民机维修BOM的独立构建方法*

2015-05-31西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室

航空制造技术 2015年19期

西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室田刚莫蓉

中国人民解放军 9 1 3 9 5 部队马献伟

数字化技术在航空工业领域具有广泛的应用，特别是物料清单（Bill of Material，BOM）的管理贯穿于设计、制造等环节。但是，在航空运营与维修行业，BOM仍然缺乏有效的数字化管理手段和方法。这是由于运营部门的维修对于BOM的需求与设计制造不同所致。目前，我国各大航空公司在飞机数字化维修过程中很少采用BOM将维修的部件/附件管理起来，基本上都是采用纸质的维修手册蕴含的内容进行管理。而随着航空产业数字化程度的加深以及向维修维护服务的业务拓展，在飞机设计和制造都采用数字化的BOM进行物料管理的环境下，需要提出一种民机维修BOM的构建方法来提高维修信息管理效率。近几年，对与维修相关的BOM研究主要包括：文献[1]中提到了中性BOM和实例BOM方法的构建来解决BOM的版本问题，以中性BOM为核心的维修知识管理和物料结构追踪技术来综合运用全生命周期知识；采用基于规则的维修策略表示和判定技术为精益维修的实施提供支持。文献[2]中构建了一种BOM单一数据源模型，设计了基于主/子模型集成的集成方法，并根据集合论关系原理，分析了单一产品数据源数据组织的约束关系。文献[3][4]则提出了不同类型BOM之间转换的方法，运用了遗传算法和在数据库层面上层次码与指针码转化算法。这些文献中，对BOM本身整体性的研究都比较深入，提出了一些概念性的方案，但没有专门针对MRO（Maintenance，Repair& Overhaul）过程中维修BOM的设计和生成进行着重分析和研究。本文通过对航空维修领域进行深入调研和分析，提出了一个符合我国航空维修现状特点的维修BOM独立构建方法，并已实际应用于维修生产中。

1 民机维修BOM的作用和特点

民机维修BOM指的是在民用飞机数字化维修过程中所需要的BOM信息，维修BOM包含了民用飞机各部件、组件和零件之间的关系。一般地，维修BOM是按照一定的编码规则、名称、使用数量、价格、维修工具和供应商等海量数据组织在一起的。在航空维修领域，维修BOM还必须包括零部件的可维修性、时寿、检查周期和工作类型等与航空维修密切相关的信息，有时候还必须与维修部件的三维模型库、IETM（电子式交互手册）等信息进行集成。

维修BOM架构上和设计BOM、制造BOM等BOM的表达形式类似，宜采用树状结构进行组织。除根节点外，所有的子节点都必须包含上述民机维修BOM中所提及的信息，而且具有以下特征：

（1）内容可扩展性：维修BOM中零部件的信息，在某新机型初始的维修过程中是确定的；但随着该型号飞机在实际维修过程中维修经验的不断积累，需要对初始的维修大纲和手册进行修订。相应地，维修BOM也可以相应随之增删改，即维修BOM应该具有可扩展性。

（2）编码唯一性：在飞机的全寿命周期内，维修BOM中各部件的编码一旦给定将不可改变，各部件的编码是唯一的，不允许重叠。

（3）时间序列性：民机维修BOM由于涉及的维修部门（航线、工程、航材）、维修方式（外场、内场、返厂）各不相同，而飞机同一型号的改型又有众多。这就要求维修BOM应该具有好的时间序列性，即版本易于控制。

2 维修BOM的独立构建

一般情况下，飞机由制造厂交付运营商后只是附带了维修手册和维修大纲等纸质材料，并没有为维修部门直接提供维修BOM，而且飞机制造业与运营维修业的侧重点不同和信息不对等，因此独立建立维修BOM以利于维修过程的开展是非常必要的。

根据上节对维修BOM的分析，本文将维修BOM主要归纳为：

WBOM={STR，Attr，Mdl，…}，

其中，WBOM表示维修BOM，由架构、属性、几何模型等要素组成——架构（Str）即为该维修BOM中维修对象的结构组成，通常在应用时使用编码进行组织；属性（Attr）即表示各物料在维修过程中相关的维修属性；模型（Mdl）为物料相关的三维或者二维几何模型。若要独立生成维修BOM，首先需要建立维修BOM的架构，然后添加相关的属性和模型信息。

