AG600飛機研制中的精準物料協同技術研究

李梅

[摘 要] AG600飛機產品復雜、零部件數量大、制造過程復雜、供應商多，而飛機物料及材料定額信息是研發及制造的基礎，其精準性、完整性、在多個環節中的一致性對AG600飛機的研制成功及降低研制成本至關重要。因此，文章從AG600主制造商的總體視角出發，提出了精準物料協同管理方案，采用單一數據源為基礎，實現設計物料信息的完整性歸集、工藝對物料信息的消耗、工藝中材料定額的管理、物料及材料定額向生產的傳遞、物料更改全過程管理等，清晰化了物料數據構成、物料協同流程、物料更改流程等，為AG600飛機全機物料信息結構化定義、協同、使用、更改等提供了保障，并通過對突破點進行總結，對未來推進工作提出了展望。

[關鍵詞] 物料；BOM ；物料管理協同；定額；更改貫徹

中圖分類號：F253.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1722（2021）01-0083-06

飛機產品復雜度高，零部件數量龐大，涉及的參與單位數量多，成本昂貴，并且在研制過程中又存在大量的設計及需求的變更，這對飛機物料在研發、工藝、供應鏈協作中的管理、信息傳遞及共享帶來了巨大的挑戰。在航空制造業企業，PDM、ERP、MES等系統的建設對飛機研制各相關業務環節的數據管理起到了積極的作用，但是目前的信息系統多是從單一部門角度出發解決各自的數據管理和流程協作問題，缺乏從全局和整體的視角考慮飛機物料管理的數據定義、傳遞和更改一致性保證等問題的完整解決方案，難以對全過程物料管理業務進行優化，從而容易導致多個環節物料信息不一致、更新不及時帶來的大量人工比對和采購成本浪費問題。

AG600型飛機是目前世界上在研的最大一款水陸兩棲飛機，是國家應急救援體系建設急需的重大航空裝備。其研制采用“主制造商-供應商”的大協作模式，充分調動上下游產業鏈150多家企事業單位及10余所高校共同參與研制。該飛機包括5萬多個結構及系統零部件、780多項機載設備、近120萬個標準件，產品復雜度高，涉及到的物料數據量大，且變更頻繁，在研制過程中的風險投產及正式投產等環節需要提供盡量準確的物料需求，以減少成本浪費。

本文結合AG600型號飛機研制特點，從總裝制造的全局視角出發，提出了AG600飛機物料管理及協同方案，對研發端物料完整性信息定義、物料在工藝端的消耗及材料定義、架次定額信息自動提取、更改貫徹等進行了關鍵業務方案說明，為下游生產環節的標準件定額、主材料及工藝材料定額需求提供準確的依據。

一、國內外飛機物料管理的研究動態

飛機生產及裝配需要大量單個部件，很多部件都非常復雜，質量標準嚴格地規范著每種物料，這些部件又是從眾多家供應商中采購而來，部件對最終產品的整體功能及性能體現至關重要。物料管理就是站在飛機研制全過程的角度上考慮問題，使物料表達能夠完整、準確、有效，并使其在研發、工藝、生產、采購等不同環節中能夠保持物料數據的準確和連續傳遞，并支持更改后的及時貫徹和數據狀態同步，為各個環節提供準確的物料單一數據源。下文對國外、國內先進航空企業物料管理的案例進行簡要介紹，作為本文物料管理及協同方案的借鑒。

（一）國外現狀

1.波音公司

美國波音公司在1994年就啟動了DCAD/MRM（飛機構型定義與控制/制造資源管理）項目，從精簡化（Simplification）、現代化（Modernization）和柔性化（Flexibility）三個方面徹底改造原有的技術和生產管理體系結構，建立基于PLM的全新物料信息管理系統，支持飛機構型生成、工藝計劃和制造資源管理幾大部分內容進行集成、彼此協調并統一管理，并借此實現飛機研制周期縮短50%、出現問題減少50%、成本降低25%，以及較大地提高客戶滿意程度。整個DCAC/MRM項目系統由5大部分組成：商業需求、產品定義、飛機生產、產品支持和商業資源。其根本目的就是以單一物料數據源為基礎，以精簡作業流（Tailored Business Streams，TBS）為主線，重新考慮并從根本上精簡與飛機構型定義和生產相關的全部過程。

