當(dāng)前國(guó)內(nèi)航空制造業(yè)研制手段從二維向全三維過(guò)渡，試驗(yàn)和驗(yàn)證從實(shí)物發(fā)展到虛擬仿真，研制技術(shù)由串行、同地域的應(yīng)用向跨地域/跨企業(yè)、多系統(tǒng)的全生命周期集成應(yīng)用轉(zhuǎn)變，研制業(yè)務(wù)范圍也拓展到詳細(xì)設(shè)計(jì)之前和生產(chǎn)制造之后，主要包括：橫向覆蓋從市場(chǎng)規(guī)劃、研發(fā)階段、生產(chǎn)制造、試飛鑒定和產(chǎn)品支援，縱向上貫穿管理、設(shè)計(jì)、制造、供應(yīng)鏈、試驗(yàn)和維護(hù)的業(yè)務(wù)過(guò)程。因此，本文依據(jù)數(shù)字化協(xié)同研制模式的思想，從點(diǎn)、線和面三個(gè)層次闡述了業(yè)務(wù)過(guò)程和軟件工具間的關(guān)系，并對(duì)使用“補(bǔ)點(diǎn)、連線、構(gòu)面”技術(shù)來(lái)構(gòu)建全生命周期的航空產(chǎn)品制造業(yè)務(wù)數(shù)字鏈，持續(xù)推動(dòng)航空制造業(yè)務(wù)模式的創(chuàng)新和決策水平的提升進(jìn)行了深入的研究。

1 數(shù)字化的點(diǎn)技術(shù)

    上世紀(jì)90年代以來(lái)，信息技術(shù)的發(fā)展以及大規(guī)模定制的生產(chǎn)需求，使得跨地域/多企業(yè)聯(lián)合工作成為航空制造業(yè)的主要趨勢(shì)。在數(shù)字化協(xié)同研制模式下的點(diǎn)技術(shù)不再是傳統(tǒng)的由單一專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員獨(dú)自實(shí)現(xiàn)的單點(diǎn)技術(shù)，而是在協(xié)同研制業(yè)務(wù)過(guò)程下由多專(zhuān)業(yè)的管理和技術(shù)人員共同完成的局部多個(gè)單點(diǎn)技術(shù)的集成，這就要求對(duì)航空制造業(yè)務(wù)過(guò)程中傳統(tǒng)的單點(diǎn)軟件技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)充和完善，以促進(jìn)研制業(yè)務(wù)過(guò)程和軟件系統(tǒng)的協(xié)同與集成，如在可行性和概念設(shè)計(jì)階段解決總體、系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)等所有專(zhuān)業(yè)的需求與功能，邏輯樣機(jī)和幾何樣機(jī)的關(guān)聯(lián)問(wèn)題的系統(tǒng)工程技術(shù)，在數(shù)據(jù)發(fā)放過(guò)程中解決設(shè)計(jì)與制造間協(xié)同工作內(nèi)容的基于成熟度的工藝審查以及通過(guò)使用電子樣機(jī)（包括結(jié)構(gòu)、功能與性能樣機(jī)等），支持全三維研制設(shè)計(jì)、仿真優(yōu)化和迭代的業(yè)務(wù)的全生命周期仿真技術(shù)等。如圖1所示，在產(chǎn)品總體方案設(shè)計(jì)階段的系統(tǒng)工程就是以需求管理中產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)為依據(jù)，在實(shí)現(xiàn)技術(shù)指標(biāo)、對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品（系統(tǒng)、零部件等）以及與之相關(guān)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)和軟件系統(tǒng)三者進(jìn)行關(guān)聯(lián)，開(kāi)展多輪迭代的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終得到能與技術(shù)指標(biāo)匹配的最優(yōu)解（方案）的業(yè)務(wù)過(guò)程。

圖1 系統(tǒng)工程示意圖

2 研制過(guò)程的線技術(shù)

