航空制造业数字化总体框架研究Word下载.docx

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90年代，“八五”计划期间，跟踪波音777技术并结合国情开展异地无纸设计技术预研，其中包括以三维实体造型为中心的飞机设计技术应用。

“九五”期间，在国家863计划“CIMS”应用示范工程的驱动下，信息集成技术在飞机设计、制造、管理等方面得到了较深入的发展，并开始应用产品数据管理软件对产品数据进行管理。

近几年来，面向工程过程的数字化技术发展迅猛，国家也加大了投入力度，航空制造业的计算机软、硬件条件和数控加工设备都有了很大的改善。

与此同时，面向制造业的三维数字化设计技术、数字样机技术、各种性能仿真工具软件发展快速，并走向通用化、标准化；

面向制造业的产品数据管理系统逐步具备多层次体系结构、灵活的数据流程控制、多级安全管理和可配置的组群（团队）工作模式，使信息集成快速跨跃到过程集成。

我国的航空制造业已经开始在飞机/直升机产品研制并行工程方面的尝试，使航空制造业的信息技术应用，在组织管理模式、协同工作模式和产品数据控制模式等方面发生了很大的变化，有效地提高了工作效率、缩短了型号研制周期，降低了生产研制成本，同时提高了产品设计质量。

但是，应该看到我们与发达国家相比还存在巨大差距，尽管我们在航空制造业实施了并行工程，但仍然停留在以产品为中心的产品研制理念，而发达国家已经转向以客户为中心的产品研制理念，即产品研制过程中，产品的目标从（可）制造性向服务性转化，采用面向产品全生命周期的管理模式。

美国对于高风险的大型武器装备的研制，率先采用一体化产品与过程设计模式，将系统工程方法和新的质量工程方法相结合，并应用一系列决策支持过程，在计算机综合环境中集成，有效控制了产品的质量和风险。

著名的JSF项目（新一代联合攻击战斗机）的研制，完全建立在网络化环境上，采用数字化企业集成技术，联合美国、英国、荷兰、丹麦、挪威、加拿大、意大利、新加坡、土耳其和以色列等几十个航空关联企业，提出“从设计到飞行全面数字化”的产品研制模式，用强势联合体来化解风险。

综上所述，可以简略看出我国航空数字化技术应用的过去、现在和不远的将来。

如何构建能够支持数字化技术高速发展、支持产品研制模式变更的体系结构，是业界共同关心的问题。

三、总体框架设计要求

面对竞争激烈的市场大环境，制造业的唯一出路是在最短的时间内以最有效的方式生产出最能满足客户需要的产品。

制造业企业间既有竞争又有联合，只有发挥各自的技术和资源优势，才能降低成本，分摊风险，共享市场。

构建数字化工程体系是达到以上目的最有效的方法和手段。

数字化工程体系的核心是信息共享和过程管理，因此，制造业数字化工程的总体框架必须能实现制造业企业内部和企业间的信息共享和过程控制。

产品数据信息和产品生命周期相关的其他信息在各企业、各部门、各专业之间的顺畅流转，是产品研制顺利进行的重要保障。

总体框架的设计要有利于实施全生命周期的产品数据管理，实现单一产品数据源，打通企业间的信息流。

过程管理的内涵是面向产品的管理，而不是面向企业（或组织）的管理。

它需要数字化体系能够把设计、试验和制造部门与客户、供应商、协作单位联系起来，采用IPT组织的方法，优化产品研制流程，达到控制成本、降低风险、缩短产品研制周期的目标。

针对当今信息化技术的快速发展，要求制造业数字化体系能够支持企业业务变更的需求，支持流程再造和组织重构的要求，满足通用性和专业性的要求。

四、数字化框架组成

1．数字样机系统

数字样机是产品的数字化描述，贯穿于产品从概念设计到售后服务的全生命周期，是工程设计、功能分析、试验仿真、加工制造、直至产品售后服务等的信息交换媒介。

随着产品研制的不断深入，数字样机由表及里，由粗到细，成熟度不断增长。

数字样机系统生成了数字样机，也提供了对数字样机进行分析、评估、仿真等功能。

2．产品数据管理系统

产品数据管理系统管理并维护与产品相关的所有工程数据，包括产品的几何模型、说明性文档、技术状态数据等，产品数据管理同时也管理与维护产品数据间的关联信息，如产品结构、构型、版本等信息。

