0 引言
飛機(jī)產(chǎn)品有上百萬個零部件，這些零部件在設(shè)計、制造和使用過程中更改頻繁，造成飛機(jī)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理極其復(fù)雜。設(shè)計與制造中飛機(jī)的構(gòu)型數(shù)據(jù)變更對型號、設(shè)計方案、工藝和加工有重大影響，在使用過程中主要是結(jié)構(gòu)與版本的變化。飛機(jī)在服役的30年內(nèi)，其零部件更替十分頻繁，每隔一段時間會產(chǎn)生一個新的飛機(jī)結(jié)構(gòu)版本，將其反饋給設(shè)計所來管理飛機(jī)歷史版本，可以輔助改進(jìn)設(shè)計、研制新型號，提高飛機(jī)的實用性和可靠性，但也因此影響了飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)的變化。本文采用簡化構(gòu)型(configuration)的管理方法，用表示飛機(jī)結(jié)構(gòu)、基本信息、使用壽命和變更歷史的單機(jī)構(gòu)型管理飛機(jī)使用過程的構(gòu)型，同時結(jié)合構(gòu)型追溯對飛機(jī)構(gòu)型進(jìn)行有效性管理，從而及時跟蹤和控制使用過程中的飛機(jī)構(gòu)型更改，使構(gòu)型變化時刻處于受控狀態(tài)。
1 構(gòu)型管理簡介
構(gòu)型是構(gòu)型項在其研制過程中正式規(guī)定的、在產(chǎn)品使用過程中體現(xiàn)客戶要求的功能特性和物理特性的完整表示。簡言之，是反映客戶對產(chǎn)品各種需求的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表示。構(gòu)型管理也稱配置管理或技術(shù)狀態(tài)管理，不同領(lǐng)域采用不同的名稱，配置管理一般應(yīng)用在普通的民用產(chǎn)品領(lǐng)域，如汽車、計算機(jī)、軟件等領(lǐng)域；技術(shù)狀態(tài)管理和構(gòu)型管理一般應(yīng)用于航天和航空領(lǐng)域。其中：技術(shù)狀態(tài)管理是我國在軍備方面一直采用的概念；構(gòu)型管理則是當(dāng)前飛機(jī)制造領(lǐng)域普遍采用的概念，其在管理的范圍、功能和內(nèi)涵上均有擴(kuò)展。
飛機(jī)構(gòu)型分為機(jī)型構(gòu)型和單機(jī)構(gòu)型，機(jī)型構(gòu)型定義了飛機(jī)型號系列的產(chǎn)品配置，單機(jī)構(gòu)型是每架飛機(jī)的實際物理組成。在生產(chǎn)階段，生產(chǎn)廠家按機(jī)型構(gòu)型的配置要求生產(chǎn)飛機(jī)，在總裝階段明確每架飛機(jī)的具體安裝件，初始化單機(jī)構(gòu)型。單機(jī)構(gòu)型是機(jī)型構(gòu)型的實例，單機(jī)構(gòu)型之間的差異通過構(gòu)型配置的有效性來區(qū)分，如圖1所示。
圖1 機(jī)型構(gòu)型與單機(jī)構(gòu)型的關(guān)系
飛機(jī)在服役階段需要執(zhí)行一系列維修保障業(yè)務(wù)，如大修、定期維修、排故維修和技術(shù)更改等，這些業(yè)務(wù)導(dǎo)致飛機(jī)單機(jī)構(gòu)型發(fā)生更改，改變了飛機(jī)與機(jī)件的有效配置關(guān)系。因此，使用過程中的單機(jī)構(gòu)型管理極為必要。
飛機(jī)使用過程中的構(gòu)型管理是一種面向產(chǎn)品全生命周期，以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為組織方式，將各階段產(chǎn)品數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來并對其進(jìn)行管理和控制，進(jìn)而保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)一致性、有效性和可追溯性的管理技術(shù)。因此，構(gòu)型管理的關(guān)鍵在于對更改的跟蹤和控制，并將構(gòu)型管理、業(yè)務(wù)變更、時間管理等各方面組成一個有機(jī)結(jié)合的統(tǒng)一整體；換言之，構(gòu)型管理的實質(zhì)是及時跟蹤和控制更改，使構(gòu)型項的變化時刻處于受控狀態(tài)。在使用過程中，飛機(jī)構(gòu)型受到一系列維修保障任務(wù)影響，例如：由定期檢修、排故而進(jìn)行的換件，來自制造廠商的技術(shù)更改而執(zhí)行的硬件更改和軟件升級，飛機(jī)和裝機(jī)件使用壽命到達(dá)翻修期限而進(jìn)行的翻修，以及地面測試或備件不足而引起的串件，使得飛機(jī)構(gòu)型處于不斷變化中，飛機(jī)構(gòu)型更改流程圖如圖2所示。
