并行產(chǎn)品數(shù)字化定義與數(shù)據(jù)管理技術(shù)應(yīng)用

閆鐵

摘要：飛機數(shù)字化設(shè)計制造改變了飛機制造模式，使設(shè)計制造由串行方式改為并行方式。設(shè)計與制造并行工作的核心是產(chǎn)品數(shù)字化定義，支撐產(chǎn)品數(shù)字化定義的關(guān)鍵技術(shù)之一是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。因此，并行產(chǎn)品數(shù)字化定義與數(shù)據(jù)管理受到設(shè)計與制造部門的普遍關(guān)注，成為數(shù)字化技術(shù)的研究熱點。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化產(chǎn)品，成熟度管理，數(shù)據(jù)管理

引言

隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計制造一體化技術(shù)的應(yīng)用，工程技術(shù)人員基于網(wǎng)絡(luò)化的協(xié)同工作環(huán)境，在同一數(shù)據(jù)源下，根據(jù)設(shè)計結(jié)果成熟度的變化，不斷追蹤產(chǎn)品的設(shè)計狀態(tài)，協(xié)同開展產(chǎn)品、工藝、工裝的設(shè)計工作，以盡早發(fā)現(xiàn)并協(xié)調(diào)解決設(shè)計、工藝、工裝之間的不協(xié)調(diào)問題，最大限度地保證并行產(chǎn)品數(shù)字化定義工作的質(zhì)量和效率。 因此在現(xiàn)代飛機研制過程中開展并行產(chǎn)品數(shù)字化定義研究，使設(shè)計制造各有關(guān)專業(yè)可以組成協(xié)同工作團隊，并行地進行產(chǎn)品數(shù)字化定義工作就顯得尤為重要。

1 并行產(chǎn)品數(shù)字化定義的內(nèi)容

并行產(chǎn)品數(shù)字化定義是一個廣義的設(shè)計概念，是基于單一數(shù)據(jù)源的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理環(huán)境實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、試驗，各專業(yè)之間、設(shè)計與制造之間的并行協(xié)同工作，也就是在設(shè)計階段實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計及工裝設(shè)計等的并行開展。

1.1 數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計體系

產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計是根據(jù)設(shè)計依據(jù)和用戶需求，在統(tǒng)一的協(xié)同設(shè)計環(huán)境中按照一定的規(guī)范和協(xié)議進行產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計，設(shè)計的基本工作是建立產(chǎn)品的數(shù)字化模型，完成數(shù)字樣機的設(shè)計。

1.1.1 并行定義組織與管理

并行定義可以在設(shè)計的過程中，通過不同人員的廣泛參與，用仿真手段不斷優(yōu)化設(shè)計，達到縮短研制周期的目標。如果僅僅將大量來自不同部門的人員簡單地組織在一起，仍然按部門管理的方式開展工作，是無法實現(xiàn)這個目標的。必須打破按職能劃分的組織結(jié)構(gòu)，而采用兼有職能型和項目型特征的矩陣式項目管理組織結(jié)構(gòu)，組成項目團隊。團隊成員必須有能力處理本專業(yè)的問題，完成本專業(yè)的設(shè)計任務(wù)，職能部門要支持派出的團隊成員工作。同時，項目團隊的成員是動態(tài)變化的。為保障項目團隊能高效運轉(zhuǎn)，要從項目進度管理和人員績效考核兩方面進行團隊管理。

1.1.2 并行產(chǎn)品數(shù)字化定義的成熟度管理

為提高并行設(shè)計的效率，有效縮短飛機研制周期，確保并行定義過程中信息的有效性和可控性，在并行設(shè)計定義過程中要引入產(chǎn)品定義成熟度概念，依據(jù)數(shù)字樣機的成熟度等級，在以數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)為核心的協(xié)同工作平臺上并行開展不同專業(yè)的設(shè)計工作。成熟度管理是實現(xiàn)并行工作的基礎(chǔ)和前提。在產(chǎn)品的研發(fā)過程中，針對不同階段和不同對象有不同的成熟度管理要求。飛機研發(fā)過程一般包括方案論證、初步設(shè)計、初步詳細設(shè)計、詳細設(shè)計、試制試驗、試飛試用6個成熟度階段，其中前4個階段為設(shè)計階段，也就是產(chǎn)品的數(shù)字化定義階段。對零件模型、裝配件模型和成品模型進行成熟度管理，給出不同成熟度的評價標準，工藝部門可以依據(jù)成熟度標識開展相應(yīng)的工作。

1.2 數(shù)字化工藝、工裝設(shè)計體系

在并行產(chǎn)品數(shù)字化定義階段下，對應(yīng)自頂向下的產(chǎn)品設(shè)計，工藝設(shè)計分為總體規(guī)劃、方案設(shè)計、詳細設(shè)計3個階段。相應(yīng)于設(shè)計的方案論證，總體規(guī)劃階段由工藝部門進行工藝總方案的制定。隨著設(shè)計工作的深入，工藝部門的方案設(shè)計階段對應(yīng)設(shè)計部門的產(chǎn)品初步和初步詳細設(shè)計階段，此階段工藝部門制定裝配協(xié)調(diào)方案、制定技術(shù)改造方案、落實技術(shù)攻關(guān)、設(shè)計工藝基準和裝配順序及工裝方案。在詳細設(shè)計階段，工藝部門根據(jù)裝配需求設(shè)計零件工藝模型，進行詳細裝配流程設(shè)計和裝配仿真分析與優(yōu)化，編制零部件工藝規(guī)程。

