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飞机构型管理技术篇:产品配置管理

2020-08-13李建军

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现代飞机设计已不再是设计“一个产品”,而是设计“一个产品平台”,通过变型,实现产品的系列化和个性化。

    【英文条目】Configuration Management

    【中文条目】“配置”和“构型”虽然是两个不同的词,却极具混淆性。在很多飞机构型管理里经常把这两个概念混为一谈,但它们却有着根本不同的管理诉求,飞机构型管理有着更大的范畴和管理内涵,希望把整个飞机研制过程都能够管理起来。而配置的管理,主要定位在飞机的平台化、系列化的产品数据管理范畴。

    根据ANSI/EIA-649B(2011)定义,构型管理是维护产品性能、功能和物理属性与它的需求、设计和操作信息之间一致性的综合性过程(注原文为:CM is a comprehensive process for maintaining consistency of any product's performance, functional and physical attributes with its requirements, design, and operational information)。构型管理作为一门综合性管理学科和最佳工业实践,强调如下观点:

    (1)利用适当的过程和工具来建立和维护产品属性和产品需求之间的一致性。

    (2)产品属性用产品构型信息来定义,并能足够详细地标识和记录。保证产品信息的当前性和一致性,保证产品的运作、安全和维护。

    (3)对产品和产品信息的更改是受控的和有效的,以改进产品的能力,纠正缺陷,改进性能、可靠性、维护性,延长产品生命,减少成本、风险和债务。

    (4)要求构型管理的功能、原则和实践经验在产品生命周期内得到平衡的和一致的贯彻执行。

    (5)构型管理与时俱进,持续改进和常态化。

    由此可见,构型管理服务于产品的研发者和客户、促进新产品尽快上市、推动产品创新,并覆盖产品从项目启动一直到验证和维护的完整的生命周期。

构型管理支撑产品全生命周期

图1 构型管理支撑产品全生命周期

    由构型管理的实践和飞机产品的特点得知:产品结构(BOM)是进行整个飞机研制的重要基础之一。产品配置管理的工作将主要围绕产品结构的建立和管理展开。

    现代飞机设计已不再是设计“一个产品”,而是设计“一个产品平台”,通过变型,实现产品的系列化和个性化。

    产品的系列化和个性化具有重要的意义:

    (1)加速新产品的开发。利用平台的通用性,通过过滤和组合,进行改型设计,减少新设计的工作量,加快新产品入市速度,提高客户满意度。

    (2)提高产品质量,方便使用和维修,优化供应链。

    (3)有利于批量生产,降低成本,提高交付速度,有利于提高专业化程度。

    (4)缩短工装设计与制造的周期和费用。

    (5)使投资收益最大化,扩大市场面,延长产品的存活周期,赢得更多客户。

    产品系列化是根据市场的动向和消费者的需求,通过对同一类产品发展规律的分析研究,经过全面的技术经济分析,将产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等作出合理的安排与规划,形成系列化型谱。

    系列化是标准化的高级形式。产品系列化是统筹解决公司利益和消费者利益之间矛盾的一项重要措施。

    产品的系列化通常先分为若干系列,每个系列又可分为若干型号。

    例如,某支线飞机按座位数分为两种系列,即基本型和加长型。加长型指机身加长,增加客座数。在设计基本型飞机时,一般在机身的中部事先留有设计分离面,为机身提供加长部分的界面,同时保持飞机重心位置不变,如图2所示。

加长型飞机方案

图2 加长型飞机方案

    在每个系列上,即在基本型和加长型的系列上,又有多种型号,如客机型、货机型和公务型等。

    某案例飞机的系列化情况如表1所示。

表1 某案例飞机的系列化情况

某案例飞机的系列化情况

    注:1英里=1.61公里。

    在民用飞机立项论证时,系列化要求属于基本的设计指标之一,应列入飞机需求基线。在概念设计阶段,就要完成系列化的总体方案设计,以便确定各变型产品的共用结构基础,定义各种接口及关联关系。