圖2 構(gòu)型更改流程圖
構(gòu)型管理的基本要素是構(gòu)型項，它可以是一個或多個單元的硬件、軟件或集合體；在簡化構(gòu)型管理體系中，構(gòu)型項由選型項(selection)、可選項(option)和模塊(module)組成，它們將直接反映客戶定制產(chǎn)品的構(gòu)型。與傳統(tǒng)研制過程中的構(gòu)型管理不同，飛機(jī)使用過程中構(gòu)型管理關(guān)注的是對構(gòu)型項的有效性的管理，具體體現(xiàn)為對構(gòu)型項的安裝時間、拆卸時間與相關(guān)業(yè)務(wù)的管理。單機(jī)構(gòu)型管理的構(gòu)型項包括單機(jī)、系統(tǒng)、部件、機(jī)件及其與維護(hù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)工卡/工卡組，其中機(jī)件在飛機(jī)使用過程中的更換最頻繁、數(shù)據(jù)量最大，其管理難度也最大。以機(jī)件為主要對象不但簡化了單機(jī)構(gòu)型管理的難度，而且對部件備件庫管理、維修資源配置也具有重大意義。
2 單機(jī)構(gòu)型管理
飛機(jī)結(jié)構(gòu)在不同應(yīng)用需求下提供不同的視圖（如圖3），如研發(fā)設(shè)計視圖、生產(chǎn)裝配視圖、使用維護(hù)視圖等。本文主要關(guān)注飛機(jī)的使用維護(hù)結(jié)構(gòu)，即使用維護(hù)階段的裝配飛機(jī)組成結(jié)構(gòu)。與其他飛機(jī)構(gòu)型相比，使用過程中的單機(jī)構(gòu)型涵蓋了飛機(jī)從設(shè)計到制造的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及從服役開始到報廢整個階段的使用數(shù)據(jù)，是飛機(jī)及其結(jié)構(gòu)的全壽命周期數(shù)據(jù)管理，包括各構(gòu)型項的安裝、拆卸、串換件歷史信息等。飛機(jī)全壽命周期在時間上以飛機(jī)出廠時的構(gòu)型為起點(diǎn)，起到飛機(jī)報廢為止。
圖3 不同階段的飛機(jī)結(jié)構(gòu)視圖
單機(jī)構(gòu)型的核心問題是構(gòu)型項的建立與維護(hù)，通常將構(gòu)型項和模塊以及模塊以上的產(chǎn)品縱使對應(yīng)，模塊以下的產(chǎn)品零部件組織將不再定義模型項，從而簡化單機(jī)構(gòu)型的管理。本文對單機(jī)構(gòu)型的有效性管理通過版本有效性和時間有效性同時定義。版本有效性通過對產(chǎn)品版本的跟蹤和控制，來區(qū)別和記錄產(chǎn)品在發(fā)展過程中的變更歷史，定義的規(guī)則是最新版本有效，版本有效性主要應(yīng)用于機(jī)載軟件的更新歷史管理。時間有效性是通過每次變更開始時間和結(jié)束時間的管理，來準(zhǔn)確記錄產(chǎn)品演變過程、保證歷史可追溯，其規(guī)則是當(dāng)前時間有效，可應(yīng)用于構(gòu)型項的變更歷史管理。
單機(jī)構(gòu)型的不斷變化特性使信息存儲存在一定難度，若以完整構(gòu)型的形式存儲信息，則不但會因數(shù)據(jù)量以倍數(shù)量級增長面難以管理，而且從整架飛機(jī)到下層的每一個零部件管理方式大大增加了單機(jī)構(gòu)型的深度，即增加了構(gòu)型控制的復(fù)雜度和難度，由此增大了后續(xù)環(huán)節(jié)的失誤。同時，在飛機(jī)使用過程中，頻繁拆裝變更的是飛機(jī)的裝機(jī)件，構(gòu)型上的系統(tǒng)和部件較少發(fā)生變更。基于以上原因，本文以逐層調(diào)用的方式實現(xiàn)單機(jī)的構(gòu)型管理，飛機(jī)數(shù)據(jù)的存儲采用遞歸方式。飛機(jī)的機(jī)件數(shù)量和規(guī)模巨大，以美國波音747大型客機(jī)為例，該機(jī)型每架飛機(jī)的零件數(shù)量多達(dá)600萬件（包括標(biāo)準(zhǔn)件）。本文所實現(xiàn)的系統(tǒng)將裝機(jī)件以拆裝記錄的方式單獨(dú)存儲，從拆裝記錄與部件節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系獲取，以減少單機(jī)構(gòu)型記錄表的數(shù)據(jù)量，同時將機(jī)件的變更歷史與構(gòu)型的結(jié)構(gòu)樹分享，使管理對句更加清晰明確。本文所實現(xiàn)的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計如圖4所示。
