張曉梅

（金航數碼（航空工業(yè)信息技術中心），北京 100028）

1 引言

當今航空工業(yè)迅猛發(fā)展，飛機的研制任務日益增多，航空運輸業(yè)的快速發(fā)展帶來新型飛機需求量的急劇增長，傳統(tǒng)的基于圖樣的、孤島式和試錯式的產品研發(fā)模式已經不能滿足新型業(yè)務需求?；?xBOM 的產品數據管理、基于模型的系統(tǒng)工程產品研發(fā)和基于數字孿生的可追溯快速產品迭代等新型產品研發(fā)模式，已經成為產品研發(fā)的必然趨勢。針對飛機型號研制過程中 xBOM 的定義和管理，研究基于 xBOM 的技術狀態(tài)管理，通過案例對 xBOM 的定義及應用進行了深入介紹。

2 xBOM的定義

在制造業(yè)中，產品物料清單（Bill of Material，BOM）是生產某種產品所需要的。BOM 數據既用來描述產品的物料組成及物料之間的關系，也用于表示零部件、產品模型、產品說明書和產品質量信息等相關文檔等信息。BOM是對產品樹狀層次化分解的產品結構樹，是以該產品結構樹為核心組織的各類數據。在制造業(yè)中，BOM 是核心的基礎數據，是產品數字化定義的重要內容，是連接企業(yè)產品工程設計和生產經營管理的橋梁。

在產品全生命周期的不同階段，面對不同的部門，存在多種不同意義和用途的 BOM 視圖，稱為 xBOM。xBOM是從不同業(yè)務視角對產品進行分解構建的不同 BOM視圖，通過 xBOM，組織不同業(yè)務環(huán)節(jié)產生的不同類型的產品數據，以滿足不同業(yè)務用戶對產品數據和信息的管理、查看及使用需要。因此，保證這些 BOM 數據的完整性、正確性和一致性具有非常重要的意義。

3 xBOM組成和演進過程

xBOM 組成如圖1所示，圖中展示了產品研制各個階段產生的各種 BOM，在各個階段中，需要以 BOM 為核心，對產品不同研制階段所產生的數據進行結構化的定義和管理，并定義出各種數據之間的關聯關系。xBOM 是設計、制造和服務一體化的核心抓手，是客戶、設計所、制造廠和成品單位協(xié)同工作的核心，是以 PDM、ERP 和MES 為核心的 IT 系統(tǒng)的數據基礎，xBOM 的定義和管理，是信息化建設的核心和重點。

圖 1 xBOM 組成

圖 2 BOM 演進和關聯關系

（1）需求 BOM（RBOM）

需求 BOM 的輸入是利益相關者的需求和系統(tǒng)的能力需求。需求 BOM 用條目化組織和管理需求，同時建立不同需求條目之間的關聯關系，支持需求追蹤和關聯分析。需求 BOM 輸出的是飛機層次化需求及戰(zhàn)術參數。

（2）功能 BOM（FBOM）和邏輯 BOM（LBOM）

以需求為驅動，開展功能/邏輯架構設計。通過功能，滿足所有系統(tǒng)需求，通過不同的邏輯架構實現功能在系統(tǒng)中的不同分配方案。在 MBSE 系統(tǒng)中，基于 FBOM 組織管理功能架構模型，基于 LBOM 組織管理邏輯架構模型，FBOM/LBOM 輸出的是功能基線和分配基線。

（3）設計 BOM（DBOM）

在方案設計和初步設計階段，基于功能/邏輯架構設計結果設計出的主幾何模型、總布置模型和設計規(guī)范（二維或文檔）等，用 DBOM 管理方案設計和初步設計階段的多個設計方案，其結果提交到 PDM 系統(tǒng)進行管理。