2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理

產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）技術(shù)是20世紀90年代初期發(fā)展起來的數(shù)據(jù)管理技術(shù)，以軟件技術(shù)為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品為核心，實現(xiàn)對產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)、過程、資源一體化集成管理技術(shù)。其進行信息管理的兩條主線是靜態(tài)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和動態(tài)的產(chǎn)品設(shè)計流程，所有的信息組織和資源管理都是圍繞產(chǎn)品設(shè)計展開的。應(yīng)用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)能夠使企業(yè)在產(chǎn)品研制過程中縮短研制周期，提高設(shè)計和制造的效率和質(zhì)量，更好地保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的正確性、一致性和安全性。

2.1 PDM功能分析

PDM技術(shù)的研究與應(yīng)用在國外已經(jīng)非常普遍，應(yīng)運而生有很多種產(chǎn)品。總的來說，大多具有以下一些功能：

⑴產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理核心支持能力 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理能夠為業(yè)務(wù)協(xié)同、流程控制、數(shù)據(jù)管理以及角色權(quán)限控制等方面提供強大的技術(shù)支持。通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)構(gòu)建的設(shè)計制造協(xié)同工作平臺可為企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品并行協(xié)同研制提供可靠的技術(shù)支撐。

⑵協(xié)同工作平臺 為滿足產(chǎn)品研制過程中設(shè)計與制造業(yè)務(wù)并行協(xié)同管理的需求，全面管理產(chǎn)品設(shè)計與制造數(shù)據(jù)，保證產(chǎn)品研制相關(guān)業(yè)務(wù)的協(xié)調(diào)，支撐并行產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計制造而建立的整合計算機軟硬件資源的應(yīng)用環(huán)境。

⑶業(yè)務(wù)協(xié)同管理 是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)的重要能力，可支持提供產(chǎn)品研制過程全壽命周期的業(yè)務(wù)協(xié)同工作。為保證產(chǎn)品并行協(xié)同研制提供了可靠的保證，確保產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計和工裝設(shè)計的協(xié)調(diào)、并行和同步。

⑷工作流程控制 產(chǎn)品研制過程中，設(shè)計與制造之間存在大量業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，包括完善設(shè)計的工藝性，提高產(chǎn)品的可制造性等，這些都需要相應(yīng)的業(yè)務(wù)流程支持。工作流管理是PDM系統(tǒng)的重要功能，它為所管理的各類對象提供電子審簽流程以及發(fā)放流程。

⑸產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)管理 在PDM系統(tǒng)中，BOM是描述有著各種關(guān)系、屬性的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，包括裝配關(guān)系、文檔、模型及有效性等，通常以樹狀結(jié)構(gòu)來描述產(chǎn)品中組件、部件和零件之間的包含和歸屬關(guān)系以及層次關(guān)系。BOM數(shù)據(jù)一般由EBOM/MBOM/SBOM等產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息。

⑹其他數(shù)據(jù)管理 是指產(chǎn)品研制過程中的各類數(shù)據(jù)。在PDM系統(tǒng)中，除產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)外，還包括文檔/文件、數(shù)據(jù)集以及仿真基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等類型數(shù)據(jù)。

根據(jù)需要，PDM系統(tǒng)可將所需的數(shù)據(jù)進行實時動態(tài)打包，構(gòu)建數(shù)據(jù)打包發(fā)放平臺，通過與其他系統(tǒng)的有效集成，實現(xiàn)產(chǎn)品制造現(xiàn)場的無紙化。

3 并行產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計及數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用

某先進民用支線客機采用ENOVIA產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)管理軟件與CATIA設(shè)計軟件緊密集成及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為設(shè)計人員提供一個嵌入式、虛擬、協(xié)同的工作桌面，實現(xiàn)全球異地、多公司并行設(shè)計與制造，使產(chǎn)品從2009年初始設(shè)計到2013年9月新機試制成功并首飛，一次成功。對復(fù)雜的系統(tǒng)工程采用異地、多專業(yè)并行產(chǎn)品數(shù)字化定義及數(shù)據(jù)管理提供了借鑒。

4 結(jié)論

并行產(chǎn)品數(shù)字化定義改變了飛機研制模式、提高飛機快速研制能力的系統(tǒng)方法，提高產(chǎn)品加工制造和裝配質(zhì)量。

隨著計算機應(yīng)用的訊速發(fā)展，采用計算機輔助設(shè)計技術(shù)和先進的信息管理技術(shù)是企業(yè)進行技術(shù)更新改造、提高產(chǎn)品競爭力的必由之路。據(jù)國外資料統(tǒng)計，并行工程與數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用能使產(chǎn)品設(shè)計過程縮短25%，減少工程設(shè)計修改4%，加快產(chǎn)品投放市場進度50-80%，總成本削減25%以上。

國內(nèi)航空企業(yè)對相關(guān)技術(shù)的研究相對較晚，但跟進速度較快，現(xiàn)已在新研制的軍、民機領(lǐng)域全面的應(yīng)用并行產(chǎn)品數(shù)字化定義與數(shù)據(jù)管理技術(shù)。

參考文獻：

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