飞机构型管理中的产品结构分解研究贺璐.docx

1、飞机构型管理中的产品结构分解研究贺璐飞机构型管理中的产品结构分解研究贺 璐 许松林 杨道文(上海飞机设计研究院总体气动设计研究部,上海200235S tudy o f Product S tructure B reakdow n o f A ircraft C onf iguration M anage m entH e L u X u Song lin Y ang D aow en(G eneral C onf i gurati o n and A erodyna m ics D epart m en,t Shanghai A ircraft D e si gn and R esearch

2、Institute ,Shanghai 200235摘要:飞机的设计与制造是一项宏大的系统工程,它的研制周期长、技术复杂、研 制费用与风险高,并且要求多部门协同参与,同时它也会带来大量的产品数据的管理 。借鉴目前欧美飞机制造商普遍采用的模块化设计思想,从构型管理的角度研究了产 品结构分解和管理方式,同时结合我国民机发展的特点将产品结构划分为装配结构 树、系统结构树和制造结构树。关键词:产品结构;构型管理;结构分解A bstr a ct Th e desi gn a nd m anufact u re of aircraft is a large Syst e m En gi neeri ng

3、,it lasts for a long tm i e ,i nvo l v es co m plicated tec hn ology ,co stsmu ch and ha s h i gh ris k,w h i ch needs vari et y depa rt men ts coo p erati on and b ri n gs a grea t dea l of pro du ct d ata t o m anage .Th is p a per st ud i es pro du ct st ru ct ure b rea k -do wn and m a n agi ng

4、a pp roach co m bi n i ng w it h M odu le t h eory w h i ch is usua lly adapted by Europea n or Ameri can aircraftm a nu fact ory.Th is paper o rga n i zes t h e p roduct stru cture i n t h ree d ifferent w a y s t o m eet d i fferen t characteristi cs of Ch i na s ci v il aircraft developmen.t K ey

5、 w o r d s product struct u re ;configu rati on manage m e n ;t modu le ;stru cture breakdo w n0 引言飞机的研制是一个综合的系统工程,在研制过程中会产生大量的产品数据,这些 数据具有层次分明、更改较多、时间跨度较大的特点,这就要求必须将产品数据按照 结构层次进行分解和管理,以保证产品数据的可管理性、更改的可控性、可追踪性等 。同时还需要满足飞机取得型号合格证后大量的改进及改型设计的需要。对于民用 飞机来,说还要对每架客户飞机的构型数据进行管理。产品结构分解是飞机产品数据和信息组织的核心,是产品数据管

6、理系统(PD M 实施的依据,也是项目所有信息输出的基础和源头,而项目的构型管理也将以产品结 构为核心展开。因此必须要划分好产品结构,才能更好地为研制和生产飞机服务。所谓产品结构就是根据装配关系 将产品按照树状层次关系进行分解的过程,典型的产品结构示意模型如图1所示。考虑到构型管理和构型控制的需求,目前国际上通用的产品结构分解都是围绕 着设计模块1、3、5进行的,从设计和制造的角度将飞机划分成合适的单元进行管理和设计生产。本 文中的单元(unit是管理的对象,包含了一种装配关系的划分或者一种工艺方法和其他属性。该方法 的优势在于:能将复杂的飞机/系统分解后,变成多个独立又相关的单元,并作为构型

7、 管理的对象功能项,即在扁平化的产品结构下实施管理工作,其比较明显优势体现在以下几方面:图1 产品结构模型示意图34民用飞机设计与研究C ivil A ircraft Design and R esearch(1可以将更改控制在单元范围内,避免更改范围的无限扩散;(2可以建立客户选项与产品结构之间的对应关系;(3可以将飞机固定的、基本不变的部分提取出来,降低了提前投产的风险。 因此,建立单元产品分解结构可为构型管理奠定强有力的基础。1 产品结构分解模型本文按照设计单元的思想将飞机的产品结构按照图2所示的模型进行分解并组织。如图2所示,飞机的产品结构可分为两个层次 ,包括:管理层和设计层。图2

