基于PLM系統的航空裝備修理方案

◎文/高懷亮 侯杰 許楠(國營蕪湖機械廠)

一、PLM系統簡要介紹

PLM(Product Lifecycle Management)，即產品生命周期管理，是用來管理所有與產品相關信息（包括產品數據和產品結構管理、產品配置管理、流程管理、協同項目管理、系統集成管理）和所有產品相關過程（包括過程定義和管理），面向全業務（涵蓋設計和開發、工程、工藝、生產、質量、市場、服務等業務）協同合作高度集成的技術。PLM是當今信息技術研究與應用中的重要技術之一，是航空企業由粗放式管理走向精細化管理的必要手段，不僅保證了企業產品數據的有效性和安全性，而且縮短了產品研制生產周期，同時進一步提高了產品質量，越來越受到我國航空工業界的高度重視，沈飛、成飛等航空制造企業及沈陽飛機設計研究所、成都飛機設計研究所等科研院所，均已開始PLM的廣泛應用。

二、現狀與問題

1.業務現狀

工藝數據及其相互關系的管理過程方面，目前企業所有的裝備修理工藝數據都以技術、工藝文件的方式記錄。這些文件主要包括修理技術條件、修理工藝規程、維修工作卡、技術通知單和工藝通知單等。這些技術、工藝文件在PDM（產品數據管理）系統中進行管理，相互之間沒有建立關聯關系。

物料數據與工藝數據之間關系的管理過程方面，對于具有專、通用修理技術條件、工藝規程的維修項目物料，通過下發、貫徹“分解范圍與交件路線”的技術文件進行管理。該文件按照機型和維修項目，在工藝方案策劃階段編制完成，即每個機型的每種維修項目都會編制下發“分解范圍與交件路線”，對某種維修服務項目所需要分解、修理和裝配的物料做出了規定。除此之外，該文件還明確了這些物料（及其附帶項）在企業內的流轉路線。“分解范圍與交件路線”需要在PDM系統中簽審、發放才可用于生產，其更改也需要經過同樣的簽審發放流程。

現場裝配任務及其所需配套物料之間的關系，通過“維修方案與工卡管理”系統進行管理。技術人員在該系統中搭建出一套數據層級結構，這個層級結構的最底層是修理工作卡以及比工作卡更具體的工序（結構的最末端）。裝配類修理工作卡下的工序，列有該工序所需的必換件、固定配套件和小零件。技術員在該系統中創建的物料和工藝的關聯數據，需要經過審批，若要更改同樣要經過審批。

2.存在的主要問題

問題主要集中在對工藝數據、物料數據及其之間關聯關系的數據在創建、查詢、使用、更改的過程中，技術人員需要耗費過多的時間和精力，效率低下且出錯概率偏大。

一是工藝數據缺乏關聯關系，導致數據查詢和使用的工作量增加，降低了數據復用率。工藝數據之間原本存在著天然的聯系，但由于工藝數據尚未對象化，而完全由技術、工藝文件來承載，所以工藝方案和工藝任務之間、工藝任務相互之間也就無法建立數字化的聯系。例如，一個工藝方案規定的所有需要處理的物料數據，僅僅用文件記錄，與工藝本身沒有關聯關系。關聯關系數據的缺乏，造成數據的查詢和使用困難，也降低了數據的復用率，從而變相地增加了重復勞動。

二是物料數據管理分散且存在冗余，導致數據創建和更改工作量增加，容易出錯。物料數據在物料申請系統中完成創建之后，物料屬性存儲于ERP（企業資源管理計劃）系統中，但技術人員編制“分解范圍與交件路線”文件時，以及在“維修方案與工卡管理”系統中維護工序配套物料信息時，卻不能直接使用ERP系統和PDM系統中的數據，都需要再次手工輸入物料數據信息。同一個物料的數據需要在多個系統中分別輸入、更改，自然就增加了數據創建和更改的工作量，而且十分容易產生差錯。

三、維修方案設計

分析上述問題，根源在于缺乏統一的信息化平臺對物料數據和工藝數據及其關聯關系進行對象化管理。如果能基于PLM系統功能，將物料抽象成一個數據對象，那么與此物料相關的所有技術數據就都可以“封裝”在這個對象中，成為這個對象的有機組成部分，相關的數據就不會分散，就可以實現“唯一數據源”的要求，將此物料對象作為模板推送給ERP等其他系統，數據冗余和數據沖突的現象就得以避免。當實際業務場景中的所有事物都抽象成數據對象，那么它們之間的關聯關系也就很容易實現。

1.設計原則

數據對象化。將所有的物料數據、所有的工藝數據都抽象為相應物料數據對象和工藝數據對象，將與物料和工藝相關的所有數據都封裝到物料對象和工藝對象中，將管理的顆粒度確定為“對象”，而非具體的某個屬性、參數或文件。

建立關聯關系。在所有的物料對象、工藝對象之間，根據實際業務含義建立關聯關系結構，并以這個關系結構為框架，將所有的物料對象和工藝對象組織成一個有機的整體，從而將所有的工程技術數據都關聯起來。

以上述兩個原則建立起來的對象化、關系化的工程技術數據體系，是確保數據清晰、簡潔、正確的前提，也是未來生產管理系統發揮其應有作用的基石。

2.實現方案

依據確定的設計原則，航空裝備修理方案主要從以下四個方面進行總體設計。

數據對象化。將修理工藝研發過程分為“明確維修要求”“策劃維修方案”“維修方案詳細設計”三個階段，在系統中設置“維修服務”“維修方案”“工藝任務”“工序”四種類型的工藝數據對象，用于描述航空裝備修理工藝研發過程各階段涉及的全部工藝技術要求和工藝過程。四種工藝數據對象具體類型見表1。

