民用飛機產品結構分解方案的研究

摘 要：產品分解結構（PBS）是數據和信息組織的核心，是飛機產品數據管理系統建立的依據，也是飛機所有構型信息輸出的基礎和源頭。產品分解結構是以產品為對象，結合工作分解結構，按一定的分類法，根據相應的原則、特征或結構隸屬關系，從上往下、逐級展開進行分解直到最底層，每一層都與相關的構型文件（例如：工程圖紙、零組件細目表、物料清單、規(guī)范、軟件需求及設計文件、工藝/生產文件等）相關聯，從而形成的一個產品結構體系。產品分解結構覆蓋了產品設計、制造、配置、維護直到報廢的整個完整的產品生命周期。文章從分析民機產品結構分解方案出發(fā)，研究了國際主流飛機制造商經驗，提出了兩種產品結構管理方式，從理論結合實踐提出了民用飛機產品結構分解方式的優(yōu)缺點以及應考慮的因素和條件。

關鍵詞：產品分解結構；模塊；構型項

引言

產品分解結構是一個組織和存儲產品數據和相關技術信息的集合，將一個產品按層次結構劃分為一系列的元素，是指在數據庫中展現產品信息的產品層次分解。產品分解結構提高了數據的一致性，并且更加有利于數據的交換，為核心業(yè)務提供準確的數據。

對于民用飛機項目來說，由于規(guī)模龐大、系統復雜、設計要求高等因素，零組件數據集包含有二維圖紙、三維模型、臨時更改單、技術文件等大量文檔且更改較頻繁，產品數據管理異常復雜和困難，采用合理的產品結構分解方式，是構型標識的基礎，飛機產品的二維圖樣、三維圖樣、EBOM、PL、屬性信息等因素的結構組成和管理方法，是構型管理方法的重要輸入和管理對象。

目前民用飛機產品結構分解方式主要有兩種：（1）以某單一因素（如裝配層級或功能分解）為主要依據的分解方式（如麥道），通過樹狀結構體現產品的各類部件；（2）以模塊為基本單元，結合產品通用化、系列化、模塊化的多視圖管理方式（如歐直、A350、B737等）。

1 縮略語說明

為了便于表述，文章中使用了如下縮略語：

PBS Product Breakdown Structure 產品分解結構

CI Configuration Item 構型項

EBOM Engineering Bill of Material 工程物料清單

PL Part List 零組件細目表

PDM Product Data Management 產品數據管理

2 以單一因素為主要依據的分解方式

產品結構中的零件都會關聯相關技術文件，例如圖紙。產品結構為不同業(yè)務組織（銷售/設計/制造/支援/維修...） 提供其相關的有效的產品信息。根據飛機的產品特點，按照飛機的結構和系統分解制定PBS文件，科學、完整表述C919 飛機各級產品構成的主要特征。產品分解結構構建的思路是運用系統工程的思想，將高度復雜集成的產品逐步分解為功能單一、結構獨立的便于實現的簡單產品。在產品不斷分解的過程中，還要考慮系統設計、產品實現、客戶服務、技術管理等的編制合理性。產品結構在很多方面是很有用的，如，表現關聯、決定提供構型管理的級別和評估建議的更改對產品的影響。

波音、空客、龐巴迪等各主要飛機制造商在二十世紀八十年代以前都是使用這種傳統的基于圖樣結構樹的產品結構管理方案，這種樹狀結構分解方式是以某單一因素進行層層分解。比較典型的是以生產、裝配和安裝順序為依據的分解，也稱之為面向工序的結構，從最底層的零件、標準件一直裝配到完整的飛機，如圖1所示。

這種分解方式，可在設計之初規(guī)劃好頂級裝配圖（沒有下一級裝配的，其下一級就是飛機），并以頂級裝配圖為單元進行架次有效性分配和更改控制。頂級裝配件下及其下屬的每一層都有具體的設計數據（二維圖紙、三維數模，工程指令和EBOM表等），從飛機結構關系上能清晰表達裝配順序以及層級關系，便于指導制造單位進行材料準備和生產安排；更改影響上受影響范圍也比較清楚，一旦發(fā)生工程更改，可以通過產品結構樹狀關系層層追溯。

由于在飛機研制階段工程更改頻繁，且民機客戶選項的多樣性，在研制過程中也不斷體現出這種產品分解結構的問題，主要體現為：產品結構樹層次過深，更改影響范圍大。大部分頂級裝配圖的層次都在6級或6級以上，在不同的層級上都有構型項，每一個裝配件會說明其下安裝的零件或組件，而其下的每個零件或組件也要說明安裝在那個裝配件上，這種層層嵌套的循環(huán)引用，造成產品分解結構上各個節(jié)點之間的關系十分緊密，也就是構型項數目多，層次深，考慮更改的追溯問題以及為了說明裝配關系，一旦一個零件的更改極端情況下會導致整個頂層裝配件的更改。

飛機進入批生產后，這種產品分解下，數據分解的顆粒度較大，飛機型號中與客戶無關的不變部分，和與客戶有關的可變部分，糅合在一起，投產數據控制困難，重用性不高。并且引入過多的構型項也影響了產品的可視性，妨礙管理工作，又增加成本。