    數(shù)字化協(xié)同研制的核心是利用先進(jìn)業(yè)務(wù)過(guò)程和完整軟件支撐體系，支持研制中相關(guān)過(guò)程、技術(shù)和軟件工具的無(wú)縫集成，貫通研制全生命周期的業(yè)務(wù)線和管理線，打造航空制造業(yè)務(wù)的數(shù)字鏈，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)發(fā)展和管理決策的全面支撐。

    2.1 業(yè)務(wù)連線

    數(shù)字化協(xié)同研制模式下的全生命周期的業(yè)務(wù)線是從總體上對(duì)研制業(yè)務(wù)過(guò)程和軟件支撐體系進(jìn)行規(guī)劃，將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)等離散的信息進(jìn)行“數(shù)字化”處理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品由虛擬設(shè)計(jì)向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)無(wú)縫轉(zhuǎn)化的全業(yè)務(wù)過(guò)程，如圖2所示。

圖2 數(shù)字化協(xié)同研制業(yè)務(wù)線示意圖

    在這個(gè)過(guò)程中核心是產(chǎn)品三維數(shù)字化模型，它實(shí)現(xiàn)的是全生命周期研制過(guò)程的單一數(shù)據(jù)源功能，即在CAD/CAE/CAM、PDM、MES、ERP等軟件工具的支持下，能夠?qū)υO(shè)計(jì)階段定義的產(chǎn)品信息能夠在下游工藝、制造和仿真等業(yè)務(wù)過(guò)程中共享、傳遞、重用與延拓。而為了保證業(yè)務(wù)連線中產(chǎn)品信息的唯一性及其在業(yè)務(wù)過(guò)程中的有效性和可交互性，選擇相同廠商的軟件工具并形成統(tǒng)一架構(gòu)的支撐體系是最優(yōu)方案，但是國(guó)內(nèi)航空制造企業(yè)業(yè)務(wù)過(guò)程的多樣性和信息化建設(shè)的現(xiàn)狀，導(dǎo)致支撐航空制造業(yè)務(wù)線的軟件體系基本上是由不同廠商的軟件所構(gòu)成，而這種采用異構(gòu)軟件導(dǎo)致工程、工藝、制造等數(shù)據(jù)不能共享、傳遞、使用以及多個(gè)軟件不能無(wú)縫的集成等諸多問(wèn)題是研制業(yè)務(wù)線不能完全貫通的主要原因。

    2.2 管理連線

    數(shù)字化協(xié)同研制業(yè)務(wù)模式下的全生命周期的管理線是運(yùn)用項(xiàng)目、需求、構(gòu)型及數(shù)據(jù)的管理思想與方法，實(shí)現(xiàn)航空制造業(yè)務(wù)全過(guò)程中客戶(hù)需求、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、配置功能和邏輯關(guān)系的全面結(jié)合。其核心是將最初以設(shè)計(jì)制造為主的業(yè)務(wù)管理體系，擴(kuò)展到項(xiàng)目管理、需求管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、綜合保障等全生命周期的協(xié)同管理，它涉及到業(yè)務(wù)流程、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、軟件平臺(tái)、數(shù)據(jù)信息的各個(gè)層面，如圖3所示，其目標(biāo)就是要實(shí)現(xiàn)全生命周期的數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)一體化管理，提高產(chǎn)品研制過(guò)程中跨地域/跨單位/跨專(zhuān)業(yè)的并行協(xié)作效率，縮短研發(fā)周期，降低成本。

    管理連線是在業(yè)務(wù)連線（單一數(shù)據(jù)源）的基礎(chǔ)上，利用網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化技術(shù)，對(duì)分布在不同地域/不同企業(yè)的串行業(yè)務(wù)流程、孤立信息系統(tǒng)和離散研制數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理，以提高業(yè)務(wù)流程的連續(xù)性、軟件工具的集成性和數(shù)據(jù)信息的有效性，以適應(yīng)國(guó)內(nèi)航空制造業(yè)由一廠一所的傳統(tǒng)研制模式向著多廠所/跨地域，甚至整個(gè)航空工業(yè)層面的數(shù)字化協(xié)同模式轉(zhuǎn)變，因此，能否貫穿全生命周期的管理連線，不僅要實(shí)現(xiàn)管理思想與軟件功能的深度融合，還需要系統(tǒng)的考慮二者與航空制造企業(yè)自身的組織結(jié)構(gòu)，技術(shù)能力、信息化基礎(chǔ)條件等方面的一致符合性。

