飞机型号研制过程中xBOM的定义和管理

张晓梅

（金航数码（航空工业信息技术中心），北京 100028）

1 引言

当今航空工业迅猛发展，飞机的研制任务日益增多，航空运输业的快速发展带来新型飞机需求量的急剧增长，传统的基于图样的、孤岛式和试错式的产品研发模式已经不能满足新型业务需求。基于 xBOM 的产品数据管理、基于模型的系统工程产品研发和基于数字孪生的可追溯快速产品迭代等新型产品研发模式，已经成为产品研发的必然趋势。针对飞机型号研制过程中 xBOM 的定义和管理，研究基于 xBOM 的技术状态管理，通过案例对 xBOM 的定义及应用进行了深入介绍。

2 xBOM的定义

在制造业中，产品物料清单（Bill of Material，BOM）是生产某种产品所需要的。BOM 数据既用来描述产品的物料组成及物料之间的关系，也用于表示零部件、产品模型、产品说明书和产品质量信息等相关文档等信息。BOM是对产品树状层次化分解的产品结构树，是以该产品结构树为核心组织的各类数据。在制造业中，BOM 是核心的基础数据，是产品数字化定义的重要内容，是连接企业产品工程设计和生产经营管理的桥梁。

在产品全生命周期的不同阶段，面对不同的部门，存在多种不同意义和用途的 BOM 视图，称为 xBOM。xBOM是从不同业务视角对产品进行分解构建的不同 BOM视图，通过 xBOM，组织不同业务环节产生的不同类型的产品数据，以满足不同业务用户对产品数据和信息的管理、查看及使用需要。因此，保证这些 BOM 数据的完整性、正确性和一致性具有非常重要的意义。

3 xBOM组成和演进过程

xBOM 组成如图1所示，图中展示了产品研制各个阶段产生的各种 BOM，在各个阶段中，需要以 BOM 为核心，对产品不同研制阶段所产生的数据进行结构化的定义和管理，并定义出各种数据之间的关联关系。xBOM 是设计、制造和服务一体化的核心抓手，是客户、设计所、制造厂和成品单位协同工作的核心，是以 PDM、ERP 和MES 为核心的 IT 系统的数据基础，xBOM 的定义和管理，是信息化建设的核心和重点。

图 1 xBOM 组成

图 2 BOM 演进和关联关系

（1）需求 BOM（RBOM）

需求 BOM 的输入是利益相关者的需求和系统的能力需求。需求 BOM 用条目化组织和管理需求，同时建立不同需求条目之间的关联关系，支持需求追踪和关联分析。需求 BOM 输出的是飞机层次化需求及战术参数。

（2）功能 BOM（FBOM）和逻辑 BOM（LBOM）

以需求为驱动，开展功能/逻辑架构设计。通过功能，满足所有系统需求，通过不同的逻辑架构实现功能在系统中的不同分配方案。在 MBSE 系统中，基于 FBOM 组织管理功能架构模型，基于 LBOM 组织管理逻辑架构模型，FBOM/LBOM 输出的是功能基线和分配基线。

（3）设计 BOM（DBOM）

在方案设计和初步设计阶段，基于功能/逻辑架构设计结果设计出的主几何模型、总布置模型和设计规范（二维或文档）等，用 DBOM 管理方案设计和初步设计阶段的多个设计方案，其结果提交到 PDM 系统进行管理。

（4）工程 BOM（EBOM）

EBOM 分为结构 EBOM 和系统 EBOM 。结构 EBOM的输入的是 DBOM 的概要设计方案。EBOM 由顶层、构型层和底层组成。EBOM 与 DBOM 具有相同的顶层结构。构型层以 EBOM 顶层为基础，由设计、工艺人员联合进行 EBOM 构型层规划；底层针对 EBOM 规划的模块，由设计人员开展详细 MBD 设计，设计结果提交 PDM 系统形成具体方案。系统 EBOM 输入的是 DBOM 的概要设计方案，在详细设计阶段根据总体单位提出的成品、系统需求，供应商将开展成品、系统的设计和交付，成品、系统数据在 PDM 系统将通过 EBOM 的系统视图进行统一管理。

（5）工艺 BOM（PBOM）

PBOM 输入的是 EBOM，是制造厂工艺管理人员根据工厂制造水平和能力，在 EBOM 基础上对工艺路线进行调整和再设计得到的，是组织工艺文件的基础。工艺人员采用自顶向下的设计方法进行工艺方案规划和工艺路线设计，并基于 PBOM 组织、管理工艺数据和相关的工装数据，形成满足工艺规划和工艺路线的 BOM 结构。

