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PLM助波音787飞机项目实现全球化虚拟生产 |
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作者：陈金兰 刘海滨 |
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1 引言
波音公司的787飞机项目可谓是21世纪前10年数字化技术应用的经典项目之一。它实现了135个地点、180个供应商的协同工作。产品全生命周期管理(PLM)作为波音787飞机项目中全球数字化设计、制造、测试、销售、市场，以及交付的协作平台。对波音787飞机实现全球化虚拟生产起到了关键性作用。
2 波音787的全球化生产网络
波音787飞机是波音公司在全世界外包生产程度最高的机型。从其研制、定型、转化到融资几乎都通过全球网络实现。在787飞机设计和制造上，波音与其全球伙伴达成了史无前例的协同，是波音史上完工最快、造价最低的一次。据统计，在波音787飞棚的400多万个零部件中，波音公司本身只负责生产大约10%——尾翼和最后组装，其余的生产是由全球40多家合作伙伴完成的。波音787飞机的设计由美国、日本、俄罗斯和意大利共同完成。波音787飞机的研发和制造涉及到美国、日本、法国、英国、意大利、瑞典、加拿大、韩国、澳大利亚、中国等多个国家和地区的顶级供应商。
波音787飞机的全球化生产网络如图1所示。
图1 波音787飞机全球化生产网络示意图
波音787项目之所以能够实现与全球合作伙伴的高水平、实时虚拟协同，其根本原因在于采用了PLM作为波音787飞机项目中全球数字化设计、制造、测试、销售、市场。以及交付的协作平台。
3 PLM的组成模型及功能特点
3.1 PLM产生的霄景
所谓产品全生命周期，指从产品的需求、规划、设计、生产、经销、运行、使用、维修直到回收再处置的整个生命历程。在此过程。离不开各种信息技术的应用。如通过CAX、VPD的应用，提高产品设计与制造能力；通过PDM的应用，实现产品设计过程中的数据管理和协同；通过ERP、SCM等系统的应用，实现资源配置、产业链上下游间的协调等。但这些传统的信息技术的应用往往仅关注于产品全生命周期某一个环节，没有做到贯通全局的设计，从而造成了产品全生命周期内各阶段之间的。信息孤岛。现象。
随着上述问题的不断激化，20世纪90年代末，由协同产品定义管理(ePDM)逐渐演化形成了PLM的理念。PLM为产品全生命周期的每一个阶段提供数字化工具和强有力的信息协同平台，打破了限制产品设计者、制造者、销售者和使用者之间进行沟通的技术桎梏。
3.2 PLM的组成模型
按照CIMdata的定义。PLM主要包含三部分，即CAX软件(产品创新的工具类软件)、cPDM软件(产品创新的管理类软件，包括PDM和在网上共享产品模型信息的协同软件等)和相关的咨询服务。PLM的一种组成模型如图2所示。
图2 PLM组成模型示意图
3.3 PLM的功能特点
(1)PLM是PDM的继承和发展
PLM并不是全新的概念，它采自于PDM。在PLM产生之前，PDM主要针对产品设计过程中的数据进行管理；而在PLM中，PDM的概念得到延伸，成为cPDM，即基于协同的PDM，从产品的整个全生命周期，以及参与产品的所有部门和人员协同的角度去考虑。可以说PLM包含了PDM的全部内容，PDM功能是PLM中的一个子集。
(2)PLM、ERP、SCM和CRM构成一种协同关系
企业信息化的应用目前主要体现在四个业务领域：ERP、SCM、CRM和PLM。这四种应用在企业运营过程中各司其职，相辅相成。通过ERP的应用。提高企业的资源配置能力；通过SCM的应用，实现与企业生产经营上下游产业链的协调与沟通；通过CRM的应用，实现企业与下游客户关系之间的管理；通过PLM的应用。实现企业生产经营的核心产品全生命周期的管理。
可见，现有的企业信息系统。ERP、SCM、CRM和PLM之间并不能相互替代，而是四者之间构成一种协同关系。使用PLM软件来真正管理一个产品的全生命周期，需要与SCM、CRM，特别是ERP进行集成。PLM把产品放在一切活动的核心位置，对整个协调过程起调配作用，有了PLM，ERP、CRM和SCM系统才有了一个可靠的、可以在产品全生命周期访问到的、最新、最准确、最完整的产品信息源。
(3)协同是PLM的核心，虚拟是PLM的理想状态
协同是PLM的核心，包括两方面的含义：产品全生命周期内各阶段之间的协同和管理；产品开发各个阶段或环节上各相关企业、相关部门和相关人员之间的协同。
虚拟是PLM的理想状态，也就是在真实世界中什么都没有发生之前，就可以利用PLM平台，对一个产品进行设计、形成原型、测试、制造和在三维环境中服务。
