管理及有效性控制。技術(shù)狀態(tài)文件是以批次來定義的文件，在同一批次約束下，圖紙版次的有效性及圖紙更改單的有效性得以控制。大多數(shù)情況下，同一圖紙對多架飛機有效，同一圖紙不同版次對應(yīng)不同批次，因定型并進入批生產(chǎn)階段的圖紙與圖紙版次的有效性通過技術(shù)狀態(tài)的選配來控制，圖紙與圖紙版次其本身可以不帶批次有效性，而圖紙更改單因有在制品處理問題所以一般按某一批次進行更改控制，但常常因為各種不確定性因素導(dǎo)致圖紙更改單的批次又由技術(shù)狀態(tài)文件的批次有效性進行二次控制。這種比較混亂的有效性控制方法大大增加了技術(shù)狀態(tài)管理的難度。

EBOM模塊化構(gòu)型的出現(xiàn)，為解決這種混亂的有效性控制提供了可能，因此需要在EBOM模塊化構(gòu)型基礎(chǔ)上對版本管理進行研究。

五、技術(shù)狀態(tài)結(jié)構(gòu)模塊化基礎(chǔ)上版本管理的演變

版本分級追蹤模型是建立在飛機制造業(yè)EBOM模塊化的基礎(chǔ)之上，是一種簡化的構(gòu)型控制策略，它能有效地解決版本的追蹤問題。一般按版本追蹤過程分為2類[3]。一類是產(chǎn)品優(yōu)先的版本追蹤模型。首先要通過版本配置規(guī)則確定每個零部件版本，之后再組成特定的產(chǎn)品版本，是一個由下至上的過程。一類是基于版本優(yōu)先的版本追蹤模型，首先要選擇特定的產(chǎn)品版本，然后選擇組成該特定產(chǎn)品版本的零部件版本，是一個由上至下的過程。

由于客戶需求的多樣性，因而產(chǎn)生了飛機產(chǎn)品構(gòu)型多樣化的特點，加之其零部件數(shù)量及品種非常多，不大可能針對每個版本的飛機產(chǎn)品都創(chuàng)建一顆完整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，也就是無法采用版本優(yōu)先的追蹤模型，而如果采用產(chǎn)品優(yōu)先的追蹤模型，則無異于建立一種分層變量式[4]的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，即將有效性分布于飛機產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的各層，不利于有效性的管理和飛機構(gòu)型的控制，因此在飛機構(gòu)型分級控制的思想下，提出了版本分級追蹤模型來進行版本的追蹤和控制，它將前面的兩種版本追蹤模型合二為一，因此是一種復(fù)合式的版本控制模型[5]。

第一級相當(dāng)于構(gòu)型層（配置層）采用產(chǎn)品優(yōu)先的版本追蹤模型，通過該產(chǎn)品型號的配置規(guī)則過濾出被選擇的模塊版本。產(chǎn)品空間即前述所說的頂層（不變層），產(chǎn)品優(yōu)先的追蹤模型面向的是產(chǎn)品根類及產(chǎn)品類，產(chǎn)品類由產(chǎn)品空間中一系列產(chǎn)品版本并集組成。每個產(chǎn)品版本都表示一個模塊主對象，它與模塊版本空間中的節(jié)點一一對應(yīng)。模塊版本空間中的每個節(jié)點都代表一個模塊的所有版本對象的集合，都對應(yīng)該模塊的版本演變過程。

第二級相當(dāng)于底層（設(shè)計層）采用版本優(yōu)先的版本追蹤模型，即確定模塊版本空間中某一模塊版本（相當(dāng)于VCI）來確定相應(yīng)的零部件實例版本所構(gòu)成的模塊結(jié)構(gòu)。每個模塊版本與模塊結(jié)構(gòu)空間中的模塊結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)。模塊結(jié)構(gòu)空間中的結(jié)點表示與該模塊版本相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)樹，結(jié)構(gòu)樹中的每個結(jié)點都對應(yīng)著組成該模塊版本的一個確定零部件引用版本。

綜上所述，以VCI為分界點，不用考慮VCI版本的追溯問題，型機下的所有VCI都是通過產(chǎn)品構(gòu)型的有效性（配置規(guī)則）來控制，而VCI下的模塊結(jié)構(gòu)中的零部件引用需要考慮版本的追溯問題。即當(dāng)模塊結(jié)構(gòu)中所選的零部件引用發(fā)生更改時，此零件版本及父件一直到VCI下逐層均將更改。

