飞机制造企业PDM的组织和实施

作者：白永红 王泽玉 邱晞

欢迎访问e展厅 展厅 3 PDM/PLM/CAPP展厅 图文档管理系统, CAPP... PDM是一种利用数据模型对企业的产品形成过程进行管理的方法，在企业信息技术应用中起越来越显现出它的战略意义。长期以来，航空企业在信息技术的单项应用方面进行了许多研究和应用工作，取得了很多成果，同时也暴露出了许多问题。最大的问题就是产品数据的管理混乱，因此，研究产品数据管理已成为目前企业在产品研制过程中要面对的最主要的问题。 1 PDM应用需求 随着飞机研制过程中数字化手段的应用，飞机设计制造的效率也不断提高，但数字化技术的发展和应用导致先进的制造技术水平同落后的产品数据管理水平之间的矛盾，这就需要应用产品数据管理技术实现面向数字化研制过程中的数据管理、流程管理、构型管理，实现飞机研制过程中的信息集成、过程集成和资源共享，具体表现在以下几个方面： （1）飞机数字化研制过程中单一数据源的需求。目前国内飞机制造业在飞机型号研制中虽然采用了数字化设计制造技术，但在飞机设计和制造过程中不是单一数据源。例如，飞机设计院采用三维设计二维发图，某一个零件发到制造厂的是二维图纸，而制造中该零件采用数控加工时又要重新进行三维建模，诸如此类造成设计制造之间多数据源的现象，容易引起有效性的混乱，造成超差甚至废品。因此，必须在飞机研发过程中建立单一数据源，建立产品的全局数据，保证数据的唯一性和一致性。 （2）数字化飞机研制过程中数据管理的需求。一架飞机由20~100万个零件组成，数字化的飞机设计过程会产生大量的信息，因此对于电子数据管理的需求变得越来越迫切。为实现真正的数字化飞机设计制造，必须采用产品数据管理技术来管理飞机产品模型（包括模型之间的约束关系）、数字样机、工艺数据、工装数据等全生命周期中的所有产品数据，支持设计、工艺、工装之间的并行协同工作和模型数据的重用。 （3）飞机数字化研制过程中构型管理和配置管理的需求。在传统的飞机研制模式中，通常很少采用构型和配置管理，致使在飞机交付用户之前要耗费大量的时间来作装机零件清册的人工统计，即使如此也不能保证这个清册的正确性；另一方面，飞机在制造过程中不能保证没有漏装或多装零件。因此应用产品数据管理技术管理飞机的构型是急需解决的关键问题，在实话构型管理的过程中不仅要有效地管理数字化定义模型和各类技术文件的有效性，而且要建立完整的物料清单，不同部门可以根据需要在这个物料清单中提取自己需要的视图。 （4）数字化飞机研制过程中流程管理的需求。目前产品数据管理技术的应用程度还不能支持对工程更改、工作流程等飞机研制过程的流程管理，多数单位还采用传统的更改和审批发放流程，把数字模型变成工程图纸，然后再去审批。这不仅削弱了数字化技术的优势，而且难免发生各种各样的差错。为了提高飞机数字化研发的效率，必须实现基于数字化定义的产品生命周期状态管理、工作流程管理、工程更改管理等研制过程的管理。 （5）并行飞机数字化研制的需求。在飞机设计阶段，飞机性能、零组件结构形式、零件尺寸、材料、数量、装配工艺性等都将确定。目前飞机研制一直沿袭串行的工作方法，不能够在设计的早期考虑可制造性、可装配性以及质量保证等因素，因此对于在制造过程中暴露出的问题，设计人员不得不对原有设计进行多次反复修改，在很大程度上影响了研制的周期和质量，增加了成本。并行工程就是对产品及其相关过程（包括设计、制造、维护）进行并行、一体化设计的一种系统化的方法，在产品设计阶段就考虑到产品生命周期（从概念形成到产品报废）中的所有因素，包括制造、装配、维护、质量、成本、进度和用户需求等。PDM是实话并行工程的重要使用工具，实施PDM是进行并行工程和全球化敏捷生产的必要条件。 （6）跨企业协同产品开发的需求。