邱晞 王立新 鐘進 惠巍 楊懿

一、引言

隨著制造工程體系的不斷發(fā)展，不同制造行業(yè)所涉及的專業(yè)領域均一直在細致化、專精化，航空工業(yè)中由多方共同完成一架飛機的研制模式已成為趨勢。同時，航空工業(yè)是一種高度復雜，涉及眾多專業(yè)領域的制造行業(yè)，在飛機產品發(fā)展過程中，其自身所涉及的大專業(yè)中，總體設計可細分出布局、布置、氣動、性能、操穩(wěn)、外形等子專業(yè)，強度設計可細分出靜強度、動強度、疲勞、載荷等子專業(yè)，環(huán)控設計可細分出燃油、管路、線纜、液壓等子專業(yè)，制造過程設計可細分出零件、裝配、數控、增材、復材等子專業(yè)，隨之帶來的問題是，制造一個架飛機產品時協(xié)同研制的復雜度不斷增加，如何完成這諸多專業(yè)之間的統(tǒng)一的技術狀態(tài)控制已成為業(yè)內的一個關注焦點，因此構型管理的作用就更顯得尤為重要。

近些年，國內航空企業(yè)雖然紛紛采用了各種產品數據管理PDM（Product Data Management）＼產品生命周期管理PLM（Product Lifecycle Management）等軟件管理數據，但難以做到對技術狀態(tài)全過程嚴格和閉環(huán)的控制，導致在各個環(huán)節(jié)技術狀態(tài)的不連貫，產品交付時仍要進行構型審核。因此，我們提出一種從系統(tǒng)工程視角進行一體化構型控制的方法，旨在著力打造一個可適應于現代企業(yè)且擴展型巨大的構型管理模式。

二、構型管理在國內的發(fā)展歷程

（一）國內構型管理的發(fā)展歷程

隨著系統(tǒng)工程方法在我國航空工業(yè)中的不斷應用和發(fā)展，圍繞促進航空工業(yè)升級的要求，全方位、多層次推動系統(tǒng)工程方法在工業(yè)領域的覆蓋滲透，其構型管理也在不斷的進化，目前，國內構型管理主要經歷了以下幾個階段：

階段一：人工報表管理時代

在Y7、MA60型號中以傳統(tǒng)基于人工報表管理的模式，通過表單記錄產品零部件的有效性，應用起來非常繁瑣低效，此時基于計算機的管理還未普及，尚未步入數據的信息化進程。

階段二：計算機數據結構化管理時代（批架次有效性管理）

得益于計算機技術的發(fā)展與普及，在MA600及某重點型號的生產研制中，將傳統(tǒng)的人工報表錄入到計算機中，以結構化數據BOM（物料清單）的形式進行管控，在產品零部件、生產過程上記錄有效性，進而在計算機中進行篩選，避免了人工報表過程中出現各種人為錯誤。經過多年應用后發(fā)現在此過程中，各個部門的協(xié)作交流是基于零件級別的對話，繁多的工程更改導致越來越多的有效性變化，各個專業(yè)的人員都為繁瑣的工程更改控制所累。此種模式其特征在于產品零部件、裝配指令AO（Assembly Order）、加工指令FO（Fabrication Order）都會跟一個R（1～9999）類似的有效性區(qū)間段，其后在這一模式基礎上又延伸出更改單、補充裝配指令AAO（Add Assembly Order）等的有效性，并使用產品數據管理PDM系統(tǒng)對產品數據進行電子化管理。由于此種構型管理模式記錄和運算模式非常的復雜，且有效性的更改都是由人來控制，出錯的幾率非常大，難以全面、及時的反映不同架次的技術狀態(tài)。

隨著需求的變化和構型理論的發(fā)展， ARJ21、MA600等國內飛機在研制時期出現兩種發(fā)動機配置，分別采用A＼B兩種狀態(tài)來表述，其A＼B狀態(tài)的發(fā)動機不具有批架次有效性，即在批架次有效性管理的基礎上，融入部分配置管理的概念，由于PDM系統(tǒng)的管理邏輯的不完整，無法全面的反映兩種狀態(tài)的技術參數，至今還在不斷處理突發(fā)問題。