2.空客公司

空客公司一貫重視信息化與業務的緊密融合，并將PLM作為企業發展戰略的一個重點內容，由專門的ACE（Airbus Concurrent Engineering）團隊負責平臺的規劃及推廣工作?？湛凸咀?0世紀80年代起就開始以A320的研制為背景構建PLM平臺環境，至今已經從最初的分散式、異構模式逐步過渡至聯邦式和集中方式。Airbus從最新的A350型號開始，采用了統一的PLM服務器，代替原來各個分支機構單獨設置PLM服務器的做法，以實現飛機物料單一數據源管理。Airbus在2005年宣布，將PLM部署到Airbus供應鏈的主要企業中（涉及300余家企業），實現整個供應鏈的協同工作管理。Airbus的物料管理貫穿于產品全生命周期各個階段，并通過不同的BOM進行組織和管理，以此作為飛機研制業務支撐的基礎。

（二）國內現狀

在國內，隨著ARJ21、大飛機、MA700等新型號項目的推進，中國商用飛機有限責任公司（COMAC）、中國航空工業第一飛機設計研究院（FAI）、西安飛機制造廠（XAC）、成都飛機設計所、成都飛機制造廠、陜西漢中飛機制造廠、航空工業江西洪都航空工業集團有限責任公司等主制造單位紛紛以型號研制項目為背景，開展了數字化協同研制平臺的建設，多家參研單位可以基于該協同虛擬工作環境開展協同工作、數據共享、構型狀態管理和控制等，以消除多家參研單位的地域障礙，提高協同效率，確保型號研制的成功。

1. 中國商用飛機有限責任公司

中國商用飛機有限責任公司在吸取ARJ21 CPC平臺建設經驗的基礎上，重點建設了大型客機數字化工程協同研制與產品數據管理平臺IDEAL，并將IDEAL平臺定位為企業型號數據的信息中樞，并基于該平臺打通了從設計、制造到客服的全數字量傳遞的現代飛機研制生產線，使得C919大型客機研制各方能夠在統一的規則、統一的環境下開展研發、試驗、制造、客戶服務、供應商的全球數字化協同。

在物料管理方面，IDEAL平臺主要借鑒空客A380的構型管理方案，圍繞單一數據源實現DBOM/EBOM、MBOM、SBOM之間的關聯及一體化構型管控，并借此實現了向下游制造環節的準確傳遞，并支持工程更改后的材料定額更改貫徹。

2. 中航西安飛機工業集團股份有限公司

中航西安飛機工業集團股份有限公司承擔的MA700飛機為60至70座級新一代渦槳支線飛機項目。

在MA700飛機研制中，實現了真正意義的唯一數據源，解決了過去數據的冗余存儲、不一致，以及數據重構、多平臺數據傳輸與對接不連貫等突出問題，確保工程物料數據的狀態在設計、工藝、制造、檢驗等環節都是唯一狀態，理論上完全規避了物料數據狀態不一致的問題。

3.主要研究論文

國內航空院所以及高校在飛機物料管理方面進行了很多探索和研究，研究方向主要包括兩個方向：

（1）基于BOM的物料體系研究：這類研究主要從研發、工藝角度，對物料的BOM數據定義、BOM視圖轉換以及數據共享和系統集成技術進行研究[1-6]。

（2）物料需求及材料定額管理：這類研究主要從生產采購及配套需求出發，對標準件、材料等的定額、采購、配送等的相關技術進行研究[7-9]。

二、 AG600飛機物料管理現狀及問題

AG600飛機經過了01，02架份的生產過程，在物料管理方面的現狀描述如下：

飛機物料主要包括標準件、自制件、成品件、材料等，通飛珠海研發制造基地（以下簡稱“珠?；亍保┳鳛橹髦圃焐?，只承擔主要的系統件安裝及飛機總裝，并不承擔零部件自制及成品件制造工作。自制類零部件及成品由機體結構供應商和成品供應商通過工作包方式進行承制和交付。因此，圍繞通飛自身的裝機物料，重點關注標準件及材料的物料需求問題。其中，材料包括主材料和工藝材料。