2.1 维修BOM架构及编码

维修BOM架构与设计BOM结构相似，采用树结构表达飞机的结构和系统。但是编码形式和内容与设计BOM完全不同。维修BOM的架构需要体现以下方面的内容：

（1）维修BOM的粒度：维修BOM作为维修活动的数字化支持部分，其整体的粒度层次需要与维修活动一致。维修活动所涉及到的主要是飞机的结构、系统和区域，维修的对象只是针对相应的部件和附件。所以，维修BOM不需要像飞机的制造BOM，除须涉及部/附件的层次，不须进一步的设计加工环节的具体零件层级。

（2）维修BOM的范围：维修BOM除了需要包含相应的维修部件、附件的信息，同时还需要包括飞机维修相关的工具、夹具、车辆等外围物料的信息。这样才能在具体应用维修BOM时可以对维修活动实施所涉及到的各物料进行统一的无差别调配，在真正意义上实现维修BOM的效能。

（3）维修BOM的文档：航空维修活动是在维修手册的指导下进行的，维修BOM在编纂的时候需要充分考虑到维修互动中需要查询的手册和文档，需要将其分门别类的挂载到相应的维修部附件之下。

（4）维修BOM的编码：编码是BOM的重要组成部分，一个优秀的维修BOM其编码自身就能够体现维修BOM在本文第一部分所阐述的维修特征。

这里需要着重指出，航空维修都是在一定的维修标准下实施的。由于我国民用飞机的机型大部分都是国外的型号，维修标准也是采用的国际通行的标准。纵观国内外的维修标准，无论是美制还是欧制的标准都是在同一个维修标准即ATA100上通过组合优化建立起来的。ATA（美国航空运输协会）在2001年将ATA 2100规范“飞机支援数字化资料标准”和ATA 100规范“航空产品技术资料编写规范”的最新版本组合形成ATA 2200规范“航空维修资料标准”[5]，该标准通过多年的实施已经在全球各大航空公司得到了广泛的应用，本文采用该标准对航空维修BOM进行组织。

目前，ATA2200标准中主要有三种编码的方式得到了广泛的应用，即“三要素”编码、区域编码和页码组编码。其中页码组编码主要应用于文档的编制，“三要素”编码和区域编码则可应用于维修BOM的编码。

区域编码和“三要素”编码是相对独立的两套系统，具有低耦合、高内聚的特性。确定设备的“三要素”编码主要是为了完成系统/结构类型的MRO，而确定设备的区域编码主要是为了完成区域类型的MRO；由于系统/机构类型和区域类型的MRO具有一定的空间相关性，所以确定“三要素”和区域编码中的一种，另外一种编码将会更易于确定。维修BOM的架构组织可以表示为

Str={Tr，Zn}，

即维修BOM的编码架构可以表示为“三要素”编码（Tr）和区域编码（Zn）的组合，如图 1、2所示[5]。

图1 “三要素编码”(Tr)Fig.1 Encoding by three factors

对维修BOM进行“三要素”编码和区域编码后，就将维修BOM的整体架构搭建了起来，并且满足对维修BOM编码唯一性和内容可扩展性的要求。

2.2 维修BOM的维修属性

由于民机在具体的维修阶段，主要关注的是飞机的系统、分系统、部件和区域的维修，而零件的工程属性部分不再是关注的重点。同时，因为生成的是维修BOM，所以相应的维修类的描述信息应该添加进去。

图2 ATA区域编码(Zn)构图Fig.2 ATA zone encoding

（1）可维修性（MA）：该属性用来描述飞机某部件适合维修的类型，分为4种类型——M表示一般性日常维护（Maintenance），R表示运营商级别的维修（Repair），O表示制造商级别的飞机大修（Overhaul），N表示无法进行维修、只能进行更换的一些部件。

（2）时寿（SL）：即该部件能够使用的时间，飞机使用到该时间后必须进行更换维护。

（3）检查周期（EP）：即需要对该部件进行相应检查的时期。

（4）工作类型（JT）：即该部件需要进行哪一类的维护检查——LU/SV表示润滑/保养，OP/VC表示使用/目视检查，IN/FC表示检查/功能检查，RS表示回复，DS表示报废。