在中航一集团的“大集团”战略指导下，今后新机研制的任务不可能封闭在一厂一所进行，更不可能封闭在一个厂内进行设计和制造，异地协同设计制造条件下产品数据的管理是我们必须面对和解决的问题。这就要求建立一个跨企业的以产品为中心的工作环境，在技术上就是要体现“产品协同商务”的整体目标，在形式上联合设计制造的各个厂所就是一个完整的“广义企业”。在这个企业内要管理完整的产品生命周期中所有的信息和过程。 2 产品数据管理的实施目标 2-1 产品对象 PDM系统是一个面向对象的信息系统，它除了完整地描述产品对象的形态之外，还对产品的形成过程加以描述、约定和控制。因此，PDM的实施与飞机研制紧密相关。在PDM实施中必须选择合适的、具有条件的产品对象才能保证实施的成功。西安飞机工业集团有限公司（西飞）在PDM实施中明确了以某重点工程型号为本期PDM实施应用的对象。 2-2 实施目标 产品数据管理是一种利用数据模型对制造企业的产品形成过程进行管理的方法。飞机制造企业PDM实施的目标是：利用一个集成系统来管理飞机在研制过程中生成的信息；管理飞机的构型和配置；管理飞机研制的过程以及过程信息；集成飞机研制过程中使用的各种软件工具。因此，PDM需要利用模块化的结构对产品的整个形成过程进行控制并对在该过程中形成的或需要处理的数据和文档进行管理。 （1）设计制造信息集成管理 管理飞机研制过程中产生的产品信息是PDM系统实施的目标之一。必须实现飞机研制中所产生的所有信息的统一管理和控制区，实现唯一数据源，保证数据的一致性、正确性、完整性和安全性。这些信息包括产品结构、设计模型、各类设计技术文档、各类工艺文件、工装设计和制造模型以及技术文档、制造信息等。 （2）飞机构型和配置管理 建立飞机完整一致的物料清单（BOM），完成飞机设计过程中的BOM（E-BOM）到飞机制造过程的BOM（M-BOM）的重构，通过对M-BOM和E-BOM的对照进行装机清册的比较。根据各类需求生成和管理生产BOM、采购BOM等，并建立各类BOM之间的相互关系。建立一套完整的有效性规则，保证在任何时候、任何人得到的都是正确的版本。 （3）飞机研制过程管理 实现对飞机研制过程动态、灵活的管理，保证将正确的信息在正确的时刻递给正确的人，以做出正确的操作。按照并行工程的思想和方法，实现产品设计成熟度定义与管理，支持飞机产品开发过程的重组；实现产品数据预发放和发放过程的定义与管理；实现工程更改过程的管理；实现工装数据的预发放和发放过程的定义与管理；实现工艺设计过程的管理。 （4）系统集成 实现PDM对CAX、OFFICE等各种工具软件的封装和集成。实现PDM系统与档案管理、工艺综合管理、工装管理、ERP等应用系统的初步集成，接收、管理来自各应用系统的产品数据，并向各系统提供必要的工程数据。 3 实施内容 3-1 顶层设计与实施规划的制订 实施PDM是一项系统工程，它的实施涉及面广，必须站在整个企业的角度，做好实施的顶层设计，制订实施的总体规划，明确实施的目标和任务，落实各个阶段的具体目标，细化落实任务，并逐步贯彻实施。 PDM系统管理产品整个生命周期内的全部产品数据，内容包括企业各部门产生和使用的产品信息，及与之对应的图形、文字、表格、数据和指针等类型的数据。将所有原来孤立分散的数据变成相互关联的有机整体，需要做大理的分析整理工作。PDM系统的实施周期长、投入大，实施PDM系统对整个企业的信息管理做一次大的手术，无论是设备的投资，还是人员的培训，都远远超过一般应用系统的推广应用。因此，实施PDM实质上就是管理制度科学化的过程，如果没有企业级的统一规划和指挥，就不可能实现管理模式的调整，也就不可能真正实施PDM系统。 针对西飞PDM项目实施目标，在西飞PDM的实施规划中将项目实施分为初步设计阶段、详细设计阶段、试运行阶段和正式投产4个阶段。初步设计阶段根据实施的飞机型号对象详细整理产品数据管理的范围以及相关的业务现状，明确定义业务需求，集中精力解决至关重要的技术难点或可能存在的颠覆性问题，排除项目实施的拦路虎，定义在PDM环境下的实施方法。