（一）物料管理現狀

1.設計及工藝BOM管理

AG600飛機在01和02架次研制階段，采用VPM進行EBOM物料管理。其中，標準件在結構樹上體現，另外創建單獨的EBOM表，EBOM表中除了包括主要的標準件外，還包括R模型中的緊固件及其材料信息，這部分信息主要通過設計師手工維護和管理。

由于VPM系統在飛機構型管理方面的缺陷，導致EBOM數據源存在不規范、不準確的問題，使得01、02架次的PBOM仍然采用線下人工整理的方式進行，PBOM以Excel格式整理，并基于Excel進行工藝路線分工信息的記錄。

2. 物料采購需求管理

根據基地制定的型號生產經營計劃，生產車間制定具體的生產作業計劃，并根據生產作業計劃物料配套需要，提出各項物料采購申請。物料采購申請主要包括各類標準件、材料匯總清單，如圖1所示。

（1）物料風險采購。為了保障長周期物料供應，將根據型號/項目研制需要，統籌生產計劃安排后開展風險采購計劃制定工作。風險采購計劃輸入條件，一般包括研發設計或工藝技術部門提供的長周期物料清單以及項目主管部門下發的啟動風險采購的項目工作指令。風險采購計劃下達后，將會形成標準件風投清單，隨動態更改，通過更改單進行調整。

（2）標準件采購申請[8]。型號研制需用的標準件，均按照《標準件匯總表管理規定》要求，通過標準件匯總表及其更改單進行申請。在工程研制階段，按照部組件進行單機標準件需求匯總、批產階段則按照全機標準件需求匯總。

（3）材料采購采購申請[8]。材料采購申請分別按照《主材料定額表》《工藝材料定額表》及相應的更改單提請采購。材料定額的申請類型包括三種類型，單機材料定額、 一次性材料定額、全機材料定額；前兩種由使用單位根據需要匯總后提出申請；全機材料定額由特種工藝室等材料定額主管單位匯總后發布。

（二）主要問題

1. 物料基礎信息不準確、不完整

（1）在EBOM物料管理中，由于架次有效性管理問題以及臨時更改單未體現在BOM中，使得EBOM中的標準件基礎信息不準確；

（2）缺乏標準件庫，部分標準件為設計師自己畫圖設計和命名，導致一件多號的問題出現；

（3）R模型中的緊固件信息分散在EBOM表中體現，未體現在EBOM結構樹上，使得EBOM上的標準件匯總信息不完整；

（4）缺乏PBOM管理，使得部組件的標準件匯總表由人工進行統計整理，標準件信息存在路線錯誤、交叉統計等問題。

2. 標準件采購需求數據來源多，不利于采購執行

（1）標準件采購需求由各個系統或部段的工藝人員分別提出，并非以整個需求單位匯總后提出。各個工藝提請的標準件是在設計用量的基礎上加入了工藝用 量和理化檢驗用量，如果同種標準件由多個不同人員分別提請，每個人的工藝用量自定、同批次標準件理化用量額外增加，造成不必要的浪費。

（2）同種標準件分不同工藝人員、不同時段申請，申請之后又通過更改單更改，最后的標準件需求數量容易混亂，同時鑒于生產進度的安排，新提的標準件一般都按緊急需求提請采購，不利于采購人員從全機角度綜合考慮采購合同的簽訂和訂單的執行。