（6）制造 BOM（MBOM）

MBOM 是制造厂技术人员根据工厂制造水平和能力，在 PBOM 基础上根据加工单元的具体情况进行调整和再设计得到的。工艺人员根据飞机部件结构划分，确定结构相对独立、工艺相对简单的工位，基于工位定义加工单元，加工单元与一组特定的空间位置、工装型架、人员和工具等生产资源对应，工艺人员基于装配单元开展详细的装配工艺和零件工艺设计，其设计结果基于MBOM组织管理（有些用户的 PBOM 和 MBOM 合二为一为 MBOM）。

（7）装机 BOM（BBOM）

BBOM 随着每架飞机的制造装配过程而建立，各架次飞机的 BBOM 各不相同。BBOM 初始构建是 EBOM 的单架次实例化，以初始 BBOM 为基础，生产单位反馈各零部件相应的实物信息和质量信息，并在生产交付节点完成实物信息的反馈，形成完整的单架次 BBOM 。通过 BBOM实现完整的单机实物技术状态的管理，实现对制造实物在关键节点（如交付）的追踪与管控。

（8）试验 BOM（TestBOM）

试验 BOM 的输入为需求指标、试验机 BBOM、架外改装和设备交付状态。以设计过程产生的试验试飞大纲为指导，试验试飞部门开展试飞设计，使用交付的飞机开展多场次的试验试飞，完成不同的试飞科目并最终给出结论，在此过程中需要对试验过程中飞机的实际状态进行记录，内容包括每场次试验试飞飞机的构成、称重、实效件的使用时间、串换件以及外场服务状态等质量信息，TDM系统通过 TestBOM 实现试验试飞技术状态的管理。

（9）服务 BOM（SBOM）

SBOM 的输入为 EBOM ，由飞机客户服务部门产生，建立面向客服的产品结构，并以该产品结构为核心组织各种飞机支持维护数据，包括设计数据（设计产生的技术文件、图样、数模等），也包括客服数据（装配单元信息、属性信息、有效性和配置信息、拆装过程、维修大纲、图解目录、技术插图信息、可更换单元（LRU）和返修间隔期（TBO）等）。

（10）运营 BOM（OBOM）

OBOM 的输入为 SBOM 和BBOM，它随着每架次飞机投入运营过程而建立。各架次飞机的 OBOM 各不相同，基于 OBOM 产品结构组织该架次飞机运营过程中产生的数据，包括飞机基本交付文件、件号（关重件、成附件）、不合格品、寿命和存货期、使用说明、维修大纲、维修记录和备件更新记录等。

4 基于xBOM的技术状态管理

（1）技术状态管理职责和规范

有别于传统的技术状态管理，基于 xBOM 的技术状态管理涉及到产品研发的所有单位、部门、角色和专业，需要业务职责分工协同、各个专业分工协同和技术层面协同。xBOM 数据管理与业务开展的协同，涉及设计单位内多个设计专业、制造厂内多个工艺专业、车间多个制造专业、成品单位和试验试飞单位等，存在多专业之间管理、业务、系统和数据的协同。因此，需要从职责部门、管理规定和执行管控上，落实基于 xBOM 的技术状态管理。

（2）基于 xBOM 的技术状态管理

随着产品研发不断深入，变更、借用和替换等引发的技术状态管理是产品研发绕不过去的问题。将 xBOM 创建和管理的各个系统集成，形成产品全生命周期管理系统。在数据关联的基础上，贯穿飞机研制不同阶段，构建产品研制全生命周期的数据网络，让 xBOM 成为产品全生命周期中的黄金线索，基于 xBOM 实现产品研制过程中需求数据、功能/架构模型、概念设计模型、详细设计模型、生产制造数据、试验/试飞数据、运营维护数据的关联管理和连续传递，打通 xBOM 之间的数据“割裂”，可实现产品研发过程中技术状态的精细化管理。基于 xBOM 的技术状态管理如图3所示。

图 3 基于 xBOM 的技术状态管理

除了建立 xBOM 数据间的关联之外，对于飞机研制过程中的关键参数，可以通过建立 xBOM 中模型之间的参数连接，实现不同研制阶段参数在模型之间的连续传递，如将技术需求中的关键参数要求传递给功能架构设计、并将关键参数传递给 MBD 模型定义，实现基于参数的连续传递。