8、产品结构分解模型1.1 顶层结构/管理层对于一个特定的飞机型号而言,当飞机顶层的需求、功能特性和物理特性确定以 后,顶层结构是相对稳定不变的,但是按照内容,可以将这些结构分成 产品不变部分 和 产品可变部分。不变部分和可变部分对应的底层产品数据的组织是一致的。顶层结构用于组织管 理同一型号通用的、共性的信息,顶层可进一步细分,比如划分为:机型、部段、工作包 、ATA 章2等。顶层结构也肩负着管理层的角色。这个层次的内容不涉及零件生产本身的 信息。本层次包括单元的构型配置管理、构型更改控制管理3、4等主要在该层次完成的,用于进行多构型及单架次的管理。 产品不变部分 ,即适用于所有架次,不存在多构

9、型的部分,即对应一个单元; 产品可变部分即针对不同架次需要选择不同构型的部分,即对应了多个单元需要进行选择的部分。 一个单元是各属性的集合体。它横向关联着一个 产品可变部分的多个单元,纵向连接着产品结构和底层数据。同时,赋予了适用架次等其他管理属 性。鉴于单元的特殊功能,对其编号是有特殊要求的。从图3中可以看出,适用于同一 个 产品可变部分的多个单元应当能从其编号中快速地找出,并能从名称上快速地进行区别。同时,从 单元的编号中,应能快速地区别该单元是属于 产品可变部分 还是 产品不变部分 。1.2 底层产品数据/设计层底层产品数据层由具体的三维数模、二维图样、B OM、设计文件等组成,且通过设

10、计单元进行组织的。底层产品数据仅用于表述指导生产 信息,而不表达适用的架次等其他管理信息。当工厂在进行加工生产的时候,工人并 不清楚正在加工的零组件适用的架次;当需要进行按架次总装时,应当由专门的部门 对已经生产出来的组件,按照对应的单元的架次信息进行选择和总装。图3 单元的编号要求2 产品结构分解应用在产品开发使用的整个生命周期过程中,不同的用户需要从不同的角度去管理 和查看产品结构,因此产品的信息与组织形式也会有所区别。飞机研发涉及到工程设 计与生产制造,并且工程设计部门一般又分为结构设计和系统分解。按照这样的特性 可将产品结构按照设计和制造的分工模式划分为三个结构树,分别是:装配结构树、

11、 系统结构树和制造结构树。其中装配结构树和系统结构树是从工程的角度35贺 璐等:飞机构型管理中的产品结构分解研究去描述飞机的产品结构,制造结构树是从工厂生产和装配的角度描述飞机的产 品结构。2.1 装配结构树装配结构树从物理位置的角度来描述飞机的构成关系,所有参与飞机装配的零组件包括结构件和系统件都将在设计结构树中体现出来。装配结构树按照产品所处的占位将所有的装配关系按照图4所示的格式进行分解。图4 装配结构树分解模型2.1.1 结构层次描述顶层结构划分为三个层次,代表一个机型在所有架次飞机中保持相对稳定的部 分,该层次一直划分到ATA 章部分。其中工作包3(W o r kPackage是根据

12、实际生产飞机的分工分解而成,工作包是一个大的可交付组件,其分解必须由项目管理人员、设计人员、工艺人员、维修人员以及质量等相关人员组成的团 队依据项目的工作分解结构共同决定,并保证该工作包(WP不会因为制造和装配地 点的不同而影响到飞机的组成,因此必须赋予每个工作包(W P一个唯一的标识。2.1.2 底层产品结构层底层产品结构层是为实现单元的功能而设计的具体零部件信息,该层规模较小, 便于独立进行管理。该层主要涉及生产用的三维数模、二维图样、BOM、线束图、线束安装图、支架安装图和接地安装图等。2.2 系统结构树系统结构树从功能特性的角度来描述飞机系统或子系统的构成,该角度主要用 途是系统各专业

13、在进行系统分解时对系统功能进行规划,并进行系统设备构型状态 的控制与管理,从而将系统功能描述信息与其物理安装信息分离开来。系统结构树的另一个特点是将描述飞机各系统或子系统的不涉及飞机物理安装 的技术文档通过结构化的形式进行表达和管理,以利于飞机的构型状态描述和控制以及后续各种技术出版物的编制。2.2.1 系统结构树结构层次描述顶层产品结构划分为四个层次,代表飞机各系统相对稳定不变的部分,该层次一 直划分到ATA 段2部分。由于系统结构树主要是用来组织与系统功能相关的技术文档、设备及其相关的规范等内容,因此针对飞机的通用模型可以将其 分为两类单元进行管理,分别是系统说明单元和设备单元。2.2.2