圖3 數(shù)字化協(xié)同研制管理線示意圖

3 基礎(chǔ)共性的面技術(shù)

    與傳統(tǒng)業(yè)務(wù)模式相比較，數(shù)字化協(xié)同研制覆蓋的業(yè)務(wù)范圍更全，對(duì)單點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用要求更高，并要實(shí)現(xiàn)全生命周期業(yè)務(wù)線和管理線的貫通，這些都需要以系統(tǒng)工程的思想來(lái)對(duì)產(chǎn)品研制各環(huán)節(jié)的一系列技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、資源以及經(jīng)驗(yàn)和成果進(jìn)行全面的歸納總結(jié)，結(jié)合協(xié)同研制條件下的管理思想與軟件工具的實(shí)際功能，完善包括基礎(chǔ)資源、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及知識(shí)庫(kù)在內(nèi)的各項(xiàng)共性技術(shù)，使它們成為支撐跨地域/多企業(yè)數(shù)字化協(xié)同研制中單一數(shù)據(jù)源、流程協(xié)同管理和并行工作的基礎(chǔ)性保障。

    3.1 基礎(chǔ)資源及知識(shí)庫(kù)

    隨著數(shù)字化協(xié)同研制模式的深入應(yīng)用，基礎(chǔ)資源不再集中在業(yè)務(wù)過(guò)程的某個(gè)點(diǎn)而是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)化管理，也不再是僅為單點(diǎn)技術(shù)服務(wù)而是為所有軟件系統(tǒng)提供全面服務(wù)；各軟件之間的信息集成越來(lái)越重要，各軟件之間的資源共享的需求也愈來(lái)愈緊迫。因此，必須通過(guò)編制建庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范各類(lèi)設(shè)計(jì)制造資源的描述，實(shí)現(xiàn)相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和知識(shí)收集整理與規(guī)范入庫(kù)和動(dòng)態(tài)維護(hù)，構(gòu)建支持航空制造企業(yè)產(chǎn)品研制業(yè)務(wù)過(guò)程和軟件系統(tǒng)集成所需的基礎(chǔ)資源庫(kù)，如圖4所示，提高航空產(chǎn)品協(xié)同研制中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化水平。

圖4 基礎(chǔ)資源庫(kù)的構(gòu)建

    基礎(chǔ)資源庫(kù)除信息代碼庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范庫(kù)最根本的管理庫(kù)外，還有其它與協(xié)同研制相關(guān)的要素可分為基礎(chǔ)類(lèi)資源庫(kù)：包括標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、材料庫(kù)、失效分析庫(kù)等；設(shè)計(jì)類(lèi)資源庫(kù)：包括總體參數(shù)庫(kù)、翼型庫(kù)、重量庫(kù)等；制造類(lèi)資源庫(kù)：包括設(shè)備庫(kù)、工裝/夾具庫(kù)、工藝規(guī)范庫(kù)等�；�礎(chǔ)資源庫(kù)的構(gòu)建必須基于統(tǒng)一管理、統(tǒng)一架構(gòu)、統(tǒng)一部署、統(tǒng)一平臺(tái)的業(yè)務(wù)和管理思想，梳理各類(lèi)庫(kù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建數(shù)據(jù)源頭唯一、結(jié)構(gòu)合理、高度共享的基礎(chǔ)資源庫(kù)體系，然后在此基礎(chǔ)上，通過(guò)通用數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)研制環(huán)境（CAX/PDM/ERP/MES）中的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、工程數(shù)據(jù)、制造數(shù)據(jù)、測(cè)試數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)與知識(shí)庫(kù)相互關(guān)聯(lián)，如圖5所示，即將一個(gè)覆蓋航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、使用和保障維修等方面的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、典型案例以及研制規(guī)范等的知識(shí)庫(kù)集成到協(xié)同研制環(huán)境，使各類(lèi)技術(shù)人員能在設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和維修的過(guò)程中把所需數(shù)據(jù)提煉成知識(shí)，同時(shí)也可根據(jù)技術(shù)人員的需要自動(dòng)推薦已有知識(shí)，并為決策者提供決策支持和智能分析工具。