由于飞机研制业务的相关性，前序研制数据发生变更意味着后续数据的基准发生变化，需要后续研制数据依据变更结果做出相应的调整。构建基于 xBOM 的数据脉络后，系统可实现对产品研制参数传递的追溯。选择 xBOM模型的参数，可查看相关联的其他模型参数。当关键参数发生变更时，系统会对受影响的后序模型参数进行提示，驱动后序设计进行应对。xBOM 数据关联如图4所示。

系统依据数据的相关性进行全局分析、并驱动基于业务链的更改逐步落实和贯彻，完成一体化的更改和闭环，实现基于 xBOM 的技术状态管理。

1）更改发起后，经过基于 xBOM 的全局分析决策更改方案。首先通过对前序 xBOM 数据和参数的关联追溯，分析变更是否与前序研制基线产生冲突，并由此决策是否允许变更；其次通过对后序 xBOM 数据和参数的关联追溯，分析变更对后续业务的影响和变更代价，由此决策是否变更、如何变更。

2）变更执行且变更结果发布后，系统根据 xBOM 数据的关联，自动通知后序业务受影响的人员。

3）受影响的业务人员基于前序变更结果，通过数据关联性分析受影响的设计，并决策是否通过发起变更对前序变更进行落实，并在变更完成后反馈落实状态。

（3）军民机客户技术状态管理的差异

在技术状态管理上，军民机都贯彻了全生命周期的过程更改。技术状态控制设置维持了产品定义的基线，作为产品全生命周期内后续需求开发和适用的依据。客户需求变化、设计更改、制造偏离（设计让步）、供应商变更以及服役阶段客户指令都可引发技术状态的变更。

在军机层面技战指标是必须满足的，军机的技术状态是按照技战指标来执行和管理的。在民机层面更强调的是安全和适航，民机层面影响了产品安全性变更为强制安全项，这种变更不可避免，必须执行；不影响安全的变更可根据客户的经济性，评估是否执行状态变更。

产品基线在实际应用过程中，民机将基线状态作为一型飞机的标准型，设计和适配更多产成品接口。允许实际用户（航空公司）根据自身运营情况和自身机队状态进行设备选型。后续的技术状态控制则根据不同的飞机选型状态按差异化的构型配置管理。这也是飞机制造商后续给不同客户机队和服务管理差异化的基础依据。

民机一旦产品交付使用后出现改装的情况，正常情况下飞机制造商必须通过服务通报（SB）的方式下发受影响的客户机队贯彻执行，服务通报属于技术文档，文档中描述改装的问题和如何实施，并关联适用性。批准的服务通报视为设计更改，服役期下发的服务通报具体内容一般不在飞机采办合约上。因此设计改装和服务通报具有差异性，服务通报的适用性不能作为实际贯彻的适用性，需要和客户机队比较确定真实适用性后执行。

5 xBOM定义和管理案例分享

（1）EBOM、PBOM、MBOM 定义和管理

某主机厂在 XXX 型号上基于 xBOM 的一体化管理模式如图5所示。PDM 系统定义了 EBOM、PBOM、 MBOM及其关联关系。系统对 EBOM、PBOM、MBOM、AO 和FO 关联关系进行管理，确保信息的正确传递和管理，实现基于 xBOM 的一体化变更管理。

EBOM 管理设计数据包括零部件、三维模型、二维工程图和技术文件等。EBOM 分为顶层、构型层和底层。顶层和构型层由构型管理委员会创建，底层由工程师在三维模型检入 PDM 系统时自动生成。

图 5 EBOM、PBOM、MBOM 定义和管理

PBOM 是在 EBOM 基础上重构的。在 PBOM 上编制工艺路线、添加工艺组合件及工艺构型件，PBOM 中定义有成品件和三随件的装配位置。在 PBOM 构建的同时，系统自动完成可消耗单元、可使用架次、可消耗数量、设计版本和有效性、EBOM 中所属父件的定义，为后续消耗式工艺设计做好准备。

MBOM 是按照加工工位，基于 PBOM 消耗式构建出来的。系统首先定义 MBOM 资源集，MBOM 资源集指MBOM 每个装配单元中可被使用的参装件及各类工艺资源的合集。MBOM 资源集包括参装件资源集以及各类工艺资源，包括工装资源集、设备资源集和辅材资源集等。MBOM 资源集根据业务需要进行定义，MBOM 基于加工工位将这些资源集组织和管理起来。

