飞机使用寿命周期构型管理和追溯_李青

第２２卷第２期计算机集成制造系统Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．２２　０　１　６年２月Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｆｅｂ．２　０　１　６ＤＯＩ：１０．１３１９６／ｊ．ｃｉｍｓ．２０１６．０２．０２０收稿日期：２０１４－０７－２８；修订日期：２０１５－０７－０６。

Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　２８Ｊｕｌｙ　２０１４；ａｃｃｅｐｔｅｄ　０６Ｊｕｌｙ　２０１５．飞机使用寿命周期构型管理和追溯李　青１，冯　丹２，梅正朋３（１．北京航空航天大学机械工程与自动化学院，北京　１００１９１；２．上海飞机制造有限公司，上海　２００４３６；３．成都飞机设计研究所，四川　成都　５１０１００）摘　要：为了提高飞机构型管理水平，针对飞机使用过程给出一种简化的构型管理方法，以设计阶段的批次机型构型、制造阶段的出厂单机构型为管理对象，针对飞机维修、发参修改、加改装、技术更改、大修等维修保障业务导致的构型变化，采用飞机构型树与产品信息多视图相结合的方式进行飞机服役期间的单机构型管理和追溯，同时对飞机构型中的每一个构型项建立产品有效期档案，以便进行飞机产品数据管理和构型版本追溯。

应用结果表明，该管理方法对保证飞机产品数据的一致性、提高飞机管理力度、减少维修决策的盲目性有重要作用。

关键词：构型管理；构型追溯；飞机生命周期；单机构型中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标识码：ＡＡｉｒｃｒａｆｔ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｒｅｔｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ　ｉｎ　ｌｉｆｅ　ｃｙｃｌｅＬＩ　Ｑｉｎｇ１，ＦＥＮＧ　Ｄａｎ２，ＭＥＩ　Ｚｈｅｎｇｐｅｎｇ３（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｈａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１９１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ａｉｒｃｒａｆｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００４３６，Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ａｉｒｃｒａｆｔ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　５１０１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｔｈａｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｔ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｗｅａｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｍａｎａｇｅ－ｍｅｎｔ　ｔｏｏｌｓ　ｉｎ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｕｓｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ａ　ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｌｉｆｅ　ｃｙｃｌｅ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎ－ｔｅｄ．Ｂｙ　ｔａｋｉｎｇ　ｂａｔｃｈ　ｔｙｐｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｓｔａｇｅ　ａｓ　ｍａｎａｇｅｄ　ｏｂｊｅｃｔｓ，ａ　ｃｏｍｂｉ－ｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｔｒｅｅ　ｗｉｔｈ　ｍｕｌｔｉ－ｖｉｅｗ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｄｕｃｔ　ｔｈｅ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａ－ｔｉｏｎ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ　ｄｕｒｉｎｇ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｉｎ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ｅｎｇｉｎｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｃｈａｎｇｅｓ，ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｃｈａｎｇｅｓ，ｏｖｅｒｈａｕｌ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ａｎｄ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ，ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ　ｆｉｌｅ　ｆｏｒ　ｅａｃｈ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｉｔｅｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｓｏ　ａｓ　ｔｏ　ｃｏｎｄｕｃｔｐｒｏｄｕｃｔ　ｄａｔａ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｖｅｒｓｉｏｎ　ｒｅｔｒｏａｃｔｉｖｅ．Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｐｌａｙｅｄ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｅｎｓｕｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｄａｔａ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｂｌｉｎｄｎｅｓｓ　ｉｎ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｒｅｔｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ；ａｉｒｃｒａｆｔ　ｌｉｆｅ　ｃｙｃｌｅ；ａｉｒｃｒａｆｔ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ０　引言飞机产品有上百万个零部件，这些零部件在设计、制造和使用过程中更改频繁，造成飞机产品的数据管理极其复杂［１］。

设计与制造中飞机的构型数据变更对型号、设计方案、工艺和加工有重大影响，在使用过程中主要是结构与版本的变化。

飞机在服役的３０年内，其零部件更替十分频繁，每隔一段时间会产生一个新的飞机结构版本，将其反馈给设计所来管理飞机历史版本，可以辅助改进设计、研制新型号，提高飞机的实用性和可靠性，但也因此影响了飞机整体结构的变化。

本文采用简化构型（ｃｏｎｆｉｇｕｒａ－ｔｉｏｎ）的管理方法，用表示飞机结构、基本信息、使用寿命和变更历史的单机构型管理飞机使用过程的构第２期李　青等：飞机使用寿命周期构型管理和追溯型，同时结合构型追溯对飞机构型进行有效性管理，从而及时跟踪和控制使用过程中的飞机构型更改，使构型变化时刻处于受控状态。

１　构型管理简介构型是构型项在其研制过程中正式规定的、在产品使用过程中体现客户要求的功能特性和物理特性的完整表示。

简言之，是反映客户对产品各种需求的产品结构表示［２］。

构型管理也称配置管理或技术状态管理，不同领域采用不同的名称，配置管理一般应用在普通的民用产品领域，如汽车、计算机、软件等领域；技术状态管理和构型管理一般应用于航天和航空领域。