3.缺少材料基礎數據庫，材料采購匯總難度大

（1）材料信息仍然通過工藝人員進行手工匯總，缺乏有效的記錄和統計手段，難以保證材料信息的準確性和有效性；

（2）缺乏材料基礎庫支撐，材料采購需求中存在大量缺失技術標準、計量單位不準確等問題，導致采購匯總難、入廠檢驗難（缺少技術標準說明）。

三、 總體框架

基于如上描述的AG600飛機01和02架次研制期間產生的物料數據源以及物料采購需求的問題，從總制造商設計、工藝、生產、采購一體化的角度，提出如下的總體框架，實現物料信息及采購需求的全結構化管理和更改貫徹一體化控制，保證物料源頭信息的正確性、完整性和物料采購需求的快速生成。該框架的主要描述如圖2所示。

（1）統一基礎資源庫：構建統一的基礎資源庫，規范化標準件、材料的維護及引用，消除一件多號、基礎信息不完整等問題。

（2）標準件規范化及完整性管理：依托基礎資源庫，實現EBOM的標準件物料規范化管理，并支持R模型結構化提取，形成完整的物料，取消EBOM明細表。

（3）標準件路線定義及定額管理：基于EBOM，實現基于工作包的PBOM重構，支持工藝路線定義以及基于工藝路線的標準件定額信息自動提取，結合標準件風投結構化清單，對單機標準件匯總表數據進行標識，支持全機標準件匯總表的自動統計及重新加權。

（4）材料定額管理：圍繞MBOM中的裝配方案，可以自動提取該裝配方案中所有AO中定義的主材料及工藝材料定額，材料信息來源于統一的基礎資源庫。支持全機材料定額匯總表的自動統計及重新加權。

（5）生產發放：PBOM、MBOM中的標準件及材料定額數據，將來可以與生產系統集成，自動推送相應的結構化信息，輔助采購計劃的快速生成。

（6）更改貫徹：支持工程更改的全過程貫徹，保證物料構型狀態的正確性、一致性、有效性和符合性。

四、關鍵技術方案

（一）基于EBOM及PBOM的標準件定額管理

EBOM主視圖，按照機型—ATA章節劃分，掛接結構及系統安裝CI（DCI）以及功能CI（FCI），是各個專業進行數據產生和組織的物理視圖。主視圖在邏輯上分為三個層次：頂層結構、構型層、底層結構。其中，構型層之上為上層管理部件，之下為實物部件。三個層次都有明確的構型標識和控制流程，自頂向下的層次之間存在使用和被使用關系。圖3 為EBOM物料管理工作界面示意圖。

EBOM底層結構通過CATIA三維數模驅動自動生成，在進行CATIA設計時可以調用標準件庫中的標準件進行加載，設計師只能引用，不允許自己添加標準件，從而規范化了標準件的編碼、規格等基礎信息，避免標準件的二義性。CATIA數據檢入時，系統可以自動解析R模型數據，并將R模型下的緊固件等信息進行結構化管理。從而實現了基于EBOM的完整物料結構化定義。基于EBOM，可以基于架次、部段統計標準件信息，為標準件風投采購計劃提供數據源。標準件風投后，系統可對其風投的標準件信息進行結構化管理，以便在生成單機標準件匯總表時進行是否已風投的信息標識。

以EBOM為基礎，圍繞工作包進行PBOM組織和設計模塊的消耗，標準件在參與工藝會簽的過程中，工藝部門將對其進行路線定義，如工藝路線131XXX-131947，代表由供應商采購并承制，最終交付給通飛（131947）?；赑BOM的工作包，簽審發布后，負責該工作包的專業數據構型管理工程師可以基于架次創建該工作包的單機標準件匯總表，系統自動根據工藝路線進行過濾，可以自動輸出為Excel等格式的單機標準件匯總表。型號標準件定額管理人員可以基于PBOM根節點，按照架次過濾全機標準件匯總表。