4 PLM在波音787飞机项目中的应用及效果
波音公司使用达索公司的PLM V5R16，包括CATIA，DELMIA，ENOVIA，SMARTEAM等，在真正开始生产飞机之前，就针对波音787项目的各个方面，如制造流程等，进行了数字化设计、制造和测试。其中，CATIA用于数字产品的定义和模拟；DELMIA用于精益生产流程的定义；ENOVIA和SMARTEAM则以一种协同的方式管理产品生命周期中的所有信息，包括产品配置、工艺知识和资源信息等。PLM的应用。实现了787项目从“摇篮到坟墓”的—体化管理。
4.1 波音787项目采用的PLM的特点和技术架构
PLM V5R16解决方案具有三个特点：一是CATIA V5不再仅仅作为完成三维几何造型设计的传统CAD工具，而是作为对产品和产品相关的知识进行创建和优化的系统；二是从传统的产品“数据管理”转变为企业的“知识管理”；三是从传统的“管理结果”转变为注重“控制过程”。
达索公司的解决方案并不是简单地将CAD软件与PDM软件组合起来，而是建立了统一的、多层次的技术架构。达索公司的PLM解决方案通过PPR HUB实现了PLM内部各个系统之间的信息集成和对产品数据、流程及资源的有效监控与管理；并通过CAAV5中间件实现ERP、CRM、SCM等各类软件厂商的应用软件和解决方案与达索PLM的集成。
4.2 PLM在波音787飞机项目中的应用效果
(1)PLM为波音787项目提供了一个分布式、世界范围的协同工作空间
波音787项目基于PLM创造了一个称作全球协作环境(CCE)的虚拟研发工作区。它通过网络使所有项目参与者(包括波音公司的各部门、波音787项目的合作伙伴、系统原设备供应商及客户等)不论身处何地都像在同一个机构工作一样，并按照统一的标准进行概念设计、产品设计、产品制造和产品支持。
(2)PLM使得波音787项目成为第一个在产品全生命周期实现全三维模型与仿真的民机项目
利用PLM，波音787项目成为第一次在如此大尺寸且复杂的项目上应用3D模型与仿真技术，而且从项目的一开始到生产再到产品保障。全程采用三维模型和数字仿真技术的民机项目。在CATIA所建立的针对产品整个开发过程的三维数字化产品定义和模拟的环境中。准确、直观的三维模型成为了传递设计和产品规划信息的基本手段，过程中的所有参与者都可以访问到零件、装配和系统的维数据模型。
(3)PLM为波音787项目全生命周期中不同环节间的“环馈”建立了通道
PLM使得波音787项目基于准确的3D零件、装配工装模型、虚拟技术装配，以及仿真技术，建立了比波音777项目更加完善的数字化设计、仿真和制造环境。这种数字化环境建立了设计人员和制造人员的沟通渠道，实现了飞机设计和制造工程师之间畅通的。环回。般的交流，避免在投产时才发现设计的不可制造性。极大减少了波音787项目中的返工现象。同时，在实际投产前就可对生产系统和流程进行优化，以避免由于没有对产品设计和生产规划进行测试，而在产品生命周期后期发生的错误所带来的成本代价。
(4)PLM实现了波音787飞机动画般的“虚拟出厂”
2006年12月6日，波音公司使用最新的3D技术显示出虚拟的787梦想飞机下线场面，PLM的应用为波音787项目实现首次。虚拟出厂。提供了重要的技术支持。PLM实现了从设计到生产车间，从生产到客户支援每一个环节的虚拟显示，最终实现了波音787项目数字式总装到“飞机全寿命期电影”的一次革命。
5 结束语
波音787是第一架从产品概念设计到生产全过程使用PLM解决方案的飞机，也是第一架虚拟推出的飞机。凭借PLM解决方案，787飞机所需的开发时间从上一代777飞机所需的5年减少到4年。
PLM改变了传统的设计制造管理的方式、方法和手段。目前，国际上先进的制造企业已经普遍采用了PLM解决方案。这也启示我国制造企业要加强PLM应用的广度和深度，PLM必将成为我国制造企业未来信息化发展的必由之路。
参考文献
1 方亦宁．建立PLM系统是制造业进入21世纪的必由之路．航空制造技术，2004：2
2 赵敏．什么是PLM．中国制造业信息化。2003：8
3 马春．波音787梦想飞机全球造．http://www.istis.sh.cn/list.asp?id=4416
4 沈建新，周儒荣．产品全生命周期管理系统框架及关键技术研究．南京航空航天大学学报。2003；5
5 上海科技发展研究中心．创新网络：为先行者带来收益、繁荣与发展．科技发展研究。2007：17(end)
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(7/24/2009) |
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