（4）工程 BOM（EBOM）

EBOM 分為結構 EBOM 和系統(tǒng) EBOM 。結構 EBOM的輸入的是 DBOM 的概要設計方案。EBOM 由頂層、構型層和底層組成。EBOM 與 DBOM 具有相同的頂層結構。構型層以 EBOM 頂層為基礎，由設計、工藝人員聯合進行 EBOM 構型層規(guī)劃；底層針對 EBOM 規(guī)劃的模塊，由設計人員開展詳細 MBD 設計，設計結果提交 PDM 系統(tǒng)形成具體方案。系統(tǒng) EBOM 輸入的是 DBOM 的概要設計方案，在詳細設計階段根據總體單位提出的成品、系統(tǒng)需求，供應商將開展成品、系統(tǒng)的設計和交付，成品、系統(tǒng)數據在 PDM 系統(tǒng)將通過 EBOM 的系統(tǒng)視圖進行統(tǒng)一管理。

（5）工藝 BOM（PBOM）

PBOM 輸入的是 EBOM，是制造廠工藝管理人員根據工廠制造水平和能力，在 EBOM 基礎上對工藝路線進行調整和再設計得到的，是組織工藝文件的基礎。工藝人員采用自頂向下的設計方法進行工藝方案規(guī)劃和工藝路線設計，并基于 PBOM 組織、管理工藝數據和相關的工裝數據，形成滿足工藝規(guī)劃和工藝路線的 BOM 結構。

（6）制造 BOM（MBOM）

MBOM 是制造廠技術人員根據工廠制造水平和能力，在 PBOM 基礎上根據加工單元的具體情況進行調整和再設計得到的。工藝人員根據飛機部件結構劃分，確定結構相對獨立、工藝相對簡單的工位，基于工位定義加工單元，加工單元與一組特定的空間位置、工裝型架、人員和工具等生產資源對應，工藝人員基于裝配單元開展詳細的裝配工藝和零件工藝設計，其設計結果基于MBOM組織管理（有些用戶的 PBOM 和 MBOM 合二為一為 MBOM）。

（7）裝機 BOM（BBOM）

BBOM 隨著每架飛機的制造裝配過程而建立，各架次飛機的 BBOM 各不相同。BBOM 初始構建是 EBOM 的單架次實例化，以初始 BBOM 為基礎，生產單位反饋各零部件相應的實物信息和質量信息，并在生產交付節(jié)點完成實物信息的反饋，形成完整的單架次 BBOM 。通過 BBOM實現完整的單機實物技術狀態(tài)的管理，實現對制造實物在關鍵節(jié)點（如交付）的追蹤與管控。

（8）試驗 BOM（TestBOM）

試驗 BOM 的輸入為需求指標、試驗機 BBOM、架外改裝和設備交付狀態(tài)。以設計過程產生的試驗試飛大綱為指導，試驗試飛部門開展試飛設計，使用交付的飛機開展多場次的試驗試飛，完成不同的試飛科目并最終給出結論，在此過程中需要對試驗過程中飛機的實際狀態(tài)進行記錄，內容包括每場次試驗試飛飛機的構成、稱重、實效件的使用時間、串換件以及外場服務狀態(tài)等質量信息，TDM系統(tǒng)通過 TestBOM 實現試驗試飛技術狀態(tài)的管理。

（9）服務 BOM（SBOM）

SBOM 的輸入為 EBOM ，由飛機客戶服務部門產生，建立面向客服的產品結構，并以該產品結構為核心組織各種飛機支持維護數據，包括設計數據（設計產生的技術文件、圖樣、數模等），也包括客服數據（裝配單元信息、屬性信息、有效性和配置信息、拆裝過程、維修大綱、圖解目錄、技術插圖信息、可更換單元（LRU）和返修間隔期（TBO）等）。

（10）運營 BOM（OBOM）

OBOM 的輸入為 SBOM 和BBOM，它隨著每架次飛機投入運營過程而建立。各架次飛機的 OBOM 各不相同，基于 OBOM 產品結構組織該架次飛機運營過程中產生的數據，包括飛機基本交付文件、件號（關重件、成附件）、不合格品、壽命和存貨期、使用說明、維修大綱、維修記錄和備件更新記錄等。

