技術狀態演化與發展淺析

摘要：概括介紹飛機制造業技術狀態控制概念和作用，以及技術狀態控制的演變過程。主要論述了飛機狀態控制的模塊化構型規則，詳細闡明了技術狀態構型管理、批次控制、有效性與更改管理。

關鍵詞：技術狀態;CI;EBOM

一、技術狀態控制概念及作用

飛機的狀態控制是一種面向產品全生命周期的，以產品結構為組織形式的，繼承和協調與產品構建過程相關的一切活動和產品數據，保證產品各生命周期階段零件、文檔和更改數據的一致性和可控性，提供產品狀態的可視化定義和控制的產品數據管理技術[1]。

飛機的狀態控制目的主要就是通過狀態控制來確定產品不同階段、不同批次范圍內的全部有效數據，主要包括產品結構信息、幾何信息、材料信息、有效性信息、工藝信息和技術說明等。

二、狀態控制的演變

起初，產品設計以二維圖為設計載體，將產品技術指標信息表述在二維圖紙及文件中。各系統單元以金字塔形式從上到下進行設計，并以圖紙明細表的配套關系表述EBOM。飛機狀態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計勞動強度大，模擬量數據傳遞導致設計與制造間誤差大，產品配置無法按市場需求和客戶具體要求及時做出調整。

為了達到客戶具體要求與設計更改能力之間的平衡需要，出現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計信息的集合為更改后設計指標信息。打破了金字塔式的設計形式，并以產品技術狀態文件作為產品構型配置的解決方法。

通過技術狀態文件，可以實現對某架飛機的各項技術指標的全方位控制，使EBOM一目了然。產品技術狀態文件代替圖紙明細表是EBOM發展歷程中的一個標志性創新。這種技術狀態控制方式一直沿用至今，它較好的解決了產品配置這一難題。

技術狀態文件是產品金字塔式構建與產品配置交叉組合的管理方式。初步打破了產品按圖紙明細的組套關系控制產品配置的方法。隨著計算機、網絡技術及各種應用系統的發展，特別Windchill系統的廣泛使用，EBOM從文本文檔管理轉換為數據庫管理，實現從面向單項信息技術的BOM技術向面向部門級信息技術的BOM技術的跨越。

三、狀態控制的模塊化構型規則

對于飛機狀態控制的模塊化構型設計，必須從頂層到底層進行標準化規范。要實現產品設計數據管理，首先要為各種數據建立一個邏輯關系正確的結構框架，以實現產品設計數據的結構化管理，我們可以建立一種金字塔式數據結構[2]。

1、頂層的定義

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

2、CI的構型管理

構型層（配置層）包含構型項（CI）層。在構型層中通過技術狀態項目（Configuration Item： CI）進行配置管理。CI是產品構型配置單元，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單元內部的零組件。CI包含不可變技術狀態項目（Invariable Configuration Item： ICI）和可變技術狀態項目（Variable Configuration Item： VCI）。EBOM按照技術狀態管理和產品模塊化設計要求可將結構分為兩個層次：

第一層：用于配置的CI結構;

第二層：開展設計的零組件結構。

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，必然在結構構型上體現EBOM的靈活配置特性及系統配套特性，并以面向客戶、面向制造、系列化的規劃原則來進行CI結構的頂層規劃，規劃需遵循以下準則：

CI頂層結構應體現系列化、通用化設計要求，通過構建通用構型、選裝構型和客戶化構型等等構型結構樹來實現，這是EBOM模塊化設計方法，符合本身具有的靈活配置特性;

CI中層結構應體現系統功能組成特征和設計分離面，通過模塊化設計和具體CI確定來實現，這是EBOM的系統組套特性;

CI底層結構應體現工藝裝配性區域和工藝分離面，通過型號各設計站位和工藝區域來實現，這是EBOM具有面向裝配、面向制造的新屬性。

3、底層（設計層）中的零件引用和零件實例

實例是組成產品的一個基本對象。一個零件在數據庫中只存在一個零件引用。在PDM系統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、技術狀態有效性控制的演變