圖5 基于研制環(huán)境的知識(shí)庫(kù)

    3.2 信息化標(biāo)準(zhǔn)體系

    數(shù)字化協(xié)同研制作為一個(gè)業(yè)務(wù)過(guò)程與軟件技術(shù)深度融合的業(yè)務(wù)模式，需要完善的、高質(zhì)量的信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范來(lái)支撐，構(gòu)建信息化標(biāo)準(zhǔn)體系的目標(biāo)就在于規(guī)范工程數(shù)字化和管理信息化條件下的航空產(chǎn)品研制的要求，推進(jìn)數(shù)字化、信息技術(shù)在研制過(guò)程中全面和規(guī)范的應(yīng)用，解決傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)和管理方法無(wú)法同步于技術(shù)發(fā)展、或滯后于航空產(chǎn)品研制的需求。

    信息化標(biāo)準(zhǔn)體系可從兩個(gè)維度進(jìn)行構(gòu)建，一方面從宏觀角度，如圖6所示，對(duì)涉及研制全生命周期的IT服務(wù)管理、資源庫(kù)、各種管理方法以及公共軟件資源等的共性面技術(shù)，研制過(guò)程的管理連線技術(shù)給出頂層的標(biāo)準(zhǔn)化要求。對(duì)于通用性較強(qiáng)的技術(shù)內(nèi)容，一般使用直接采用標(biāo)準(zhǔn)的策略，對(duì)于能夠反映軟件具體特點(diǎn)的技術(shù)內(nèi)容，采取制定專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)的策略。其中，適用的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)主要包括國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)、航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)、專(zhuān)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和其他標(biāo)準(zhǔn)。

圖6 宏觀的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范示意圖

    另一方面，從航空產(chǎn)品研制過(guò)程中各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的微觀角度出發(fā)，對(duì)涉及到大量的學(xué)科和專(zhuān)業(yè)，以及各個(gè)學(xué)科和專(zhuān)業(yè)橫跨研制的各個(gè)階段，所呈現(xiàn)出特有的流程方法、軟件技術(shù)和業(yè)務(wù)方式，主要包括工程仿真、數(shù)字化定義、數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)與管理、數(shù)字化工裝管理、試驗(yàn)驗(yàn)證以及相關(guān)管理過(guò)程性活動(dòng)。因此將這些共性的要求總結(jié)和提煉，進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)范和定義，形成較完整的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范支持體系。如圖7所示，為飛機(jī)研制過(guò)程中與微觀活動(dòng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系示意圖。

圖7 微觀的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范示意圖

    綜上所知，信息化標(biāo)準(zhǔn)體系主要包括信息化基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（IT標(biāo)準(zhǔn)）、信息技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)（IT應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)）、信息化管理標(biāo)準(zhǔn)等。信息化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)使過(guò)去不可能實(shí)現(xiàn)的在線協(xié)同設(shè)計(jì)、關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)、基于成熟度的多廠所研制協(xié)同成為可能。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前航空工業(yè)形成的數(shù)字化航標(biāo)已有上千份，企標(biāo)超過(guò)兩千份。