六、技術(shù)狀態(tài)控制版本管理的進一步簡化

飛機產(chǎn)品在研制及轉(zhuǎn)到定型后小批生產(chǎn)制造過程中存在許多不確定的因素，不可能避免由于實際情況需要而發(fā)生的各類更改請求。雖然通過版本分級追蹤模型大大簡化了控制策略，但由于零件升版導(dǎo)致向上追溯至VCI級層層圖號均要升版，工作量仍是較大的。因此需要對版次管理做進一步改進。

零件升版向上追溯至VCI級層層圖號均升版的客觀原因有以下幾個方面：

零件升版引起零件與其他零組件間安裝面（連接面）發(fā)生變化，導(dǎo)致原有組件圖無法表示，需組件圖升版改變安裝面的視圖;

零件升版引起與其他零組件產(chǎn)生干涉而引起其他零件更改，導(dǎo)致原有組件圖組合方式發(fā)生變化;

零件升版導(dǎo)致需返修或更改前的已制品無法補加工達到更改后要求而報廢，導(dǎo)致原組件圖無法滿足零件升版后的要求而必須更改升版。

反之，當(dāng)零件升版時，上級組件不需要升版，即可以原樣使用的情況有以下幾個方面：

零件升版屬于完善圖樣、勘誤，不涉及在制品、已制品，更改前后的差異不影響工藝裝備，對產(chǎn)品無任何影響，零件的上級組件不用升版;零件升版在制品不需返修，但應(yīng)修改模具、工裝滿足設(shè)計要求的，零件的上級組件不用升版。

由此可以得到的結(jié)論是，在制品（含已制品）的I或II的更改而引起零件升版，此零件的上級組件不需升版。

七、技術(shù)狀態(tài)控制的應(yīng)用策略

由上所述，飛機制造業(yè)技術(shù)狀態(tài)控制在CI層控制模塊有效性，在零組件設(shè)計層只是初步闡述了圖紙版本控制問題，因為在飛機的構(gòu)型發(fā)生更改時，不僅涉及到圖紙版本更改，還涉及到圖號的更改，不同批次的更改，圖紙更改單批次控制等問題。因此，對飛機制造業(yè)技術(shù)狀態(tài)控制的應(yīng)用策略作如下規(guī)定：

對于均要更改的批次，在制品（含已制品）為I類、II類的，相應(yīng)零件升版，上級組件可以不升版。對于在制品III、IV、V類的，相應(yīng)零件升版，則上級組件應(yīng)升版。對于已出廠飛機通過技術(shù)單及售后服務(wù)通報方式進行更改實施;

對于從某架起開始更改的批次，零件的更改通過零件圖號的尾號升號進行處理，上級組件圖號的尾號也升號，相應(yīng)CI層編號尾號也升號。在本段批次內(nèi)的進一步更改的原則同第一條;

因模塊有效性由CI層控制，對于圖紙更改單不再注明有效批次，與圖紙相應(yīng)版次有效性一致，圖紙的有效性由CI層控制，且圖紙版次采用最新有效原則;

對于飛機定型后進入較穩(wěn)定階段的更改，可以在發(fā)生更改時不立即實施，而將更改積累在預(yù)定的區(qū)域點，即在預(yù)先指定的架次上實施更改，從而可以穩(wěn)定飛機的生產(chǎn)，減少由于頻繁更改而引發(fā)的生產(chǎn)成本的提高。

八、結(jié)論

綜上所述，將飛機制造業(yè)EBOM以一種金字塔式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立，包括頂層（不變層）、構(gòu)型層（配置層）、底層（設(shè)計層）。通過引入CI概念，采用ICI、VCI將EBOM構(gòu)建成模塊化式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，解決構(gòu)型管理控制問題。版本分級追蹤模型是基于飛機制造業(yè)EBOM模塊化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上構(gòu)建而成的。版本分級追蹤模型進一步簡化并解決了版本管理問題。技術(shù)狀態(tài)控制的應(yīng)用策略，解決了批次控制、有效性與更改管理等存在的問題。

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[5] 于勇， 盧鵠， 范玉青， 等. 飛機構(gòu)型控制技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 航空制造技術(shù)， 2009， 345（23）： 78-82

作者簡介：蘇雪松，1973-1-9哈爾濱，佳木斯大學(xué)，學(xué)士學(xué)歷，哈爾濱飛機工業(yè)集團有限責(zé)任公司，高級工程師