階段三：計算機數據模塊化管理時代（配置構型管理）

飛機研制的產品數據量隨著多樣化需求而變的更加復雜，更簡化且扁平的模塊化管理思路應運而生，即配置構型管理。以C919及一些直升機型號為典型，將產品模塊化，在模塊記錄其有效性，模塊內包含的零組件無有效性。具體是將產品在設計端就劃分為可變配置項VCI（Variable Configuration Item）組件單元，并在VCI上寫有效性區(qū)間段，其下的產品零組件不再寫有效性，更改時，以升版及換號進行調整。其中VCI的劃分不考慮制造分離面。

隨著管理模式的發(fā)展，去除有效性，以全面模塊化配置為核心進行設計行為、生產行為、物流行為、財控行為等的模塊化控制，以構型選配為基礎完成整個設計制造過程的管控的全構型配置理念開始萌發(fā)，并且已經成為構型管理新的探索方向。目前以MA700飛機為典型，在MA700飛機的研制過程中完全摒除區(qū)間段有效性，產品設計以構型項CI（Configuration Item）＼配置方案CS（Configuration Solution）＼設計模塊DM（Design Module）進行選配，制造端工藝設計以裝配模塊CA（Configuration Assembly）＼裝配方案PCI（Process Configuration Item）＼裝配清單AOL（AO List）進行選配，此種新的配置構型管理模式，技術上邁進了一大步。

從宏觀角度可以看出，構型管理的進化，使業(yè)務人員從管理顆粒度為零件在向組件級別提升，從單一設計認同向需求、制造認同進化，并以更扁平的結構，更簡化的方式來進行研發(fā)與生產協(xié)同。

（二）構型控制定義

以上詳細描述了國內構型管理的發(fā)展歷程，構型理念發(fā)展的早期，更多的是在對產品及其衍生數據的構型，下面我們拋開慣性思維的枷鎖，將構型拓展到整個工程領域所包含的全部專業(yè)領域，從本質上重新審視構型管理并給出一種定義為參考。構型是指在一個確定的時間或給定的某一個條件，由相關文件、數據所描述的需求狀態(tài)、設計狀態(tài)、制造狀態(tài)、供應狀態(tài)、財控狀態(tài)、資源狀態(tài)、人力狀態(tài)等等構成狀態(tài)集合，即工程相關的全部工程行為的某一技術狀態(tài)集合。

企業(yè)從初始需求分解就開始貫徹構型管理，以構型管理驅動所有的設計、生產、交付、財控、物流、更改、維護、報廢等控制行為，可以看出從客戶選型即牽引出一系列其后的過程，所以我們將這種模式稱為一體化構型管理。

三、基于系統(tǒng)工程的構型管理方法

結合航空工業(yè)構型的發(fā)展歷史，吸取以往構型管理所體現出的優(yōu)點，參照飛機產品專業(yè)多、生命周期復雜的特性，采用系統(tǒng)工程的角度來進行構型管理，構建一個基于系統(tǒng)工程構型矩陣來管理數據技術狀態(tài)的模型。

（一）系統(tǒng)工程矩陣

在系統(tǒng)工程的領域，參考系統(tǒng)工程立方體表述，如圖1所示：

將行為抽象成日常研制中出現的各種專業(yè)工作行為（系統(tǒng)工程的特點之一是所有專業(yè)行為并行開展，例如，當一個產品設計人員在進行產品外形設計時候，會同時考慮到其結構能否被加工、裝配，其結構強度符合的材料能否被供應，故此在宏觀上所有的專業(yè)是同時開展工作，具體在實際操作中由于人因因素，所有專業(yè)行為并不會完全同時開始，在此先討論理論模型）。

