军用飞机大修中数字化工艺系统应用

杜永华 韩梁 邱蕾蕾

摘 要 基于PLM平台和IETM结构化编辑器，构建飞机大修业务流程的结构化模型并设计优化飞机大修数字化工艺开发模型，搭建了工厂飞机大修数字化工艺系统;建立了大修飞机单架次维修物料树，重构了结构化修理技术工艺文件生成模式，采用了工序作业结构化回填，引入了更丰富多元的工艺素材和更完善的物料、资源引用功能，实现各类技术工艺文件的结构化、模块化设计与应用，大大提升了工厂大修保障能力和修理质量。

关键词 飞机大修;数字化工艺;物料树;工序;结构化

引言

军用飞机大修是飞机装备等级最高、技术最复杂的修理[1]。目前大修过程中，主要依靠技术人员对修理中涉及的顶层技术文件、工艺规程以及操作工卡进行协调管理，各层文件结构上相互独立，技术、工艺文件的管理需要耗费大量的人力成本和时间成本，且容易产生人为差错[2]。随着计算机技术的发展，通过信息化手段对技术、工艺文件进行结构化开发和标准化管理广泛应用[3-5]。数字化工艺系统能够实现物料、工艺路线、零件配套、工装设备、人员资质等资源的协同定义与管理，从而全面提升工艺设计能力、工艺管理水平，有效缩短工艺准备周期[6]。军用飞机因其技术难度大、技术状态多、多学科集成的特点大大增加了其在大修时技术、工艺文件管理的难度[7]，所以，必须借助信息化手段建立军用飞机大修的数字化工艺系统，实现技术、工艺文件及其资源的统一管理和关联使用，减少人为参与，提高效率同时降低错误率。

本文着眼于工厂工艺体系建设，兼顾未来新机技术发展趋势，在已搭建产品全寿命周期管理（PLM）系统基础之上，引进交互式电子技术手册（IETM）系统，构建飞机大修业务流程的结构化模型并设计优化飞机大修数字化工艺开发模型，搭建了工厂飞机大修數字化工艺系统，实现各类技术、工艺文件的结构化、模块化设计与应用，有效提升工厂大修保障能力及维修质量。

1 大修业务流程的结构化模型

随着计算机技术的发展，传统飞机设计、生产过程中所依据的二维图纸和纸质文件已逐渐被三维模型所取代，这使得飞机设计数据本身高度结构化和系统化。现代飞机设计和制造普遍采用CATIA软件进行三维建模，形成从系统到结构再到零件的树状数据结构，为形成基于物料树（Bill of Materiel，简称BOM）的飞机大修业务流程结构化模型提供了先天条件。在设计数据已完成结构化的基础上，整合优化工厂现有大修业务流程，形成飞机大修业务流程结构化模型如图1所示，包括设计数据接收、工艺开发、工程应用、实例化生产四个阶段。

第一阶段是建立设计物料树（Engineering Bill of Materiel，简称EBOM），然后将接收的飞机产品数模、图样、制造技术条件、技术单、更改单等设计技术资料按对应关系挂入EBOM，实现原始调入材料的结构化，便于大修工艺开发使用。搭建EBOM的工作，并不是设计工作，而是在还原设计单位对装备结构的定义。

第二阶段是建立维修物料树（Service Bill of Materiel，简称SBOM），并在其基础上开展工艺开发，是飞机大修技术准备阶段，也是核心阶段。SBOM根据飞机全寿命周期所有维修需求在EBOM的基础上提取搭建，是工艺素材挂靠、维修工作定义的基础。对于维修企业而言，SBOM是将所有核心技术数据组织起来的一个中性的总框架。产品的某项维修工作是为了保障产品的某些特性，针对维修工作制定具体方案任务，编制相应工序确保产品功能、性能满足使用。产品特性的集合就是该产品的修理技术条件，而产品功能、性能恢复的所需开展的工序集合则为工艺规程。

第三阶段是针对机型建立维修服务树，维修服务树就是飞机特定维修周期所需的所有维修工作的集合。根据维修服务确定维修范围和维修方案，维修范围就是特定维修周期内需要开展维修工作的所有维修单元及维修物料的集合，在其上可以定义该物料及其附带项的分解责任单位、主要修理责任单位和安装责任单位（工艺分工和工艺路线）;维修方案就是完成维修工作所需的工艺任务及其相应工序的集合。

第四阶段是根据现场生产对维修方案进行实例化排产。

2 大修数字化工艺开发设计

2.1 传统工艺开发模型

图2所示为飞机大修传统工艺开发模型。工艺开发的主要载体为纸质文件，过程中各阶段结构上相互独立，过程中的一致性依赖技术人员人为保证，数据复用程度低，技术要求追溯困难，容易产生人为差错。如发生技术要求变化，需对所影响文件进行多次重复更改，容易造成各技术、工艺文件内容相互之间不协调。