（5）故障后果（FC）：表示该部件发生失效后将会产生的哪一类故障后果，使用数字进行表示——5表示明显的安全性影响，6表示明显的使用性影响，7表示明显的经济性影响，8表示隐蔽的安全性影响，9表示隐蔽的非安全性影响。图3表示的是明显故障的判断方法，其他类型的故障后果的判断方法类似。

以上维修类的描述大体上可以表示该部件的维修属性，都是在外场和内场维修以及航材备件资源管理中应用到的维修知识的描述，具体的操作参照MSG-3标准[6]。可以表示为式：

图3 明显故障的判定Fig.3 Determination of the apparent failure

Attr={MA，SL，EP，JT，FC，… }，

2.3 维修BOM的发布

在完成了维修BOM架构的建立和维修属性的添加，并与各物料对应的模型信息进行关联，基本上维修BOM已经构建了出来，这时需要对维修BOM进行相应的发布。

单一的一套维修BOM在实际应用中既要能够对维修进行指导，同时还需要不断的完善本身的信息，既有信息的流入也有信息的流出，而且很多情况下同一个大型号飞机下的小型号都是按照客户需求定制的，单一的维修BOM显然无法满足这样的需求。此时，应对维修BOM进行版本管理，以实现维修BOM的时间序列性，将会收到比较好的成效。基本步骤如下：

（1）首先建立静态BOM（stBOM）和实例BOM（inBOM）。

静态的BOM指得是具有静态数据的维修BOM，如图5左侧的结构树便是静态BOM的重要组成部分，基本上所有的飞机型号都是包括机体系统、结构、动力装置等基本的组成部分，这些信息都是必须的，而且可以作为维修BOM进一步实例化的母版。

实例化的维修BOM则是依据飞机不同的类型、型号和子类型，参照记录各部件运行和维修期间的具体信息按照静态BOM为蓝本，而进行特定实例化的维修BOM。

这里需要指出静态BOM和实例化BOM是一个相对的概念，将适用于所有飞机的静态维修BOM（stBOMorigin）实例化为适用于螺旋桨飞机的维修BOM（inBOM1st），可以作为其某型国产民用飞机的静态BOM（stBOM1st）；而实例化后的某型国产飞机的维修BOM（inBOM2st）又可以作为其各个子型号的静态BOM（stBOM2nd），如下式所示。

（2）然后对维修BOM进行差异性分布并进行版本管理。

针对BOM版本管理的差异性，各个不同的型号和不同的维修部门建立与其相关的维修BOM，进行差异性分布式管理，使各个维修部门高速访问和写入相关的BOM信息，将可以有效地压缩BOM占用系统空间，同时不会丢失任何记录的数据。总体的版本控制流图如图4所示。

图4 维修BOM版本管理Fig.4 Edition management of maintenance BOM

本文以某型国产民用飞机维修为例，说明维修BOM的构建方法。独立构建维修BOM的原型系统如图5所示，页面左端显示飞机的结构树：顶层分支表示为飞机总体的分化，与原始的静态BOM一致；次级分支表示螺旋桨飞机的分化，与螺旋桨飞机的静态BOM一致；在次级分支表示其结构的分化，并具体实例化到某部门。从图5中可以看到，飞机部件级别的BOM包含编码、区域编号、三维模型、版本号、手册、检验报告和往期版本等。主起落架减震支柱表示的版本号为1.A.2.1，从左至右第一位数字表示静态BOM为原版，没有进行更动；第二位字母表示，该物料为实例化到A部门的维修BOM；第三位数字表示该物料的实例化BOM进行过两次更动；第四位数字表示该物料自身进行过一次更改。同时，该物料在下挂的往期版本中存储更改之前的编码、区域编号、三维模型、版本号等信息。页面的右侧部分则表示选中物料（图5中选中为起落架）的构成部件的维修信息，包括编码、区域、名称，以及可维修性、时寿、检查周期、工作类型和故障后果等维修属性。

3 结束语

建立维修BOM是实现航空数字化维修不可或缺的部分。本文所提出的方法，兼顾了我国航空应用的实际，对提高航空装备的可靠性和降低维修费用发挥了一定的作用。随着我国航空产业数字化程度的不断加深，如何将在设计和制造过程中已经生成的各类BOM（工程BOM、制造BOM等）向维修BOM进行映射，将是本文下一步所需要探讨的问题。