14、系统结构树底层数据管理其中系统说明单元用来组织独立于设备之外的系统或子系统分解相关的工作原 理图、I CD 文档、功能规范或其他相关的描述系统或子系统的数据。其中设备单元是用来说明每一个设备(一般需要分解到LRU设备具体的外形数模、设备规范以及工作原理等描述数据。2.2.3 装配结构树与系统结构树的关系对于一个具体的系统设备/系统件而言,在装配结构树中出现的是它的安装设计 单元,在系统结构树中出现的是功能定义设计单元,两个设计单元主要通过系统设备/ 系统件的外形数模进行关联,即系统专业除安装信息通过装配结构树进行管理外,其 他相关的信息可通过系统结构树进行管理。系统结构树可以独立建立,并可以早

15、于装配结构树的建立,方便系统分解开展工 作,系统结构树按照产品结构分解模型将所有的系统关系根据图5所(下转第41页36民用飞机设计与研究 2010年第3期(上接第36页示的格式进行分解。通过这两个角度的描述,将数模图样和文件,有形和无形关联起来,能更全面地定义产品。同时,通过这种关系组合的产品数据 即为产品的全部,其定义了全部的构型,对产品基线的建立和划分提供方便。图5 系统结构树分解模型2.3 制造结构树制造结构树是装配结构树及系统结构树的扩展与应用,因此必须在划分装配结 构树和系统结构树的构型项和设计单元时充分考虑设计分离面和工艺分离面及设计 单元的大小,使得工程数据发往工厂后,制造阶段的

16、产品结构无需(或较少对工程的产 品结构重新进行构建,只需要加入相关的工艺或其他相关的制造信息,一般认为设计 单元是工程与制造共同确认的最小的不需分解和重构的单元,从而可较大地简化EB O M 向M BO M 的转换。3 结论从构型管理的角度来看,产品结构分解过程中功能项和设计单元的数量要尽量 定义得适中,因为过多的构型项和设计单元会增加构型管理的难度,而过少的构型项和设计单元则会减少项目的可视度,从而影响构型管理的质量, 因此产品结构划分一定要结合单元划分的方法和原则进行。本文以飞机的设计和制造分工模式为基础,从构型管理和构型控制的角度出发 并结合设计单元划分的思想,探讨了产品结构的划分和单元

17、的组织方式,希望可以为 我国民用飞机科学合理地划分和组织产品结构提供一定的技术参考。参考文献:1于勇,范玉青.飞机构型管理研究与应用J.北京航空航天大学学报,2005,31(3: 278-283.2ATA Spec ifica ti on 2200(i Spec 2200In f o r m ati on S tand -ards f o r A v i ation M aintenance R ev isi on 2000.1.3邹冀华,范玉青,蒋建军.欧洲空客飞机构型控制与更改技术J.航空制造技术,2 006(8:62-67.4郝莲.民机转包生产中的构型控制J.航空制造技术,2001(5:

18、39-42.(上接第8页 Fuel Syste m w it h Sm art Co m ponen ts ,I EEE TRAN SACT ION SON AERO SPACE AND ELECTRON I C S Y STE M S ,VOL.44(3,2008:897912.4Insaurra l de ,C .C .;Se m i nario ,M.A.;Ji m enez ,J .F .;G -iron-S i e rra ,J .M.;Exper i m enta l R esu lts w it h a N ew D i s -tr i buted A ircra ft Fue

19、l Control Syste m W hich U ses S m art F ieldbus Components ,25t h D i g ita l A v i onics Syste m s Confer -ence ,IEEE /A I AA ,2006:112.5袁梅,林柯,崔德刚.飞机燃油油量测量及姿态误差修正方法J.航空计测技术,2 001,21(01:24-26.6龙浩,魏建顺,王新民,贾秋玲.基于专家系统的飞机燃油故障诊断方法研究J. 计算机测量与控制,2005,(05:403-406.7乔亚琼,贾秋玲,王新民.飞机燃油系统传感器故障诊断方法研究J.测控技术,2 007,26(03:72-74.41贺 璐等:飞机构型管理中的产品结构分解研究