為了減少更改工作量，保證研制階段的進度，在更改管理上并沒有嚴格執(zhí)行構型不同，更改構型號的要求，而是采用換版+某些其他方式（系列工程指令、先行更改、故障拒收等等）說明，這樣造成了構型狀態(tài)不清晰，必須依靠人工統計，滯后、耗時且數據準確性難以保證。

3 以模塊為基本單元的分解方式

波音、空客、龐巴迪等各主要飛機制造商在二十世紀八十年代開始使用基于模塊的產品結構管理方案，通過多構型配置、小批量生產的模式，結合產品通用化、系列化、模塊化的多視圖管理方式，延伸出各種子型號的飛機，從而豐富產品的類型并滿足不同用戶及更改的要求。降低產品復雜性、減少研發(fā)成本和提高管理效率，也將極大的方便產品的配置和維護工作。

以空客某飛機型號為例，使用了三層產品結構分解方式，產品結構的頂層主要用來管理同型號飛機中共性、基本不變的部分。根據管理的需要，可將頂層進一步分解。比如，可將頂層先按空間再按專業(yè)劃分層次：機型、系列、主部段、部段等，如圖2所示。

構型層是產品結構用于構型管理的核心層次，通過對構型層進行合理配置，便能實現多項管理目標，如模塊化管理、多構型管理、單架次管理等。構型項是一個管理容器，它是對某一具體功能的抽象，并不代表真實的零件或組件；與此對應，設計模塊才是真實的零組件。一個設計模塊代表一種實現方式，有多個設計模塊就表示有多種實現方式。每個設計模塊與構型項之間通過關聯對象進行關聯，兩者之間的關聯關系（架次有效性）記錄在關聯對象上。

底層產品結構是對構型層設計模塊的細化與分解，由各種具體設計數據組成。該層次的產品結構直接面向各專業(yè)的設計員。

為了滿足不同的用戶和業(yè)務需求，同一個產品需要多個不同信息組織方式，可以采用“視圖”的方式。不同視圖表達了不同業(yè)務組（如設計，制造，客服，銷售）的需求。空客飛機項目根據業(yè)務需求建立不同的視圖，如設計視圖、制造視圖、試驗視圖、合同視圖等等，如圖3所示，設計視圖如圖4所示。通過各種視圖把項目管理、構型管理和工程過程管理統一起來，并描述了它們之間的聯系，也就構成了企業(yè)產品信息集成的框架。

很多高層管理者認為采用這類產品結構分解方式，飛機產品的結構層次化不夠，對于制造組織生產，尤其分包給不同機體供應商時，按部段劃分的概念，各部段作為交付產品，其產品信息的結構化不清晰。

4 歐直產品結構分解方式

以歐直某型號飛機為例，其型號眾多、系列產品發(fā)展較成熟，產品之間重用性較高，性能配置上需綜合考慮客戶需求進行選裝選配。

在滿足型號發(fā)展規(guī)劃的需求同時，又兼顧產品通用化、系列化、模塊化設計以及構型項配置管理等要求。歐直從產品分類管理、主產品配置管理等主要因素進行了產品分解，能夠體現系列及多構型配置特點（如圖5所示）。

其將飛機劃分為頂層和下層兩個部分，其中頂層是CI層，是由構型管理人員進行規(guī)劃和控制的節(jié)點，包括可變配置項和不可變配置項兩種。下層是設計管控層，由零件、組件及裝配等數據組成。其CI與零組件之間的聯接是通過有效性進行定義的，其有效性包括選項有效性、批架次有效性、時間有效性，這三種方式可按需進行組合定義，通過有效性來配置各狀態(tài)及生產架次的產品結構。

按照產品的系列化特點，將其分解為基本不變部分、客戶選項部分以及特殊更改部分，是一種典型的以模塊組織零部件、并以模塊為基礎配置分級的典型產品結構組織方式，其優(yōu)勢在于可以迅速的建立客戶選配與產品結構之間的對應關系；可以通過模塊間的重組快速的配置出一架飛機，以滿足客戶多樣性的要求；可以有效的實行不同機型間模塊的重用，降低成本，縮短研制周期；同時，其在更改控制方面，也減少了更改范圍的無限擴散。

5 分析和結論

隨著管理方法的進步、研制模式的改進，在具體的飛機型號的實踐和應用也對不同的產品結構模型進行了探索和嘗試。對于新研制的型號，可以根據型號的特定情況，參考借鑒和加以剪裁地制定適合型號發(fā)展的產品結構分解方式。而根據產品結構分解方式制定構型更改控制方法，是飛機產品數據管理的核心部分。

文章所述兩種方案的有效實施還有賴于全三維設計規(guī)范的跟進、PDM管理系統的實現，也是未來數字化產品數據管理的一種發(fā)展方向和趨勢，希望可以為我國民用飛機或其他大型復雜產品的研發(fā)提供一定的技術參考作用。

參考文獻

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