3．工程协同系统

工程协同系统是由数字化设计系统、数字化试验系统、数字化制造系统等业务系统所组成的集合，从信息化的意义上来说，业务系统就是使能工具。

工程协同系统是工程数据的主要生成源，各个业务系统通过数字样机进行数据交换。

该系统包括：

■数字化设计系统：

针对航空制造业业务需求，集成所需的专业业务软件，包含产品设计的各种专业软件和工具，专业仿真软件工具，设计评估工具等。

■数字化试验系统：

针对航空制造业业务需求，集成所需的专业试验系统包括：

数字化强度试验、飞控试验、系统试验、电气试验、航电武器试验、地面联合试验等试验业务系统。

■数字化制造系统：

针对航空制造业业务需求，集成所需的专业制造系统，包括：

数控加工系统、数字化复合材料生产线、数字化钣金生产线、数字化切削生产线、数字化工装生产线、数字化焊接生产线、数字化电缆管线生产线等制造业务系统。

■数据转换接口：

业务系统之间的数据格式转换接口。

4．工程过程控制系统

工程过程控制系统包括基于数字样机的并行过程控制系统和项目管理系统。

并行过程控制系统实现了设计、试验、制造等业务系统的过程集成。

并行过程控制系统确定了一个任务应涉及哪些业务系统，并通过控制数字样机的成熟度，确定业务系统是否启用，是否能够访问数字样机，同时并行过程控制系统也监视业务系统的状态，从而使之围绕特定任务协调有序地运行。

项目管理系统完成项目任务的计划、资源调配、IPT组织管理、进度和质量监控等管理控制过程。

5．工程支持系统

工程支持系统主要向工程协同系统提供工程过程中所需的支持信息，包括质量、五性（可靠性、可维修性、可测性、保障性和安全性）、标准、适航、情报资料、研制知识等信息，

这些信息可以是模板、文件以及其他对象等形式。

该系统同时也提供了质量、五性、标准和适航等方面的控制和评估功能。

6．基础环境

基础环境包括计算机系统、网络系统和数据库系统等，是企业内部和企业间信息交换的基础。

五、总体框架

产品研制业务关系表现在业务数据关系和业务流程关系两个方面，从信息化的角度来看，总体框架应实现信息的集成和过程的集成。

因此，制造业数字化的总体框架由纵向的工程过程控制、横向的工程工作面和作为支撑的基础环境所构成，其中工程过程控制实现过程的集成，工程工作面实现信息的集成。

总体框架图1所示。

工程工作面是产品研制过程的时间断面。

在工程工作面中，工程协同系统是工程研制中数字化设计、试验和生产等方面业务系统的集合；

数字样机系统对产品数据进行映射生成了数字样机；

产品数据管理系统负责管理产品相关的所有数据；

工程支持系统提供工程支持信息的共享。

工程协同系统中的业务系统之间的数据交换是通过数字样机来进行的；

数字样机系统根据业务系统的不同要求，对产品数据管理系统所管理的产品数据进行过滤，生成相应的数字样机；

工程协同系统可以从工程支持系统中得到质量、标准等信息。

工程工作面实现了信息的集成。

工程过程控制分为两条主线：

一条主线是基于数字样机的并行过程，所控制的对象是工程协同系统中的各个业务系统，并行过程采用成熟度控制的机制；

另一条主线是项目管理过程，采用任务节点控制的机制。

项目管理过程控制的是点，而并行过程控制的是线，并行过程由项目管理过程触发，如图2所示，工程过程控制实现了过程的集成。

项目管理过程可以理解为对工程过程的任务节点（里程碑）的控制过程，任务节点主要描述了任务的进度、资源需求和任务间的关系等。

在一个任务开始前，需要配置相应的资源（包括人员和物料、设备等），由IPT小组执行此项任务。

通常，一个任务是否完成，是由并行过程控制系统返回的状态来确定的，对里程碑（阶段评审）来说，需要阶段评审的结论来支持。

阶段评审的内容可以包括：

质量、标准、五性和用户意见等方面。

当一个任务结束后，为之所配置的资源将被释放，随着一个新任务的启动，新的资源配置也将完成。

因此，项目管理过程同时也包含了IPT组织的动态变化过程。

按照过程定义，并行过程确定哪些业务系统参与任务的执行。

业务系统之间的协同是以数字样机为共同的信息基础，并行过程通过控制数字样机的成熟度，来限制各个业务系统访问数字样机。

并行过程监控各业务系统的运行状态，并根据数字样机的成熟度、过程定义实现对各个业务系统的协同控制。

工程工作面、工程过程控制和基础环境，三个部分构成了以数字样机为中心、以产品数据管理为手段、以工程过程控制为主线的制造业数字化总体框架。

六、结束语

建立数字化生产线是制造业数字化工程的首要目标，其根本前提一是要打通从设计、试验到制造的数据流和过程流，二是要实现产品的单一数据源。

总体框架的设计是以数字样机为中心，达到打通数据流的目的；

以产品数据管理为手段，实现单一数据源的安全控制和管理；

以工程协同环境为工作平台，实现多学科、异地联合产品研制的协同；

以工程过程控制为主线，打通过程流，实现流程优化、组织重构、过程并行，并延伸到产品的全生命周期。

总体框架的设计，将首先指导直升机数字化工程项目的实施，并希望通过该具体工程应用对它进行检验和完善，也恳切希望专家学者予以指点。

说明：

本信息一、前言

面向制造业的产品数据管理系统逐步具备多层次体系结构、灵活的数据流程控制、多级安全管理和可配置的组群（团队）工作模