在初步设计阶段工作的基础上，设计PDM数据库环境，详细研讨PDM实施应用系统的技术规格（数据库结构和客户化要求等），并完善业务规范，明确规定数据库用户标准操作规程，最终确定推广实施的最佳方案。根据详细设计阶段确定的实施方案客户化PDM系统，客户化完成的PDM系统必须先在试验环境优化调整，通过试运行后再在真实的飞机型号中正式运行。 3-2 PDM实施的工作流程 PDM实施的工作流程主要包括现有流程评估和详细需求分析，进行未来流程定义及系统设计（包括差异分析、未来业务场景及流程定义、系统架构详细设计、应用开发培训等）、方案实施与系统功能客户化、系统单元测试、系统集成测试、系统验收测试及用户培训等过程。PDM实施的工作流程见图1。 3-3 飞机研制产品信息流模型 在飞机研制过程中，PDM是飞机产品信息线的核心，飞机研制中的所有产品信息都是围绕着产品数据管理来进行的，图2是以西飞为例的PDM系统功能信息流图。 3-4 产品数据管理 产品数据管理的目标是：利用一个集成的信息系统来产生和管理产品设计和制造过程中所需要的完整的技术资料。因此，PDM需要利用模块化的结构对产品的整个形成过程进行控制，并对在该过程中形成的数据进行管理。 在PDM中，以产品结构树为主线组织管理产品数据，产品结构以树状形式描述，树中的叶节点表示零件，枝节点表示部组件，根节点表示飞机。这种图示方式表示了飞机、部件、组件和零件之间的层次关系。树中每个零部件都有属性，如零件的材料、重量、尺寸、工艺路线等。每个零部件都有相关的文档，如零部件的二维图纸、三维模型、技术说明、工艺加工指令、装配指令、工装模型等。PDM使得文档信息和相关的零部件有机地联贯在一起，实现产品数据的有效管理。 产品数据包括以零件为主线的产品设计BOM、产品三维和二维模型数据、产品的图形数据、更改单、技术要求、材料热处理、设计技术文件等数据，在产品模型中包含有定义零件的基本体素，产品零、部件的几何/拓扑信息，零、部件的整体几何特征信息，几何变换信息和其它特征信息等；产品的图形信息包括零件图、部件图和装配图的数据以及产品的技术要求等。设计所形成的产品结构树只表示飞机各零组件在结构上的关系，是飞机设计完成后的结果。 设计完成的产品结构树不能直接在飞机装配中使用，制造厂要对产品结构树进行调整，生成装配结构树，在这个调整过程中零件在树中的位置可以不同，但零件的个数必须一样。同时，在调整过程中产品结构树中需要加入大量的工艺、工装、制造等数据信息。 工艺数据主要指在工艺设计过程中有产生的数据，它包括指令性文件、工艺设计手册上已经标准化和规范化的工艺数据以及标准工艺规范等（一般由材料、机床、刀具、量夹具、标准工艺规程、成组分类特征以及已输入到计算机的零件信息和对应的最终工艺规程等数据信息组成）。在工艺规划过程中产生的相关信息，由中间过程数据、零件图形、中间工艺规程、NC代码等组成，包括加工卡片、物料清单和更改记录。 3-5 产品构型管理 产品构型管理以电子仓库为底层支持，以产品的相关数据做为其管理对象，以物料清单（BOM）为其组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，实现产品数据的组织、控制和管理，高效、灵活地检索和查询最新的产品数据，实现产品数据的安全性和完整性控制。产品构型管理能够使企业的各个部门在产品的整个生命周期内共享统一的产品构型，各个职能单位根据自己所关心的内容，提取生成相应的产品结构视图，如采购视图和生产视图等，而不仅仅是版本控制和物料清单的创建。 在产品构型管理中，要建立飞机的整体模型，使各个使用人员对产品有完整的了解，建立飞机的构型配置规划，建立一致的完整的产品BOM。