4 基于xBOM的技術狀態(tài)管理

（1）技術狀態(tài)管理職責和規(guī)范

有別于傳統(tǒng)的技術狀態(tài)管理，基于 xBOM 的技術狀態(tài)管理涉及到產品研發(fā)的所有單位、部門、角色和專業(yè)，需要業(yè)務職責分工協(xié)同、各個專業(yè)分工協(xié)同和技術層面協(xié)同。xBOM 數據管理與業(yè)務開展的協(xié)同，涉及設計單位內多個設計專業(yè)、制造廠內多個工藝專業(yè)、車間多個制造專業(yè)、成品單位和試驗試飛單位等，存在多專業(yè)之間管理、業(yè)務、系統(tǒng)和數據的協(xié)同。因此，需要從職責部門、管理規(guī)定和執(zhí)行管控上，落實基于 xBOM 的技術狀態(tài)管理。

（2）基于 xBOM 的技術狀態(tài)管理

隨著產品研發(fā)不斷深入，變更、借用和替換等引發(fā)的技術狀態(tài)管理是產品研發(fā)繞不過去的問題。將 xBOM 創(chuàng)建和管理的各個系統(tǒng)集成，形成產品全生命周期管理系統(tǒng)。在數據關聯的基礎上，貫穿飛機研制不同階段，構建產品研制全生命周期的數據網絡，讓 xBOM 成為產品全生命周期中的黃金線索，基于 xBOM 實現產品研制過程中需求數據、功能/架構模型、概念設計模型、詳細設計模型、生產制造數據、試驗/試飛數據、運營維護數據的關聯管理和連續(xù)傳遞，打通 xBOM 之間的數據“割裂”，可實現產品研發(fā)過程中技術狀態(tài)的精細化管理?；?xBOM 的技術狀態(tài)管理如圖3所示。

圖 3 基于 xBOM 的技術狀態(tài)管理

除了建立 xBOM 數據間的關聯之外，對于飛機研制過程中的關鍵參數，可以通過建立 xBOM 中模型之間的參數連接，實現不同研制階段參數在模型之間的連續(xù)傳遞，如將技術需求中的關鍵參數要求傳遞給功能架構設計、并將關鍵參數傳遞給 MBD 模型定義，實現基于參數的連續(xù)傳遞。

由于飛機研制業(yè)務的相關性，前序研制數據發(fā)生變更意味著后續(xù)數據的基準發(fā)生變化，需要后續(xù)研制數據依據變更結果做出相應的調整。構建基于 xBOM 的數據脈絡后，系統(tǒng)可實現對產品研制參數傳遞的追溯。選擇 xBOM模型的參數，可查看相關聯的其他模型參數。當關鍵參數發(fā)生變更時，系統(tǒng)會對受影響的后序模型參數進行提示，驅動后序設計進行應對。xBOM 數據關聯如圖4所示。

系統(tǒng)依據數據的相關性進行全局分析、并驅動基于業(yè)務鏈的更改逐步落實和貫徹，完成一體化的更改和閉環(huán)，實現基于 xBOM 的技術狀態(tài)管理。

1）更改發(fā)起后，經過基于 xBOM 的全局分析決策更改方案。首先通過對前序 xBOM 數據和參數的關聯追溯，分析變更是否與前序研制基線產生沖突，并由此決策是否允許變更；其次通過對后序 xBOM 數據和參數的關聯追溯，分析變更對后續(xù)業(yè)務的影響和變更代價，由此決策是否變更、如何變更。

2）變更執(zhí)行且變更結果發(fā)布后，系統(tǒng)根據 xBOM 數據的關聯，自動通知后序業(yè)務受影響的人員。

3）受影響的業(yè)務人員基于前序變更結果，通過數據關聯性分析受影響的設計，并決策是否通過發(fā)起變更對前序變更進行落實，并在變更完成后反饋落實狀態(tài)。

（3）軍民機客戶技術狀態(tài)管理的差異

在技術狀態(tài)管理上，軍民機都貫徹了全生命周期的過程更改。技術狀態(tài)控制設置維持了產品定義的基線，作為產品全生命周期內后續(xù)需求開發(fā)和適用的依據?？蛻粜枨笞兓⒃O計更改、制造偏離（設計讓步）、供應商變更以及服役階段客戶指令都可引發(fā)技術狀態(tài)的變更。