    产品的系列化设计是以基本型号(基本型)为基础的。基本型应该是系列内最有代表性的,规格适中,经过市场长期考验,结构和性能都比较可靠,又有发展前途的型号。

    在基本型的基础上,对系列产品进行型谱设计,编制产品型号的发展规划。

    产品的个性化即产品的多样性,供客户挑选自己喜爱的产品,满足客户的个性化要求。

    企业在市场需求驱动下,开发出满足不同层次、不同爱好的人们需要的产品。例如,一种投放市场的Boeing777就有若干系列,每个系列有若干型号,可供客户挑选。

    商品的个性化要求通过“模块化”设计思想来实现。

    但是,个性化可能带来成本的增加。因此,权衡客户个性化需求和产品成本增加之间的关系,取得一个合理平衡,才是企业正确的商业决策。

    图3是某型号汽车的构型配置的简单示意图。客户可以根据自己的爱好,选择汽车发动机的配置,实现“个性化”。

客户构型的配置

图3 客户构型的配置

    在本例中,供客户选择的发动机就是一个选项(Option),而发动机的排量值就是选项的值,同样,音响也是“选项”,音响的型号也是选项的值。

    要做到对产品结构的有效管理,必须改变传统的自底向上堆积零件而组成飞机产品结构的落后方法,改变逆向工程的研制模式,采用自顶向下的产品设计和管理方法。在设计工作开始之前,定义飞机顶层产品结构和配置,在研制过程中自顶向下逐层冻结产品构型,确定构型和配置后再进行三维数字化模型的设计,最终形成完成整体的BOM。一般而言,产品结构以型号项目为基础构建可配置产品、产品系列和顶层部件,进而依据飞机功能产品规范划分工作包,最后根据工作包展开详细底层零部件设计,产品结构规划参考示意如下。

产品结构划分示意

图4 产品结构划分示意

    产品结构的设计和定义的原则主要有下列几项:

    (1)设计方式:变化最少。

    (2)组织方式:将可变部分、不变部分分开。

    (3)链接方式:分顶层、配置层、底层三个层级。

    从变化的角度来讲,飞机的产品结构分为可变部分和不变部分。其中不变部分按照每个型号构成通用的产品结构;可变部分按照功能和特征来定义。从配置的角度来讲,飞机产品结构分为可配置部分和不可配置部分。其中配置层是可配置部分,在这里管理飞机的有效性信息,并且管理飞机产品的变更;而底层是实际零件编号,由装配和零件模型组成。

产品结构设计与定义原则示意

图5 产品结构设计与定义原则示意

    对于批次管理,在型号定型前后的研制过程中需要同时进行产品试制和批量生产,不同的试制批次满足不同的性能试验要求,不同批架次之间构型各不相同。不同的设计方案或不同的设计版本在飞机型号系统中进行配置,形成固定基线的产品或系统,是飞机产品构型管理的主要任务。

    对于架次管理,按照定义在配置层的配置项和设计方案进行架次的有效性定义,基于定义好的业务规则进行有效性过滤,就可以得到需要的单架次的飞机产品结构和BOM。

    Teamcenter对构型管理有全面的支撑。在产品结构规划方面,可将顶层结构被分解为多个系统与子系统,有利于多方案和并行设计,使数据查询更加方便快捷。下图给出了基于Teamcenter变量构型选项的结构标识分解示例。

产品配置结构

图6 产品配置结构

    产品平台化、模块化设计是提升设计质量、设计效率的一种技术手段,成为产品创新的驱动力。PLM为面向模块化的设计提供了信息管理系统,为企业逐步走向模块化的设计提供了重要的技术支撑手段,但同时企业还需要通过企业文化、平台化设计流程、模块化划分、知识积累、创新机制等逐步走向模块化设计。并且平台化设计也是数字化企业的一个重要基石,是实现精益研发的重要手段,成为我们数字化企业转型不可或缺的一种保障。

责任编辑:程玥
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