初始階段，飛機制造業由圖紙版次、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，引入技術狀態文件進行版本管理及有效性控制。通過技術狀態文件對圖紙版次及圖紙更改單的批次定義來完成飛機產品批次管理及有效性控制。技術狀態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。大多數情況下，同一圖紙對多架飛機有效，同一圖紙不同版次對應不同批次，因定型并進入批生產階段的圖紙與圖紙版次的有效性通過技術狀態的選配來控制，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致圖紙更改單的批次又由技術狀態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狀態管理的難度。

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

五、技術狀態結構模塊化基礎上版本管理的演變

版本分級追蹤模型是建立在飛機制造業EBOM模塊化的基礎之上，是一種簡化的構型控制策略，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]。一類是產品優先的版本追蹤模型。首先要通過版本配置規則確定每個零部件版本，之后再組成特定的產品版本，是一個由下至上的過程。一類是基于版本優先的版本追蹤模型，首先要選擇特定的產品版本，然后選擇組成該特定產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，因而產生了飛機產品構型多樣化的特點，加之其零部件數量及品種非常多，不大可能針對每個版本的飛機產品都創建一顆完整產品結構樹，也就是無法采用版本優先的追蹤模型，而如果采用產品優先的追蹤模型，則無異于建立一種分層變量式[4]的產品結構，即將有效性分布于飛機產品結構的各層，不利于有效性的管理和飛機構型的控制，因此在飛機構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，因此是一種復合式的版本控制模型[5]。

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

第二級相當于底層（設計層）采用版本優先的版本追蹤模型，即確定模塊版本空間中某一模塊版本（相當于VCI）來確定相應的零部件實例版本所構成的模塊結構。每個模塊版本與模塊結構空間中的模塊結構一一對應。模塊結構空間中的結點表示與該模塊版本相對應的結構樹，結構樹中的每個結點都對應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都是通過產品構型的有效性（配置規則）來控制，而VCI下的模塊結構中的零部件引用需要考慮版本的追溯問題。即當模塊結構中所選的零部件引用發生更改時，此零件版本及父件一直到VCI下逐層均將更改。

六、技術狀態控制版本管理的進一步簡化

飛機產品在研制及轉到定型后小批生產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）發生變化，導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生干涉而引起其他零件更改，導致原有組件圖組合方式發生變化;

零件升版導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，但應修改模具、工裝滿足設計要求的，零件的上級組件不用升版。

由此可以得到的結論是，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、技術狀態控制的應用策略

由上所述，飛機制造業技術狀態控制在CI層控制模塊有效性，在零組件設計層只是初步闡述了圖紙版本控制問題，因為在飛機的構型發生更改時，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，對飛機制造業技術狀態控制的應用策略作如下規定：

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，相應零件升版，則上級組件應升版。對于已出廠飛機通過技術單及售后服務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CI層編號尾號也升號。在本段批次內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定階段的更改，可以在發生更改時不立即實施，而將更改積累在預定的區域點，即在預先指定的架次上實施更改，從而可以穩定飛機的生產，減少由于頻繁更改而引發的生產成本的提高。

八、結論

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

參考文獻：

[1] 于勇， 范玉青. 飛機構型管理研究與應用[J]. 北京航空航天大學學報， 2005， 31（3）： 278-283

[2] 張凱， 王丹爽. 應用PDM系統實施航空產品設計數據管理[A]. 鑄劍——2007國防科技工業虛擬制造技術高層論壇論文集[C]. 2007： 83-87

[3] 秦友淑， 曹化工. 工程配置的版本分類及產品版本追蹤模型[J]. 計算機輔助設計與圖形學學報， 2000， 12（2）： 127-131

[4] 劉刀桂， 孟繁晶， 鄧家禔. PDM中產品變量結構及變量化配置管理的研究[J]. 計算機輔助工程， 2001， 10（1）： 7-12

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

作者簡介：蘇雪松，1973-1-9哈爾濱，佳木斯大學，學士學歷，哈爾濱飛機工業集團有限責任公司，高級工程師