在軍機層面技戰(zhàn)指標是必須滿足的，軍機的技術狀態(tài)是按照技戰(zhàn)指標來執(zhí)行和管理的。在民機層面更強調的是安全和適航，民機層面影響了產品安全性變更為強制安全項，這種變更不可避免，必須執(zhí)行；不影響安全的變更可根據客戶的經濟性，評估是否執(zhí)行狀態(tài)變更。

產品基線在實際應用過程中，民機將基線狀態(tài)作為一型飛機的標準型，設計和適配更多產成品接口。允許實際用戶（航空公司）根據自身運營情況和自身機隊狀態(tài)進行設備選型。后續(xù)的技術狀態(tài)控制則根據不同的飛機選型狀態(tài)按差異化的構型配置管理。這也是飛機制造商后續(xù)給不同客戶機隊和服務管理差異化的基礎依據。

民機一旦產品交付使用后出現改裝的情況，正常情況下飛機制造商必須通過服務通報（SB）的方式下發(fā)受影響的客戶機隊貫徹執(zhí)行，服務通報屬于技術文檔，文檔中描述改裝的問題和如何實施，并關聯適用性。批準的服務通報視為設計更改，服役期下發(fā)的服務通報具體內容一般不在飛機采辦合約上。因此設計改裝和服務通報具有差異性，服務通報的適用性不能作為實際貫徹的適用性，需要和客戶機隊比較確定真實適用性后執(zhí)行。

5 xBOM定義和管理案例分享

（1）EBOM、PBOM、MBOM 定義和管理

某主機廠在 XXX 型號上基于 xBOM 的一體化管理模式如圖5所示。PDM 系統(tǒng)定義了 EBOM、PBOM、 MBOM及其關聯關系。系統(tǒng)對 EBOM、PBOM、MBOM、AO 和FO 關聯關系進行管理，確保信息的正確傳遞和管理，實現基于 xBOM 的一體化變更管理。

EBOM 管理設計數據包括零部件、三維模型、二維工程圖和技術文件等。EBOM 分為頂層、構型層和底層。頂層和構型層由構型管理委員會創(chuàng)建，底層由工程師在三維模型檢入 PDM 系統(tǒng)時自動生成。

圖 5 EBOM、PBOM、MBOM 定義和管理

PBOM 是在 EBOM 基礎上重構的。在 PBOM 上編制工藝路線、添加工藝組合件及工藝構型件，PBOM 中定義有成品件和三隨件的裝配位置。在 PBOM 構建的同時，系統(tǒng)自動完成可消耗單元、可使用架次、可消耗數量、設計版本和有效性、EBOM 中所屬父件的定義，為后續(xù)消耗式工藝設計做好準備。

MBOM 是按照加工工位，基于 PBOM 消耗式構建出來的。系統(tǒng)首先定義 MBOM 資源集，MBOM 資源集指MBOM 每個裝配單元中可被使用的參裝件及各類工藝資源的合集。MBOM 資源集包括參裝件資源集以及各類工藝資源，包括工裝資源集、設備資源集和輔材資源集等。MBOM 資源集根據業(yè)務需要進行定義，MBOM 基于加工工位將這些資源集組織和管理起來。

AO 是基于 MBOM 通過消耗式方法進行設計的。在進行裝配工藝設計前，先基于裝配單元進行參裝件和工藝資源的規(guī)劃，以確定消耗式 AO 的數據可選范圍。參裝件資源集通過消耗 PBOM 中的“可消耗單元”進行定義，首先由系統(tǒng)根據可消耗單元的交付單位對其按照車間進行“分堆”，再由裝配車間相關用戶完成每個裝配單元所需參裝件的規(guī)劃；其他工藝資源的資源集通過選取或消耗相關資源庫或通過系統(tǒng)集成獲取其他系統(tǒng)的數據由相關業(yè)務人員完成規(guī)劃。

采用“消耗式”的方式進行裝配工藝設計，在編輯/更改 AO 時，通過消耗 MBOM 資源集中的數據進行其配套信息的編制，在消耗過程中，系統(tǒng)將根據有效性對資源集中數據的可選技術狀態(tài)進行過濾，形成基于 MBOM 的消耗式工藝設計。

