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飞机构型也是一门艺术

2017-08-28 14:14 来源:大飞机报

  构型管理是美国二战中特别是二战后,在发展导弹核武器过程中发展起来的一门工程管理控制技术。四十年代美国用于研制原子弹的曼哈顿计划,五十年代研制的战略导弹阿特拉斯及六十年代开始的阿波罗登月计划都运用了构型管理的方法。

  国外航空企业对构型管理的定义是:在产品的生命周期中,企业需要有效的框架来控制和跟踪产品相关的复杂数据和信息,以便支持飞机的演变和发展,提升产品质量,实现客户的期望,满足适航当局的要求,监督这一框架的学科,称为构型管理。

  什么是构型管理?

  

  构型管理的组成(资料图)

  从构型管理业务流程的角度来说,构型管理主要由四个部分组成:构型标识、构型控制、构型纪实、构型审核等四方面。

  构型标识包括给产品分配标识符;根据相关的业务视角决定产品分解到可管理的实体;分配基线参考,与产品生命周期中的重要步骤一致。从通俗的角度来说,构型标识是指要知道你有什么产品,也就是说要制定出这些产品都叫什么名字,由哪些部分组成,在不同的阶段它们都是怎样一种状态。

  构型控制是指确定产品变更的需要。包括调研提出变更的所有影响;做出批准或拒绝的决策;并监督变更的实施。从通俗的角度来说,构型控制是指改变你的产品。也就是说先要确定下来要改变哪些产品或产品的哪些部分,在改变这些东西之前先要看看对其他部分有没有影响,然后下决心来进行改变,并且监督整个改变过程。

  构型纪实是指沿着产品生命周期对产品构型的记录,并要追踪导致这种状态的原因和职责。从通俗的角度来说,构型纪实是指要了解产品及其零部件都放在哪里,它们的状态是怎样的,并且它们为什么放在这里以及为什么是这样的状态。

  构型审核是指是结果对比目标活动的检查、确认、批准(物理和功能性性能特征),包括评审、检查报告、审计等等。从通俗的角度来说,构型审核是指对这些产品和零部件的检查和记录,包括用什么样的工具,用什么方式来记录,怎么检查这些产品和零部件等等。

  为什么要对飞机进行构型管理?

  

  飞机产品结构组成框架(资料图)

  构型标识包括产品结构定义、命名定义、编码定义等组成部分。拿飞机组成来进行示例。飞机是由前机身、机翼、中机身、尾翼等大部件组成的,而机翼是由襟翼、副翼等部件组成的,襟翼又由蒙皮、长桁、梁和端盖组成的等等,这样的层级化的飞机组成我们就叫做产品结构。

  而飞机这些各层级的零部件的名字定义就被称为命名规则。除了这些名字之外,为了在软件工具中方便查找使用并保持唯一,一般我们对飞机的各个零部件进行数字命名,而这些数字序号的定义规则我们就称之为编码规则。

  一般来说,一架飞机有着几百万个零部件,如果构型标识工作进行的不好,就非常容易造成管理的混乱。由此可见,仅仅靠这些数字编码,来管理这百万级数量的飞机零件是比较困难的。

  构型更改主要是指对飞机设计零部件进行的更改,零件的更改是飞机设计过程中经常出现的情况。假如在飞机研发过程中,我们对端盖进行更改,第一架飞机安装端盖A,从第二架飞机开始要安装新的端盖B,也就是说第二架飞机以后的端盖A换成了端盖B,这样第二架以后的飞机端盖零件的号码就发生了变化,我们要对端盖进行换号。

  在上面产品结构中,飞机襟翼是端盖的父节点,如果端盖进行了换号处理,那么按照道理,襟翼也应该进行换号处理。同理,襟翼的父节点机翼也同样应该换号,于是飞机也应该进行同样的处理。

  这就是说如果飞机的任何一个小零部件进行了更改(换号),那么产品结构最高节点飞机就要进行更改(换号),飞机有数百万个零件,这样的管理过程会极其复杂,号码的处理无论如何让人无法接受。因此,构型项的定义一方面是飞机模块化设计的要求,同时也是为了隔离更改的要求。

  怎样对飞机进行构型管理?

资料图

  为了解决这样的问题,我们在产品结构中间的某个层级中,增加了一层虚的管理节点,也就是CI(构型项)层。从更改的角度来说,虽然CI下面的零件进行了更改,只要对CI的结构影响不是非常大,CI并不进行换号处理,那么CI上层产品结构的号码就无需改变。这样,就把更改(换号)通过CI管理虚节点的定义来进行隔离,将更改的向上影响大大减少了。当然,原来的端盖这一层的节点也需要改造,这一层的节点我们定义为设计方案(DS)或设计模块层,端盖A定义成DS1,安装在第一架飞机上,其有效性为1,端盖B定义成DS2,安装在第二架以后的飞机上,其有效性为2到无穷。根据这样的原理,我们得到了下面的新的飞机产品结构框架。