其中：技术状态管理是我国在军备方面一直采用的概念；构型管理则是当前飞机制造领域普遍采用的概念，其在管理的范围、功能和内涵上均有扩展［３］。

飞机构型分为机型构型和单机构型，机型构型定义了飞机型号系列的产品配置，单机构型是每架飞机的实际物理组成。

在生产阶段，生产厂家按机型构型的配置要求生产飞机，在总装阶段明确每架飞机的具体安装件，初始化单机构型。

单机构型是机型构型的实例，单机构型之间的差异通过构型配置的有效性来区分，如图１所示。

飞机在服役阶段需要执行一系列维修保障业务，如大修、定期维修、排故维修和技术更改等，这些业务导致飞机单机构型发生更改，改变了飞机与机件的有效配置关系。

因此，使用过程中的单机构型管理极为必要。

飞机使用过程中的构型管理是一种面向产品全生命周期，以产品结构为组织方式，将各阶段产品数据关联起来并对其进行管理和控制，进而保证产品数据一致性、有效性和可追溯性的管理技术。

因此，构型管理的关键在于对更改的跟踪和控制，并将构型管理、业务变更、时间管理等各方面组成一个有机结合的统一整体；换言之，构型管理的实质是及时跟踪和控制更改，使构型项的变化时刻处于受控状态。

在使用过程中，飞机构型受到一系列维修保障任务影响，例如：由定期检修、排故而进行的换件，来自制造厂商的技术更改而执行的硬件更改和软件升级，飞机和装机件使用寿命到达翻修期限而进行的翻修，以及地面测试或备件不足而引起的串件，使得飞机构型处于不断变化中，飞机构型更改流程图如图２所示。

构型管理的基本要素是构型项，它可以是一个或多个单元的硬件、软件或集合体；在简化构型管理体系中，构型项由选型项（ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）、可选项（ｏｐ－ｔｉｏｎ）和模块（ｍｏｄｕｌｅ）组成，它们将直接反映客户定制产品的构型。

与传统研制过程中的构型管理不同，飞机使用过程中构型管理关注的是对构型项的有效性的管理，具体体现为对构型项的安装时间、拆卸时间与相关业务的管理。

单机构型管理的构型项７７４计算机集成制造系统第２２卷包括单机、系统、部件、机件及其与维护相关的标准工卡／工卡组，其中机件在飞机使用过程中的更换最频繁、数据量最大，其管理难度也最大。

以机件为主要对象不但简化了单机构型管理的难度，而且对部队备件库管理、维修资源配置也具有重大意义。

２　单机构型管理飞机结构在不同应用需求下提供不同的视图（如图３），如研发设计视图、生产装配视图、使用维护视图等。

本文主要关注飞机的使用维护结构，即使用维护阶段的装配飞机组成结构。

与其他飞机构型相比，使用过程中的单机构型涵盖了飞机从设计到制造的基础数据以及从服役开始到报废整个阶段的使用数据，是飞机及其结构的全寿命周期数据管理，包括各构型项的安装、拆卸、串换件历史信息等。

飞机全寿命周期在时间跨度上以飞机出厂时的构型为起点，直到飞机报废为止。

单机构型的核心问题是构型项的建立与维护，通常将构型项和模块以及模块以上的产品组合对应，模块以下的产品零部件组织将不再定义构型项，从而简化单机构型的管理。

本文对单机构型的有效性管理通过版本有效性和时间有效性同时定义。

版本有效性通过对产品版本的跟踪和控制，来区别和记录产品在发展过程中的变更历史，定义的规则是最新版本有效，版本有效性主要应用于机载软件的更新历史管理。

时间有效性是通过每次变更开始时间和结束时间的管理，来准确记录产品演变过程、保证历史可追溯，其规则是当前时间有效，可应用于构型项的变更历史管理。

单机构型的不断变化特性使信息存储存在一定难度，若以完整构型的形式存储信息，则不但会因数据量以倍数量级增长而难以管理，而且从整架飞机到下层的每一个零部件的管理方式大大增加了单机构型的深度，即增加了构型控制的复杂度和难度，由此增大了后续环节的失误［４］。

同时，在飞机使用过程中，频繁拆装变更的是飞机的装机件，构型上的系统和部件较少发生变更。

基于以上原因，本文以逐层调用的方式实现单机的构型管理，飞机数据的存储采用递归方式。

飞机的机件数量和规模巨大，以美国波音７４７大型客机为例，该机型每架飞机的零件数量多达６００万件（包括标准件）［５］。

本文所实现的系统将装机件以拆装记录的方式单独存储［６］，从拆装记录与部件节点的对应关系获取，以减少单机构型记录表的数据量，同时将机件的变更历史与构型的结构树分离，使管理对象更加清晰明确。

本文所实现的系统的数据库设计如图４所示。