再一步，我們將系統(tǒng)工程RFLP（黑盒為R與白盒為F、L）的整個過程劃分為兩個階段，RFL為做某件事情的方案階段，P為執(zhí)行階段，同時細分每個專業(yè)行為的數據成長顆粒，那么以時間上數據成長的角度進行劃分。

在某一工程時間，或者某一條件模型進行切片，得到如圖2：

這里可以看出，通過時間、指定條件的過濾，我們可以得出不同技術狀態(tài)的數據集，稱之為系統(tǒng)工程矩陣中的一個構型。

（二）構型的簡化-專業(yè)簇

制造一架飛機需要參與的專業(yè)非常之多，當代的管理顆粒度和專業(yè)細分程度還無法令所有專業(yè)并行參與研制的程度，所以為了簡化構型控制，需要對專業(yè)進行簇合并，相近功能的專業(yè)合并為一個簇（相近的專業(yè)互相依存但相互獨立，由多專業(yè)的耦合產生的涌現性要素，分離并獨立成新的專業(yè)進行控制），最終對這若干個簇進行構型管理。簇合并是根據目前業(yè)務工作劃分的一種合并方式（如訂單簇、需求簇、設計簇、制造簇、維修簇、財務簇、人力簇、供應簇、適航簇等等，圖1中的狀態(tài)、靜態(tài)、動態(tài)、拓撲、需求也是一種簇劃分形式），此處為舉例但非必然的合并方式。

通過上述手段，我們將工作中所涉及的所有專業(yè)進行分類，制定出需要進行管控的簇及子專業(yè)，對簇進行構型控制管理，并且隨著更多的專業(yè)細分，此系統(tǒng)工程矩陣具備對簇及專業(yè)進行無限擴展的能力。

（三）系統(tǒng)工程構型矩陣

以上我們完成了在系統(tǒng)工程構型矩陣截面的歸納，接著再進行縱向狀態(tài)軸的歸納。

下面以四個典型的專業(yè)簇進行縱向劃分舉例：

繼續(xù)對方案階段進行細分，以制造方案MS和制造實現MP兩部分與實際業(yè)務進行對照：

以制造簇與實際業(yè)務進行對照舉例：（每一個專業(yè)簇都有自身的RFLP）

制造需求分析：即在初始需求中對制造環(huán)節(jié)的需求進行分解，例如加工需求、裝配需求、數控需求等。

制造功能設計：即對產品的組合裝配過程進行理想過程定義。

制造邏輯設計：即對制造過程進行制造單元化設計（即制造任務），如劃分虛擬制造站位，制定其加工、裝配流程，且分配制造需求到制造單元上，最終定義出理想的加工裝配流程圖（此環(huán)節(jié)重點在于對產品的所有交付過程及消耗時間進行定義，即工藝路線、工藝規(guī)劃流程圖）。

制造執(zhí)行：在加工裝配流程的基礎上，將具體的制造單元劃分給指定的內、外部生產單元（此環(huán)節(jié)重點在于將制造單元指派給具體的物理站位/供應商，創(chuàng)建出貼合實際的生產流程圖，并進行虛擬生產，確認每個物理站位下具體的操作過程，即工程指令），之后進行物理生產執(zhí)行。

至此，我們完成了縱向狀態(tài)軸基于系統(tǒng)工程的定義，即截面為專業(yè)簇的集合，縱向為數據成長狀態(tài)，數據以各個簇中RFLP進行分離定義具體構成數據，并進行記錄、控制、調用。

（四）矩陣的應用-模塊單元化

在飛機的整個研制、批產過程中，產品設計人員、制造人員、維修人員等等需要根據自身的業(yè)務需要，對產品進行重組，形成方便業(yè)務人員在自身業(yè)務領域組織生產維修行為或獨立核算的單元體，例如：針對制造環(huán)節(jié)根據制造條件重組制造（裝配）單元，方便進行生產組織及供應劃分；在維修環(huán)節(jié)根據維修條件重組維修單元，以便可以快速維修；在成本控制環(huán)節(jié)根據最低成本的運營原則進行重組，方便進行成本控制。整個模塊單元化分兩個步驟完成：