在生产制造过程中，企业随时需要获得最新的产品信息，即各类BOM，不同部门对BOM的要求不一致，但相互之间必须保持一致，因此，产品构型管理必须能根据不同要求生成各类不同的BOM。 通过构型管理能够搞清楚某架次的飞机中采用了哪些零件，零件的版本版次分别是什么，本架次飞机中哪些零件具有代替件和互换件，某一零部件的版本为什么要更改等有效性信息。 3-6 各类BOM的管理及生成 PDM对飞机构型采用BOM控制法进行管理和描述，每个BOM都是管理对象，BOM中包括原材料、半成品、零件、部件及其相互之间的关系，零部件可以同时与多个BOM相关联。 设计生成的是飞机设计过程的BOM（E-BOM），它是在产品设计时产生的面向功能的BOM。 制造厂在工艺过程规划中，首先根据制造设备、人员的能力，参考E-BOM和产品模型，编制装配协调图表、装配顺序图表等；增加工艺路线分工信息、材料定额信息等；针对零部件在飞机制造过程中的安装位置对零组件进行拆分；根据装配时的工艺要求增加工艺组件等，最后形成反映飞机制造过程的BOM（M-BOM）。 在M-BOM的重构过程中，E-BOM中的各个零部件都与M-BOM中的各个零部件相关联。此外，在M-BOM的装配结构上增加了新的部件和联系，这样就形成了一张完整的联系图，其中包括了所有已定义BOM中的构件及其联系。 PDM系统要完成E-BOM与M-BOM的比较，主要是比较M-BOM中的零件数与E-BOM中的零件数是否一致。 应该指出，每一个零部件和每一个联系至少应该属于一个BOM。因为飞机的所有BOM都被存放在数据仓库中，所以，利用PDM可以对E-BOM和M-BOM的任何一个更改状态进行查询。 依据一定的规则，可以在M-BOM中提取自制件的BOM、外购件的BOM、成品清单等，生成各种视图。 3-7 软硬件设计 不同的软件体系对硬件环境的要求会有差异，一旦硬件环境确定下来，就会限制软件功能的选择，造成不必要的损失。因此，首先要确定软件体系，然后再制订硬件环境。 PDM软件的选型要服从长远规划的大局，从飞机型号的应用情况出发综合考虑，同时还要考虑到软件功能的丰富性、系统的灵活性和开放性、访问的时间性、规模的可调性、使用的方便性、技术的支持性和潜在性、价格的合理性等因素。 4 PDM实施的方法和步骤 4-1 PDM实施队伍的组织 PDM系统的实施具有涉及面广、信息工作量大，管理模式变革周期长、投入大等特点。PDM系统的实施不是少数几个人经过几天或几周的培训就可以投入使用的，必须做为一项工程进行系统的实施，在实施过程中必须要有一支作风过硬、技术扎实的实施队伍。PDM实施必须在领导小组的领导下，组织专门的PDM实施项目组，项目组中应该包括熟悉企业业务流程的专家、产品数据管理解决方案专、应用专家和熟悉相关软件的用户、熟悉系统客户化和编程的程序员以及IT支持人员等。 PDM实施的团队组织见图3。 4-2 实施步骤 通常，PDM系统实施包括组建队伍、需求分析、系统设计、详细设计、二次开发、安装与装置、人员培训以及试运行等步骤。根据实际情况，这些步骤也可以有所变动。图4简要地描述了西飞的PDM实施步骤。 5 结束语 近30年来，数字化制造技术发展日益加快，已成为提高企业竞争力的重要手段，并使飞机的设计、制造技术和方法发生巨大变革，开创了全新的飞机设计制造模式。而产品数据管理技术在这种变革中起了巨大的作用，在从设计到制造的整个产品开发过程中，产品数据管理已成为其中至关重要的一环，特别在大型飞机制造企业中受到了广泛的重视，并且得到了普遍和深入的应用，取得了明显的效果。PDM最终必定会成为支持跨企业的整个产品生命周期的产品开发支撑平台，适应信息时代产品开发由单一企业自主开发向广义企业或虚拟企业异地协同开发、制造和管理转变的要求。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (5/23/2006)