产品全生命周期成熟度模型研究

杨修茂，胡 敏，张体亮

（1.中航工业洪都，江西 南昌330024；2.驻320厂军事代表室，江西 南昌330024）

0 引 言

在现代飞机研制中，随着数字化技术的发展与广泛应用，人们越来越追求在飞机研制全生命周期中的多学科、多专业之间的并行协同。以美国为代表的西方发达国家在飞机研制过程中，率先开展基于数字化设计的并行设计，从根本上改变了传统的飞机串行研制模式，取得了显著效益。波音777飞机研制，通过应用数字化并行设计技术，使得波音777飞机在设计更改方面造成的返工减少50%，制造精度提高一个数量级，研制周期缩短25%以上。

并行工程 （Concurrent Engineering，简称CE）是对产品设计及其相关过程 （包括制造过程和支持过程）进行并行、集成化处理的系统方法和综合技术[1]。并行工程技术要求产品开发人员从一开始就考虑到产品全生命周期（从概念形成到产品报废）内各阶段的因素，并强调各部门的协同工作，通过建立各决策者之间有效的信息交流与通讯机制，综合考虑各相关因素的影响，使后续环节中可能出现的问题，在设计早期阶段就被发现并得到解决，从而使产品在设计阶段便具有良好的可制造性、可装配性、可维护性及回收再生等方面的特性，最大限度地减少设计反复，缩短设计、生产准备和制造时间。同时，它强调产品设计与工艺过程设计、生产技术准备、采购、生产等活动并行交叉进行[2]。随着国内数字化技术和信息化技术的迅猛发展，在飞机研制中开展并行工程已经成为了可能。

1 飞机研制阶段梳理

国内某技术标准2993-1997《武器装备研制项目管理》中规定，常规武器装备的研制阶段一般划分为论证阶段、方案阶段、工程研制阶段、设计定型阶段和生产定型阶段。对于飞机项目，研制阶段分别为立项论证阶段、方案设计阶段、工程研制阶段、设计定型阶段和生产定型阶段。

立项论证阶段。主要任务是通过论证和必要的试验，系统地分析飞机研制的可行性，对飞机进行概念设计，对战术技术要求、飞机总体技术方案、研制经费、研制周期、研制条件需求等方面进行深入的综合论证。

方案设计阶段。在上一阶段的基础上，对飞机方案进行论证，形成飞机总体研制方案报告，并进一步开展初步设计、详细设计工作，攻克关键技术，明确各系统定义，完成总体方案协调和打样，冻结飞机技术状态，编写飞机研制总要求。

工程研制阶段。依据批准的飞机研制总要求，开展飞机详细设计、试制和试验工作。具体包括：

1)完成发图前验证性试验；

2)完成飞机详细设计，发出全套生产数模、产品规范、工艺规范、材料规范草案等相关配套技术文件，完成试飞测试设备安装协调，发出试飞测试改装数模，发出地面设备和随机工具生产数模和技术条件；

3)完成软件的设计、开发和测试；

4)发出试验任务书及全机静动力等试验大纲，确定飞机上天前应完成的试验任务，完成试验设备设计；

5)支持成品研制单位完成成品样机试制，协调提供新成品试验件和技术文件。

设计定型阶段。对飞机性能和使用要求进行全面考核，以确定其是否达到研制任务书和研制合同的要求。具体包括：

1)完成飞机调整试飞，申请国家鉴定试飞；

2)解决试飞中出现的技术问题，完善设计；

3)完成各系统地面试验；

4)成品研制单位完成新成品设计定型；

5)完成新材料使用鉴定；

6)编制飞机设计定型所需的全部文件资料；

7)根据使用部门的要求，确定试用批飞机的投产技术状态，支持试用批飞机生产及部队领先试用，做好部队试用保障工作；

8)试验和试飞工作全部结束，达到研制总要求目标，各类定性文件准备就绪；

9)向飞机定型委员会提出申请设计定型报告。

生产定型阶段。依据国家飞机定型委员会对设计定型的批复，通过小批生产和试用，完成飞机生产定型。具体包括：

1)按设计定型状态组织小批生产，进行工装、零件鉴定，满足互换协调要求，稳定产品质量，按批生产要求完善生产线；

2)配合使用方使用，做好外场服务工作；进行部件和全机疲劳试验，给出飞机寿命；

3)进行新成品生产定型，定点配套，稳定供应渠道；

4)编制生产定型文件资料；

5)进行生产定型生产、鉴定和报批；

6)进行整个型号研制费决算，配合确定生产成本和飞机价格。

表1为数字化条件下，飞机各研制阶段的主要工作标志和对应阶段的数字样机状态。

2 产品成熟度模型研究

2.1 产品成熟度模型

对于飞机研制项目以及期望建立起设计与生产制造等专业、部门之间的并行协同的飞机研制模式而言，若仅仅是依照立项论证、方案设计、工程研制、设计定型和生产定型的五个研制阶段划分，进行项目的组织、策划与管理，必然是过于粗放。因此，在上述五个研制阶段划分基础上，结合飞机全生命周期中的重大事件/事项和重大评审，开展了飞机产品成熟度（Maturity Level简称ML）的研究。

将飞机项目研制过程，从项目启动到批生产产业化直至飞机停产退役的全过程，从重大事件/事项和重大评审角度，划分出图1所示的17个成熟度等级，包括ML0项目启动、ML1项目正式立项、ML2飞机设计技术说明、ML3初步总体技术方案确定、ML4基本定型、ML6零件/工装制造开工、ML8完成总装装配工装、ML9 01架进入总装、ML10 01架进入试飞站、ML11 01架首飞、ML12鉴定试飞等大事件、ML15停产、ML16退役，也包括ML5方案设计评审、ML7详细设计评审、ML13设计定型评审、ML14生产定型评审等评审。

飞机各研制阶段与各成熟度等级的对应关系具体见表2。

2.2 产品成熟度等级描述

确定了飞机全生命周期的产品成熟度模型，为实现设计、生产制造等专业部门的多学科间的并行

协同飞机研制，还必须明确各专业在每个成熟度等级之下的工作内容，以使彼此之间的协同合作关系一目了然。

表1 飞机各研制阶段的主要工作标志及数字样机状态

图1 产品成熟度模型

表2 飞机研制阶段与产品成熟度关系

各级产品成熟度等级下的主要工作内容见表3。

表3 产品成熟度下的主要工作内容

续表3

3 结 语

本文所提及的产品全生命周期成熟度模型，是飞机数字化研制工作推进到一定阶段的必然产物，或者说是数字化条件下进一步缩短飞机研制周期、降低研制成本、提高研制效率与研制质量的关键所在。只有在统一的产品全生命周期成熟度模型基础上，全面展开各专业的相关研究工作，才可能实现大型复杂产品系统工程研制——飞机并行协同研制。

并行协同是一套设计技术与方法，更是一种管理理念。成熟度技术是实现并行协同的重要支撑，但要在产品研制全生命周期中开展并行设计，还需结合企业实际，制定相应的标准、规范和管理制度，依托PLM软件平台让并行协同工作更高效开展，最终实现产品设计、工艺/工装设计和制造的并行协同。

[1]胡庆夕.并行工程原理与应用.上海：上海大学出版社，2001，8.

[2]熊光楞.并行工程的理论与实践.北京：清华大学出版社，2001，5.

[3]孙聪.飞机数字化研制基本体系和建设进展.辽宁：沈阳飞机设计研究所，2007，12.