表1 四種工藝數據對象類型

（1）明確維修要求階段：根據航空裝備在其全生命周期內所處階段的不同，定義對應不同的維修方式，即航空裝備具體提供的“維修服務”類型，如大修、檢修等，以及其維修后所應達到的狀態要求。在PLM系統內將不同的“維修服務”類型予以對象化，定義相應屬性，明確“維修服務”對象與其實現方案即“維修方案”對象的關系、與對應物料對象的關系，以及與對應文檔對象的關系。

（2）策劃維修方案階段：定義“維修方案”“維修范圍”對象屬性，明確“維修方案”對象與“維修范圍”對象之間、“維修方案”對象與“工藝任務”對象之間、“維修方案”對象與文檔對象之間的關系，明確“維修范圍”對象與“維修單元”對象以及維修物料對象的層級結構關系。

（3）維修方案詳細設計階段：定義“工藝任務”“工序”對象屬性，明確“工藝任務”對象與“工序”對象之間、“工藝任務”對象與文檔對象之間、“工序”對象與物料對象之間的關系。

上述四種工藝數據對象之間的層級結構及其與修理工藝研發過程各階段的關系可以用圖1來表述。

圖1 工藝數據對象層級結構

數據對象定義。工藝數據對象使用屬性和數據集來對其進行詳細定義（描述），并使用與之具有關聯關系的獨立文檔對象對其進行說明。以“維修服務”對象為例，其典型數據結構如圖2所示，其他三類工藝數據對象具有與之相似的數據結構。

圖2 “維修服務”對象典型數據結構

建立關聯關系結構。工藝要求、工藝過程與其所針對的物料，在系統中采用關聯關系予以管理。在將航空裝備級結構關系，以及與物料、工作區域的關系。

圖3中，由維修方案對象、工藝任務對象和工序對象所構成的層級結構，是BOP主體結構。在這套BOP的主體結構之上是維修服務對象（）和要被維修的物料對象（）。BOP主體結構的第一層是維修方案對象（），中間是若干個層級的工藝任務對象（），最底層的是工序對象（）。圖3中所要表達的重點信息內容如下：一個維修服務至少有一個目標物料（圖3中所示為1個），如圖3第1處所示；一個維修方案是面向一個維修服務而制定的，如圖3第2處所示；一個維修方案必定關聯著一個維修范圍,即在“維修服務”對象、“維修方案”對象確定的前提下，其維修對象、范圍必然是唯一確定的，如圖3第3處所示，維修范圍由若干個維修單元構成，而維修單元又由更低階的維修單元或維修物料對象構成，維修范圍、維修單元以及這些維修物料對象構成了維修方案的Process Bill Of Material(工藝物料清單)，簡稱 PBOM；一個維修理工藝研發過程中涉及的全部工藝技術要求和工藝過程設置為四類工藝數據對象，以及定義每一類工藝數據對象數據結構的基礎上，使用如圖3所示的層次結構來描述工藝數據對象的總體架構和相互之間的關系。該層次結構即Bill OfProcess（過程清單），簡稱BOP，用于構成工藝的全過程，并表達這些過程之間構成與被構成的層修方案是由若干個（圖3中所示為7個）工藝任務按照特定順序所構成的，這些工藝任務及其順序，本身就是維修方案的內容之一，如圖3第4處所示；某些工藝任務可能還有若干個下階工藝任務，下階工藝任務及其順序，也是上階工藝任務的內容之一，如圖3第5處所示；最末端的工藝任務由若干個工序按照特定順序所構成，這些工序及其順序也是工藝任務的內容之一，如圖3第6處所示；位于BOP主體結構最底層的是工序對象，工序對象與物料對象具有各種關系，如圖3第7處所示，關系種類必須與物料對象在PBOM中的處理類型相匹配；工藝任務對象和工序對象，都與工作區域對象相關聯，描述該工藝任務或工序在何處執行，如圖3第8處所示；針對主機的工藝任務對象和工序對象，都與某個機型的某個部位對象相關聯，描述該工藝任務或工序局限于主機的什么部位，如圖3第9處所示；工藝對象與對其進行詳細描述的文檔對象相關聯，如圖3第10處所示；工藝對象與其依據性文檔相關聯，且其依據性文檔通常就是其上階工藝對象的詳細描述文檔，如圖3第11處所示。

圖3BOP結構

主、輔機分離。主機的工藝對象層級結構與輔機的工藝對象層級結構相對獨立。航空裝備以往主機、輔機維修方案使用一套工藝數據層級結構，實際上輔機采用何種“維修方案”與主機并沒有直接的關系，主機實施某種“維修服務”時，其輔機產品并不一定需要此“維修服務”類型。科學的做法應該是按照輔機產品在其全生命周期內所處的壽命階段，選擇、安排其相應的“維修服務”類型。故輔機在PLM系統中采用與上述主機修理方案設計原則相似的設計方案。

四、挑戰與展望

本設計方案保證了航空裝備修理全流程數據源唯一，能夠解決現有業務存在的突出問題，并為企業拓展未來航空裝備修理新業務打下良好基礎。但同時也要求用戶在觀念和作業方式兩方面做出較大改變，一是要將“研發勞動的成果就是一系列文件”的觀念轉變為“研發勞動的成果是一整套工程數據體系”；二是在作業方式上，要將“在本地編輯之后上傳系統”的工作方式轉變為“通過系統平臺進行協同作業”。

系統建立后，要求從航空裝備修理數據的創建開始，到數據的詳細定義、數據的維護等所有修理業務過程，都將在統一的PLM系統平臺中進行，工程數據從其“誕生”那一刻起直至其全生命周期結束，自始至終存在于系統之中。同樣，所有定義數據的角色和消費數據的角色，其所有作業活動也都在這個統一的系統平臺中進行。