  顶层是用来组织、建立、管理飞机产品的结构,通过顶层结构的分类,可以迅速导航、查阅到底层的零组件。这一层结构基本不变,是虚的节点,主要用于管理功能。

  配置层是构型管理的主要层级,通过可配置构型项和设计方案的建立,来实现产品的有效性管理和变更控制。这一层级的构型项也是不变部分,构成了顶层产品结构管理的管理节点;这一层及的从技术方案属于可变部分,向下挂接了产品的装配和零件,它管理了零组件。

  底层是构型项挂接的技术方案所管理的节点,主要由各种模型和图纸组成。这一层主要为工程管理层,工程师完成的设计模型和图纸在这一层通过构型项来进行统一管理。

  从上面介绍的内容来可以看出,构型项是产品结构建立过程中所增加的管理虚节点,是飞机产品结构中最重要的组成部分,它承载了大量信息,来管理批次、架次、变更等业务过程,并且承载了项目管理、人员组织结构等方面的信息。对于构型项的定义是非常复杂的业务过程,对企业的业务水平要求非常高。构型项的数量多少与产品的复杂程度有关,也与系统集成度有关。构型项不能定义太多,否则会影响构型管理的清晰度,使构型管理变得非常琐碎复杂,抓不住要领,并且增加管理成本。

  举两个极端的例子:假如我们把每一个零件都定义为一个构型项,那么就意味着我们会有大量的变更流程,而每个变更流程都包括管理成本在内,所以多个构型项就意味着管理成本的大大增加;构型项也不能选择太少,太少则缺少向下层的有效分解,不利于对子系统的构型管理的进一步深化,假设我们只把飞机定义成一个构型项,那么大量的变更流程体现在一个飞机的构型项上,飞机构型的换号和版本管理就会极其混乱。(周彬)

 

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  构型管理有哪些方法?

  构型管理是一门管理学科,也是一门艺术,因此,构型管理方法不是一成不变的,一定要根据企业的特点,所采用的不同工具,以及产品研发的不同阶段来采用不同的方法。

  假设我们已经设计了蓝色把手的门。由于一些原因,生产了两套蓝色把手的门之后,按照要求,从第三套们开始后面的门的把手都要求是金色的。这是一个零件换版的典型事例,蓝色把手的零件经过更改,换成了金色把手,门的其他部分没有变化。

  由于门体、门框并没有任何变化,只有门的把手进行了更改,因此,一般来说有两种构型选配方法。第一种方法是在门的装配管理节点下,把组成门的所有零件罗列出来,并在每个零件管理节点上加上有效性信息。这样,门体和门框的有效性是1到无穷,蓝色把手零件有效性是1到2(生产2台),金色把手零件有效性是3到无穷。这种方法我们称为颗粒管理方法。这种方法的好处是管理的零件的实例比较少,对于飞机这样百万级零件数量的产品,会节约大量数据库资源。缺点是由于有效性都在一个层级容易混淆,因此需要非常强大的有效性管理能力。

  第二种方法是将一种类型的门的节点单独列出来,于是我们可以列出两个节点:蓝色把手门的装配,以及金色把手门的装配。蓝色把手门由于只生产两台,所以在根节点上标注有效性1少2,金色把手门的根节点的有效性标注为3到无穷。这种方法我们称为簇集管理方法。这种管理方法的好处是管理非常清晰,并且可视化效果非常好。其缺点是门体和门框的实例被复制了一份。

  在产品结构的设计过程中,也有两种设计方法:一种是自底向上的设计方法(以CAD为中心),另一种是自顶向下的设计方法(以产品结构为中心)。

  第一种产品结构设计方法以CAD工具为主,它的过程首先是在CAD工具中设计出装配和零件,然后把装配和零件自底向上搭建出完整的产品结构,并完成有效性和更改等管理过程。这种方法是以工程设计人员为主来进行搭建,需要工程设计人员具有很强的管理技能和很强的设计责任。由于长期以来逆向工程的思路,目前我国很多航空企业都是采用这种方法。

  第二种产品结构设计方法是以产品结构为中心,它的过程首先是搭建产品结构框架,然后把在CAD工具中设计出来的装配和零件挂载在产品结构上,因此这是自顶向下的产品结构设计和管理方法。这种方法符合构型管理的自顶向下的产品结构设计思想,被国外大部分航空企业所采用。

  不同的公司也会采用不同的构型管理方法。达索航空某飞机产品的构型项数量有70个左右,波音公司某飞机产品的构型项有2000个左右,而空客某飞机产品的构型项数量却有15000个。构型项是构型管理过程中最重要的要素,构型项这么大的数量差异一定是采取的构型管理方法不同所造成的。

  构型管理是一门管理学科,也是一门艺术。我们不仅需要在信息化方面学习和借鉴国外先进的管理方法,同时还要认识到构型管理方法不是一成不变的,一定要根据企业的特点,来采用的不同工具和不同的方法。尤其是需要需要改变传统的自底向上的设计方式。自底向上的设计方法不可能彻底解决产品研发管理的重大问题,必须进行向自顶向下方法的转变,以及更具企业的具体情况,采用二者结合的方式。另外,还需要在业务方面有效地建立相应的组织和先进的业务管理流程,从而有效地实现对飞机的构型管理。 

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