圖4 單機(jī)構(gòu)型數(shù)據(jù)庫設(shè)計
圖4中，單機(jī)構(gòu)型記錄表以父節(jié)點(diǎn)、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的關(guān)系實現(xiàn)自身的遞歸循環(huán)，用有效時間起、有效時間止完成構(gòu)型節(jié)點(diǎn)有效性的判定。圖中加粗方框標(biāo)注的是單機(jī)構(gòu)型和拆裝記錄數(shù)據(jù)表，該表以極其簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲了完整的單機(jī)構(gòu)型各個構(gòu)型項的基本信息和結(jié)構(gòu)關(guān)系；雙線方框標(biāo)注的是飛機(jī)和機(jī)件數(shù)據(jù)表，該表記錄了單機(jī)構(gòu)型基本組成元素的詳細(xì)信息；其余數(shù)據(jù)表記錄了其他必要的構(gòu)型項詳細(xì)信息。至此構(gòu)成了單機(jī)構(gòu)型數(shù)據(jù)拆分存儲以及頻繁變更的裝機(jī)件的拆裝歷史記錄管理。應(yīng)用本文方法實現(xiàn)的系統(tǒng)已在某飛機(jī)設(shè)計研究所進(jìn)行實踐，結(jié)果表明，這種數(shù)據(jù)存儲和管理方式能夠縮減數(shù)據(jù)表數(shù)量和視圖數(shù)量，同時將該所原有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、外場數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、維修維護(hù)管理系統(tǒng)和備件管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫導(dǎo)人本系統(tǒng)進(jìn)行測試，能夠滿足數(shù)據(jù)的唯一性、一致性、完整性和可追溯性。
3 單機(jī)構(gòu)型追溯
單機(jī)構(gòu)型的管理已相當(dāng)復(fù)雜，為保證飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性和前后一致性，并可反饋給飛機(jī)設(shè)計單位，作為改進(jìn)飛機(jī)設(shè)計性能或飛機(jī)改型的重要依據(jù)，本文提供了構(gòu)型的追溯方法，即將使用過程中飛機(jī)的全部信息都建立在單機(jī)構(gòu)型中，通過后臺代碼邏輯使系統(tǒng)用時問有效性來判定安裝記錄中的某一裝機(jī)件是否為某一時刻飛機(jī)的構(gòu)型項，從而達(dá)到構(gòu)型追溯的目的。
單機(jī)構(gòu)型追溯建立在一種良好的構(gòu)型管理方法基礎(chǔ)上，難點(diǎn)在于獲取飛機(jī)上所有在追溯時間點(diǎn)有效的構(gòu)型項信息，前提條件為追溯的單機(jī)以及追溯的歷史時間點(diǎn)。圖5所示為單機(jī)構(gòu)型追溯的設(shè)計流程圖。
圖5 單機(jī)構(gòu)型追溯流程圖
如圖5所示，首先判定前提條件是否滿足，即是否存在要追溯的單機(jī)，若存在則追溯開始；否則不存在該單機(jī)的構(gòu)型信息，流程結(jié)束。另一前提條件是追溯的歷史時間點(diǎn)，在具體查詢單機(jī)構(gòu)型數(shù)據(jù)表中的記錄時，配合有效時間起、止才能追溯到當(dāng)時的單機(jī)構(gòu)型項。下面圖解說明應(yīng)用歷史時間點(diǎn)追溯單機(jī)構(gòu)型項的方法。