第一步.劃分工程單元：通過對產品進行多專業(yè)聯合評審，將其劃分為多個專業(yè)協(xié)調并使用的不需再細分的最小工程單元（實物是一個組件或零件）。

第二步.重組簇單元：業(yè)務人員在各自的專業(yè)簇領域，以最小工程單元為基礎進行重新組合，形成自身領域可協(xié)調使用的模塊單元體。例如將工程單元按照業(yè)務需要分配至針對設計簇、制造簇、維修簇、成本簇等所對應的設計單元、制造單元、維修單元、成本單元等（這里以四個典型簇進行舉例說明，每一個簇實質是產品在本簇中的工程單元合集，連接定義單獨另置一個工程單元），這里的簇單元類似于一個任務托盤（只有工程單元是產品本身），過程如圖3所示：

工程單元EU的本質是多專業(yè)協(xié)調后產品切分的最小結構（最細致可以到零件），簇的本質是強關聯性專業(yè)集合，簇單元的本質是強關聯性工程單元EU集合。在矩陣縱向上，這些數據按照系統(tǒng)工程劃分為方案階段和執(zhí)行階段（RFL是對方案格子的縱向深化細分，由于管理顆粒度和復雜度，暫不納入構型管理范疇）。

構型控制要素：（聯合定義工程單元EU）

橫截面：專業(yè)簇內，定義簇的單元，以此為一個構型控制要素，例如設計單元DU、制造單元MU；

縱向：依照系統(tǒng)工程劃分的方案階XS（X表示任意專業(yè)簇）與執(zhí)行階段XP，以此為另外兩個構型控制要素。

通過控制構型控制要素，完成整個系統(tǒng)工程構型矩陣的記錄、控制、變化、衍生。

根據基于系統(tǒng)工程的構型矩陣，制定出業(yè)務流程的空間矩陣，此業(yè)務矩陣也可看作初步的企業(yè)運轉模型；若出現各種工程工作初期時候考慮不周的情況，需要對構型的專業(yè)、簇、工程單元進行調整和補充。

四、結束語

通過系統(tǒng)工程和構型理念的發(fā)展和融合，將會顯著的減少各個專業(yè)之間的協(xié)調難度?；谙到y(tǒng)工程的一體化構型管理，不再著重于產品本身，而是聚焦于產品從需求到交付的一系列研制工程行為本身，進行構型控制的同時也統(tǒng)一了各種數據源，將各個專業(yè)知識融匯到一套體系中進行管理，保證數據的統(tǒng)一性和一致性，方便數據管理和數據回溯。目前MA700飛機的研制模式正在向全面多專業(yè)配置構型的方向發(fā)展。

基于系統(tǒng)工程的一體化構型管理，難點在于專業(yè)劃分及合并，現階段我們還無法實現飛行器設計制造行業(yè)的全專業(yè)耦合仿真，可企及的是多數專業(yè)的耦合仿真和部分專業(yè)的非耦合仿真，如此大背景下，如何合理的細分專業(yè)行為與合并成簇顯得尤為重要，需要更多的行業(yè)專家一起來研究和發(fā)展。

若說系統(tǒng)工程理論是企業(yè)發(fā)展的指導，一體化構型管理則是系統(tǒng)工程進行多專業(yè)協(xié)作的骨骼，論其發(fā)展，構型管理在將來有可能會打破BOM管理、更改管理、數據管理、人力管理、財務管理、維護管理、供應管理等多種現有專業(yè)分塊管理的模式，成為一種更成熟且全面的新模式。

作者單位：航空工業(yè)西安飛機工業(yè)（集團）有限責任公司 邱晞、王立新

航空工業(yè)信息技術中心 鐘進、惠巍、楊懿