（2）EBOM、SBOM、OBOM 定義和管理

某主機廠在 YYY 型號上基于 xBOM 的一體化管理模式如圖6所示。這里定義有 EBOM、SBOM、OBOM 及其關聯關系。系統(tǒng)對 EBOM、SBOM 和 OBOM 關聯關系進行管理，確保信息的正確傳遞和管理，實現基于 xBOM 的一體化變更管理。

EBOM 管理設計數據包括零部件、三維模型、二維工程圖和技術文件等。EBOM 分為頂層、構型層和底層。頂層和構型層由構型管理委員會創(chuàng)建，底層由工程師在三維模型檢入 PDM 系統(tǒng)時自動生成。

SBOM 是在 EBOM 基礎上重構的。SBOM 基于型號管理構型，通過 ACT 管理不同架次。根據維修維護情況重新組合產品零部件，形成維修維護單元。維修維護單元里包括裝配單元信息、屬性信息、有效性和配置信息、拆裝過程、維修大綱、圖解目錄、技術插圖信息、可更換單元以及返修間隔期等。

OBOM 是在 SBOM 基礎上構建的。OBOM 基于單機管理，分別對應不同架次管理單機構型、運營和維護記錄等。OBOM 上的維修維護單元里不僅包括裝配單元信息、屬性信息、有效性和配置信息、拆裝過程、維修大綱、圖解目錄和技術插圖信息等，還包括生產制造信息、質量信息和更換記錄等，形成面向某一架次機的運營維護 BOM。

（3）基于 MBOM 的 BBOM 定義和管理

某主機廠在 ZZZ 型號上基于 MBOM 的 BBOM 定義和管理如圖7所示，該項目中 PBOM 和 MBOM 為一個MBOM。PDM 系統(tǒng)對 MBOM 和 BBOM 關聯關系進行管理，確保信息的正確傳遞和管理，實現基于 xBOM 的一體化變更管理。

圖 6 EBOM、SBOM、OBOM 定義和管理

圖 7 基于 MBOM 的 BBOM 定義和管理

BBOM 的結構為基于單架機過濾 MBOM 的 MBOM結構，在此基礎上，系統(tǒng)自動補充如下信息。

1）路線信息：自動獲取 MBOM 中的路線信息，并根據路線自動定義主責單位；

2）數量信息：繼承 MBOM 中的單裝數量；

3）有效性信息：單機有效性；

4）產品生產信息：通過與 MES 系統(tǒng)集成獲取，包括合格證編號、發(fā)證日期、AO/FO 任務系列號、版次、爐批號、數量等；

5）質量追溯信息：通過與質量管理系統(tǒng)集成獲取，包括相關單據以及其單據類型、單據編號和單據名稱、關聯單據編號、任務系列號等。

BBOM 生成后，用戶可通過系統(tǒng)提供 BBOM 編輯器，對自動生成的數據進行增加和調整。人工調整主要由以下原因引起：由于不同系統(tǒng)數據問題導致自動生成BBOM 時，BBOM 數據與實際不符的情況；外廠數據沒有 MBOM 的情況下需人工反饋信息，搭建 BBOM；以及用戶在飛機使用過程中的串換件，及非總師單位加改裝等情況，也需人工反饋信息，搭建 BBOM。通過自動+手動的方式構建完整的 BBOM，確保 BBOM 的狀態(tài)與飛機的實際狀態(tài)保持一致，BBOM 將作為維修 BOM 構建的數據基礎。

6 結束語

從飛機型號研發(fā)出發(fā)，對飛機全生命周期中的各個BOM 進行了定義，闡述了各個 BOM 的演進過程和相互關系，描述了基于 xBOM 的技術狀態(tài)管理。隨著飛機型號越來越復雜，飛機研制技術狀態(tài)管理將越來越精細化，未來將擴展出更多的 BOM，需要對這些 BOM 進行更深入的定義、建立更緊密的連接關系、實現更精細化的技術狀態(tài)管理。因此，在未來飛機研發(fā)中，加大 xBOM 的定義和管理力度，將成為提升飛機型號研制能力的必然趨勢，是未來研究的重點方向。