以圖1中飛機(jī)JXX一2001的發(fā)動機(jī)31XO02和進(jìn)氣口320111機(jī)件為例說明。首先，發(fā)動機(jī)31XO02和進(jìn)氣口320111安裝在飛機(jī)JXX一2001上，正常服役一段時間后，在t1時刻發(fā)生故障，拆卸發(fā)動機(jī)進(jìn)行原件拆修；經(jīng)過一段時間達(dá)到可用狀態(tài)后，在t2時刻重新安裝回飛機(jī)JXX-20Ol；t3時刻與飛機(jī)JXX一2002的進(jìn)氣口進(jìn)行串件試驗；t4時刻發(fā)動機(jī)31X002出現(xiàn)異常，但由于任務(wù)緊急，需要與飛機(jī)JXX-2002上的發(fā)動機(jī)31XO22串件以保證完成任務(wù)；t5時刻串件試驗結(jié)束，進(jìn)氣口串件恢復(fù)；t6時刻對進(jìn)氣口320111進(jìn)行拆卸檢修；t7時刻發(fā)動機(jī)串件恢復(fù)，安裝到飛機(jī)JXX一2001上；t8時刻進(jìn)氣口320111檢修完畢，安裝到飛機(jī)JXX一2001；t9時刻飛機(jī)進(jìn)行大修，拆卸發(fā)動機(jī)和進(jìn)氣口。
同理，將機(jī)件拆裝記錄數(shù)據(jù)表中的所有數(shù)據(jù)按照時間和事件描述的內(nèi)容，在時間軸上依次排列(起點(diǎn)是單機(jī)構(gòu)型創(chuàng)建的有效時間起)，此處的數(shù)據(jù)必須是安裝飛機(jī)為JXX-2001的記錄。假設(shè)單機(jī)構(gòu)型的追溯歷史時間點(diǎn)為T時刻(如圖6中的豎線)，所截取的時間軸上的機(jī)件構(gòu)型項為進(jìn)氣口320121和發(fā)動機(jī)31X002，其他構(gòu)型項的獲取方法類似，則可獲得JXX一2001飛機(jī)在歷史時間點(diǎn)T 時刻的所有構(gòu)型項。
單機(jī)構(gòu)型中，飛機(jī)結(jié)構(gòu)的層級關(guān)系通過父子節(jié)點(diǎn)體現(xiàn)，且父節(jié)點(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)是一對多的關(guān)系，即一個機(jī)件不能同時安裝在兩個(或以上)位置上，而一個系統(tǒng)下可以有多個部件位置嘲。通過對單機(jī)構(gòu)型數(shù)據(jù)表的遞歸調(diào)用，可以展開單機(jī)構(gòu)型結(jié)構(gòu)樹，追溯到歷史時間點(diǎn)的完整構(gòu)型。實踐證明，通過上述方法追溯到的單機(jī)構(gòu)型結(jié)構(gòu)樹，與部隊飛機(jī)履歷副本上數(shù)據(jù)還原得出的單機(jī)構(gòu)型一致，信息系統(tǒng)的優(yōu)勢在于，將功能集成于便于操作的按鈕中，可大大減輕人員的計算時間和出錯率，具有可推廣性。
單機(jī)構(gòu)型中，飛機(jī)結(jié)構(gòu)的層級關(guān)系通過父子節(jié)點(diǎn)體現(xiàn)，且父節(jié)點(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)是一對多的關(guān)系，即一個機(jī)件不能同時安裝在兩個(或以上)位置上，而一個系統(tǒng)下可以有多個部件位置。通過對單機(jī)構(gòu)型數(shù)據(jù)表的遞歸調(diào)用，可以展開單機(jī)構(gòu)型結(jié)構(gòu)樹，追溯到歷史時間點(diǎn)的完整構(gòu)型。實踐證明，通過上述方法追溯到的單機(jī)構(gòu)型結(jié)構(gòu)樹，與部隊飛機(jī)履歷副本上數(shù)據(jù)還原得出的單機(jī)構(gòu)型一致，信息系統(tǒng)的優(yōu)勢在于，將功能集成于便于操作的按鈕中，可大大減輕人員的計算時間和出錯率，具有可推廣性。
圖6 裝機(jī)件追溯法圖示
4 結(jié)束語
本文在簡化管理的基礎(chǔ)上，對使用過程中的單機(jī)構(gòu)型采用分層遞歸的方式進(jìn)行存儲管理。同時針對使用過程中飛機(jī)各項業(yè)務(wù)影響的構(gòu)型變更，提出以時間為主線、在某一追溯時間點(diǎn)查詢飛機(jī)構(gòu)型項的方法，從而獲得追溯當(dāng)時的飛機(jī)構(gòu)型項的集合，再按照構(gòu)型樹中的父子節(jié)點(diǎn)關(guān)系，還原出追溯當(dāng)時完整的單機(jī)構(gòu)型。這種管理和追溯方法使單機(jī)構(gòu)型變化時刻處于受控狀態(tài)，為設(shè)計維護(hù)單位提供了決策參考。
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本文標(biāo)題：飛機(jī)使用壽命周期構(gòu)型管理和追溯
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