4 主流工程軟件分析

    在航空制造業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，一方面計(jì)算機(jī)軟、硬及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，尤其是軟件技術(shù)的提升，為航空制造業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新提供了有力支撐，另一方面工程軟件以先進(jìn)業(yè)務(wù)模式為標(biāo)桿，不斷完善自身功能，以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新對(duì)軟件功能的要求。當(dāng)前國(guó)內(nèi)主流工程軟件都是國(guó)外軟件公司的產(chǎn)品（達(dá)索、西門(mén)子、PTC），它們都起源于航空制造業(yè)，并隨著航空制造業(yè)務(wù)模式的不斷演變，經(jīng)歷了從數(shù)字化單點(diǎn)技術(shù)向研制過(guò)程線技術(shù)、現(xiàn)代基礎(chǔ)共性的面技術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段。目前主要的工程軟件譜系對(duì)比如表1所示。

表1 三家主流工程軟件譜系對(duì)比

    第一階段從上世紀(jì)60～90年代，由于受到傳統(tǒng)業(yè)務(wù)模式影響和計(jì)算機(jī)軟、硬件限制，各軟件公司僅關(guān)注于單個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)效率的提升，工程軟件以CATIA、UG、Pro/ENGINEER等單機(jī)版CAD研發(fā)為主，輔助以CAE/CAM功能。

    第二階段從上世紀(jì)90年代到本世紀(jì)初，全球化經(jīng)濟(jì)的興起，“數(shù)字樣機(jī)”、“并行工程”、“精益生產(chǎn)”等技術(shù)與思想被航空制造企業(yè)所使用，各軟件公司一方面采用自主開(kāi)發(fā)與并購(gòu)相結(jié)合的方法，補(bǔ)充和完善現(xiàn)有軟件產(chǎn)品譜系（Solidworks、Delmia、3Dvia、Teamcenter Manufacturing、Solid Edge、Windchill ProjectLink、Arbortext、ProductView等）來(lái)支撐數(shù)字化協(xié)同研制的業(yè)務(wù)線，另一方面將軟件功能由點(diǎn)向線進(jìn)行拓展，通過(guò)PLM軟件（Teamcenter EntERPrice/Engineering、 ENOVIA VPM、Windchill PDMLink等）實(shí)現(xiàn)數(shù)字化研制數(shù)據(jù)鏈（包括業(yè)務(wù)線和管理線）的貫通。

    與前兩個(gè)階段軟件系統(tǒng)的簡(jiǎn)單整合不同，第三階段由于“全三維（MBD）數(shù)字化設(shè)計(jì)”、“網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同研制”與“大規(guī)模系統(tǒng)集成”等技術(shù)的成熟應(yīng)用，各軟件公司開(kāi)始關(guān)注支持網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的軟件架構(gòu)，以及原有業(yè)務(wù)模式下軟件系統(tǒng)的異構(gòu)問(wèn)題（ENOVIA Matrixone，SIMULIA，Teamcenter等），并將航空產(chǎn)品研制的應(yīng)用技術(shù)、業(yè)務(wù)知識(shí)、管理方法與工程軟件體系深度融合，打造同構(gòu)的、能滿(mǎn)足現(xiàn)代航空產(chǎn)品全生命周期數(shù)字化協(xié)同研制各種需求的全面解決方案，以此來(lái)促進(jìn)航空制造業(yè)務(wù)模式的創(chuàng)新。

5 總結(jié)

    國(guó)內(nèi)航空制造業(yè)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)（設(shè)計(jì)、制造分離等）以及主流軟件公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，使得目前航空制造業(yè)務(wù)過(guò)程與軟件工具之間無(wú)法形成良性互動(dòng)，甚至阻礙了相互發(fā)展，因此，合理的選擇對(duì)業(yè)務(wù)過(guò)程和軟件工具進(jìn)行“補(bǔ)點(diǎn)、連線、構(gòu)面”，大力提升兩者的一致符合性，構(gòu)建起全生命周期的航空制造業(yè)務(wù)數(shù)字鏈，對(duì)于提高我國(guó)航空制造業(yè)數(shù)字化研制和管理水平與質(zhì)量，促進(jìn)航空制造業(yè)由大變強(qiáng)具有重要的戰(zhàn)略意義。

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本文標(biāo)題：航空制造業(yè)務(wù)數(shù)字鏈的構(gòu)建研究

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