2.2 数字化工艺开发模型

工厂飞机大修数字化工艺开发模型如图3所示，主要包括资料调入、明确技术要求、保证和完善技术要求、具体实施四个阶段。该模型的核心是通过IETM编辑将飞机产品性能、参数和其它技术要求转化为特性，形成结构化数据对象，以引用连接的形式实现技术条件到工序的横向联系，可以有效保证厂内技术、工艺文件数据源统一，提高数据复用程度，大大减少技术人员对技术、工艺文件的重复编辑情况，提高效率同时降低错误率。此外，数字化工艺特点是实现了数据的结构化、模块化，根据使用需求可以将数据对象的颗粒度进行细化，一旦技术要求、工艺方法发生变化，只需对单个特性或单个工序进行更改，避免了技术、工艺文件的整本换版，实现了工艺开发的化零为整。

3 大修数字化工艺系统应用

3.1 数字化工艺系统搭建

工厂飞机大修数字化工艺系统是基于产品全寿命周期管理（PLM）系统，结合引进装备交互式电子技术手册（IETM）系统建立起来的。PLM平台用于建立基于BOM的修理工艺路线（结构）规划和设计系统，为生产提供结构化工艺路线基础数据，保证数据源的统一，减少工艺设计和生产准备时间。在相应特性、工序节点创建接口，通过IETM交互式编辑器完成模块化、结构化、三维可视化的工艺设计与开发，实现型号工艺的设计、发布及工艺各环节的关联性，支持快速关联查询产品设计数据。

3.2 数字化工艺系统功能

（1）建立大修飞机单架次维修物料树，按架次、产品和特定周期派生维修服务、维修范围和工艺任务，便于记录产品使用情况、故障信息和修理情况，为实现飞机大修单机状态管理奠定了基础。此外，还可以根据生产实际调整工序颗粒度，组合优化工艺任务，尽量避免工艺任务之间的强交联，优化生产周期，提高设备利用率，以达到产能的最大化。

（2）引入特性、工序、工步等结构化对象概念，重构修理技术工艺文件生成模式（如图4所示），实现修理技术条件、工艺规程的模块化、结构化编制，提高工艺设计开发效率。同时，通过IETM编辑实现技术、工艺文件内部数据模块的网络化关联引用，使得彼此凭借横向关系形成了若干条依据链，大大提高了数据同源程度，实现修理技术要求的全程可追溯和落实检查。

（3）通过在特性编辑过程中创建条件值、特性值数据类型，自动生成结构化回填，能够在工序中直接引用。在实际生产作业时，可以实现回填值与特性默认值的自动比对，有效避免了以往纸质工卡操作人员误填、漏填的情况。同时能够实现系统自动拾取回填数据，为后续开展故障信息统计、分析，实现大数据维修奠定了基础。

（4）支持二维热点、三维动画等更加丰富多元的工艺素材和寿命件、配套项等物料引用及设备、工具、人员资质等资源引用功能，实现现场工卡无纸化、交互式和设备集成化应用，更好地满足现场对工艺、工卡的使用需求，更充分地发挥工卡在作业指导、资源拉动、信息反馈、过程记录等方面的作用。

4 结束语

飞机大修数字化工艺系统的应用大大提升了工厂维修保障能力：①建立了大修飞机单架次维修物料树，为实现飞机大修单机状态管理奠定了基础;②重构了结构化修理技术工艺文件生成模式，实现修理技术要求的全程可追溯和落实检查;③采用了工序作业结构化回填，为后续开展故障信息统计、分析，实现大数据维修奠定了基础;④引入了更丰富多元的工艺素材和更完善的物料、资源引用功能，实现现场工卡无纸化、交互式和设备集成化应用。

参考文献

[1] 中国人民解放军空军装备技术部. 空军航空工程辞典[M].北京：中国科学技术出版社，1998：217.

[2] 戴红霞.技术文件的标准化管理[J].飞机设计，2010，30（1）：77-80.

[3] 刘洋，徐寅，王津，等.航天数字化装配工艺研究[J].现代制造技术与装备，2016，233（4）：63，78.

[4] 柏占伟，胡韶华，范奇恒，等.航天产品数字化工艺快速编制方法及其应用[J].科学技术与工程，2016，33（16）：232-238.

[5] 胡权威，胡光龙，李潇，等.基于全三维的数字化工艺信息集成与智能工艺设计[J].航天制造技术，2017，2：52-57.

[6] 陈剑.基于PLM系统的数字化三维制造工艺平台建设及应用[J].铁道机车车辆，2016，36（5）：48-61.

[7] 陈振，贾晓亮，任寿伟.飞机大修工艺流程研究现状与展望[J].航空精密制造技术，2017，53（1）：38-42.

作者简介

杜永華，男，宁夏中卫人;毕业院校：西北工业大学，专业：固体力学，学历：硕士研究生，助理工程师，现就职单位：国营芜湖机械厂，研究方向：飞机结构修理、军用飞机大修相关研究。