在標準件匯總表統計顯示時，系統自動與標準件風投清單進行對比，如果已經在風投清單里的標準件，系統自動在匯總表里進行標識。

（二）基于MBOM的材料定額管理

以PBOM為基礎，可以重構MBOM，圍繞站位、工位進行裝配方案設計，形成工藝規程清單（AOL），在AOL下創建結構化裝配工藝規程（AO），如圖4所示。

基于AO結構化編輯環境，可以查詢材料庫中的材料，定義每個工序的主材料和工藝材料，并給出用量需求。

基于工位，裝配單元負責人可以基于裝配方案，按照架次進行單機材料定額匯總清單的生成，系統自動按照架次進行AO過濾，并統計匯總AO中的材料定額信息。

全機材料定額管理員，可以基于MBOM根節點和架次信息，過濾生成全機材料定匯總清單。對于一次性材料定額匯總清單，將以技術文件形式自行在平臺新建并編制清單，標識其有效性信息，單獨以文件進行控制。

（三）工程更改一體化貫徹

飛機研制是一個動態的過程，物料數據信息將隨著工程更改而發生更改，并需要在工藝、生產等環節進行一體化貫徹。為了保證標準件及材料定額數據的準確性，將在工程更改一體化貫徹流程的基礎上，增加相應的定額貫徹環節，如圖5所示。

（1）標準件定額更改貫徹：ECN驅動PBOM工作包更改時，由各工作包負責人手工在關聯文檔處創建新的標準文件匯總清單（新編號，非首次匯總清單的升版；編號規則為：ECN編號 + 工作包編號），手工編制ECN在本工作包中特定工藝有效性范圍內的標準件差異信息，并隨改后的工作包一起提交簽審。

（2）材料定額更改貫徹：PBOM驅動MBOM裝配方案更改時，由各裝配方案負責人在裝配方案更改完成后，手工在關聯文檔處創建新的材料定額匯總清單（新編號，非首次匯總清單的升版），手工編制本次更改貫徹中涉及到的特定工藝有效性范圍內的材料定額差異信息，與裝配方案分別提交簽審。

五、主要突破點

AG600飛機產品復雜，研制周期長，涉及業務部門多，從總制造商內部成本管控的角度，精準的標準件及材料定額管理對降低采購成本、提高基于定額數據的協同效率至關重要。本文結合01、02架次飛機研制過程中標準件及材料定額管理中存在的問題，從設計、工藝、生產一體化的角度，設計了精準物料協同方案，主要突破點總結如下。

（1）建立統一基礎資源庫，形成標準件及材料的規范化數據基礎，有效地解決了一件多號，以及材料牌號和技術標準不明確帶來的采購匯總及入廠合格檢驗等問題。

（2）在研發設計端，通過與CATIA的集成，驅動完整EBOM結構樹自動生成及R模型自動解析，實現EBOM物料的完整性及規范化管理，取消EBOM明細表等容易產生二義性的重復數據，為風投提供準確的標準件數據輸入。

（3）圍繞PBOM，實現基于架次及路線的單機標準件匯總清單、全機標準件匯總清單的自動生成，動態數據仍然圍繞PBOM實時生成，標準件匯總清單作為基線進行狀態追溯。

（4）圍繞MBOM的AO設計，引用材料庫基礎數據實現材料定額定義，支持基于裝備方案或MBOM根節點進行單機/全機材料定額的統計匯總。

（5）基于設計更改一體化貫徹流程，擴展基于PBOM更改的標準件定額更改貫徹流程，以及基于工藝文件更改的材料定額更改貫徹流程，確保工程更改后標準件及材料定額信息的準確、有效、一致。

六、 未來展望

目前，依托AG600協同研制平臺二期項目，重點實現了標準件及材料定額在設計及工藝環節的有效協同管控，保證了標準件及材料定額數據的準確性和完整性，為下游生產配套及采購提供了準確的數據源。后續，待珠?；貙嵤┛傃b制造數字化平臺項目時，可以進行兩個平臺的集成對接，實現標準件及材料定額結構化數據的實時共享，在制造數字化平臺中實現基于定額數據的車間配套及采購計劃自動生成，從而可以取消各類匯總表，進一步優化定額管理流程，降低采購成本，保障AG600飛機的商業化成功。

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