AO 是基于 MBOM 通过消耗式方法进行设计的。在进行装配工艺设计前，先基于装配单元进行参装件和工艺资源的规划，以确定消耗式 AO 的数据可选范围。参装件资源集通过消耗 PBOM 中的“可消耗单元”进行定义，首先由系统根据可消耗单元的交付单位对其按照车间进行“分堆”，再由装配车间相关用户完成每个装配单元所需参装件的规划；其他工艺资源的资源集通过选取或消耗相关资源库或通过系统集成获取其他系统的数据由相关业务人员完成规划。

采用“消耗式”的方式进行装配工艺设计，在编辑/更改 AO 时，通过消耗 MBOM 资源集中的数据进行其配套信息的编制，在消耗过程中，系统将根据有效性对资源集中数据的可选技术状态进行过滤，形成基于 MBOM 的消耗式工艺设计。

（2）EBOM、SBOM、OBOM 定义和管理

某主机厂在 YYY 型号上基于 xBOM 的一体化管理模式如图6所示。这里定义有 EBOM、SBOM、OBOM 及其关联关系。系统对 EBOM、SBOM 和 OBOM 关联关系进行管理，确保信息的正确传递和管理，实现基于 xBOM 的一体化变更管理。

EBOM 管理设计数据包括零部件、三维模型、二维工程图和技术文件等。EBOM 分为顶层、构型层和底层。顶层和构型层由构型管理委员会创建，底层由工程师在三维模型检入 PDM 系统时自动生成。

SBOM 是在 EBOM 基础上重构的。SBOM 基于型号管理构型，通过 ACT 管理不同架次。根据维修维护情况重新组合产品零部件，形成维修维护单元。维修维护单元里包括装配单元信息、属性信息、有效性和配置信息、拆装过程、维修大纲、图解目录、技术插图信息、可更换单元以及返修间隔期等。

OBOM 是在 SBOM 基础上构建的。OBOM 基于单机管理，分别对应不同架次管理单机构型、运营和维护记录等。OBOM 上的维修维护单元里不仅包括装配单元信息、属性信息、有效性和配置信息、拆装过程、维修大纲、图解目录和技术插图信息等，还包括生产制造信息、质量信息和更换记录等，形成面向某一架次机的运营维护 BOM。

（3）基于 MBOM 的 BBOM 定义和管理

某主机厂在 ZZZ 型号上基于 MBOM 的 BBOM 定义和管理如图7所示，该项目中 PBOM 和 MBOM 为一个MBOM。PDM 系统对 MBOM 和 BBOM 关联关系进行管理，确保信息的正确传递和管理，实现基于 xBOM 的一体化变更管理。

图 6 EBOM、SBOM、OBOM 定义和管理

图 7 基于 MBOM 的 BBOM 定义和管理

BBOM 的结构为基于单架机过滤 MBOM 的 MBOM结构，在此基础上，系统自动补充如下信息。

1）路线信息：自动获取 MBOM 中的路线信息，并根据路线自动定义主责单位；

2）数量信息：继承 MBOM 中的单装数量；

3）有效性信息：单机有效性；

4）产品生产信息：通过与 MES 系统集成获取，包括合格证编号、发证日期、AO/FO 任务系列号、版次、炉批号、数量等；

5）质量追溯信息：通过与质量管理系统集成获取，包括相关单据以及其单据类型、单据编号和单据名称、关联单据编号、任务系列号等。

BBOM 生成后，用户可通过系统提供 BBOM 编辑器，对自动生成的数据进行增加和调整。人工调整主要由以下原因引起：由于不同系统数据问题导致自动生成BBOM 时，BBOM 数据与实际不符的情况；外厂数据没有 MBOM 的情况下需人工反馈信息，搭建 BBOM；以及用户在飞机使用过程中的串换件，及非总师单位加改装等情况，也需人工反馈信息，搭建 BBOM。通过自动+手动的方式构建完整的 BBOM，确保 BBOM 的状态与飞机的实际状态保持一致，BBOM 将作为维修 BOM 构建的数据基础。

6 结束语

从飞机型号研发出发，对飞机全生命周期中的各个BOM 进行了定义，阐述了各个 BOM 的演进过程和相互关系，描述了基于 xBOM 的技术状态管理。随着飞机型号越来越复杂，飞机研制技术状态管理将越来越精细化，未来将扩展出更多的 BOM，需要对这些 BOM 进行更深入的定义、建立更紧密的连接关系、实现更精细化的技术状态管理。因此，在未来飞机研发中，加大 xBOM 的定义和管理力度，将成为提升飞机型号研制能力的必然趋势，是未来研究的重点方向。