PDM的备件数据管理

【导读】
[摘要]讲述了产品数据管理在飞机制造业的应用,及其在飞机备件数据管理中的重要地位和作用。重点讲述了产品数据管理对飞机构型和物料清单的管理,并在此基础上开发了备件数据管
[摘要]讲述了产品数据管理在飞机制造业的应用,及其在飞机备件数据管理中的重要地位和作用。重点讲述了产品数据管理对飞机构型和物料清单的管理,并在此基础上开发了备件数据管理系统,此备件数据管理系统是飞机制造商备件服务工作的关键起点,为飞机制造商制定航空公司备件推荐清单,制定库存清单,以及进行备件投资分析提供了必要的数据基础。


 
  飞机备件是保证飞机正常飞行的重要物质基础,服务于维修活动。飞机结构复杂,零备件种类繁多,产品数据庞大,对备件科学有效的管理是备件支援与服务的重要内容,是企业赢得市场的决定因素之一。

1概述 
  随着我国飞机制造业数字化工程的启动,产品数据管理(Product Data Management,PDM)、企业资源计划(Enterprise Resource Planning,ERP)等集成制造系统正不断改进和完善,对零备件的管理也变得更加科学、规范。
 
  物料清单(Bill of Material,BOM)是PDM和ERP系统的重要组成部分,是制造业的核心数据,也是PDM和ERP两大信息平台的交汇点。其中,由19131管理的工程物料清单(Engineering Bill of Material,EBOM)是产品工程设计管理中使用的数据结构,它精确地描述了产品的设计指标和各零部件之间的产品结构关系。本文从PDM出发,阐述了EBOM在飞机备件数据管理中的重要地位和作用,并从工程实际出发,开发了备件数据管理系统,通过对EBOM中的零件信息进行可拆性分析得到潜在备件集,为民机备件支援与管理工作提供了必要的数据保障基础。
 
2PDM在飞机制造业的应用
  产品数据管理PDM是以产品数据为中心,集成并管理所有与产品相关的信息、过程、人与组织的软件。PDM是一种管理产品信息的工具,提供了对各种产品设计、制造与维护的信息进行存储、管理以及控制的功能。PDM将产品从概念设计、计算分析、详细设计、工艺流程设计、制造加工、文档信息、销售维护直至产品消亡的整个生命周期内及其各阶段的相关数据,按照一定的抽象模型加以定义、组织、传递和管理,使得产品数据在整个生命周期内保持一致、最新、共享及安全。
 
  飞机的产品结构复杂,零部件种类繁多,数目高达几十万种之多。其间还会不时地出现设计更改,版本更新等;民用飞机还会出现客户的多样化需求,如同一种型号的飞机,甚至每一架次都有可能不同。据说当年我国与合并前的麦道公司合作生产的干线飞机中,美方向我国提供重达12吨的技术文档资料。要管理好如此庞大的飞机产品数据,只有充分利用现有的优秀PDM软件并根据自身情况进行二次开发,这才是解决当前问题的最佳方案。
 
3PDM在飞机备件管理中的重要地位和作用
3.1飞机备件管理
  飞机备件管理是指为保证飞机正常运行所必须提供的飞机结构件、系统件、标准件和成品附件的供应而进行的一系列工作,包括制定备件计划、备件采购、建立科学合理的备件库、随时处理飞机紧急订货、迅速提供用户需要的各种材料、部件和设备等,是民用飞机制造商产品支援和航空公司备件保障的重要活动之一。备件管理工作随新型飞机设计的开始而开始,随飞机全部退役而结束,贯穿于飞机的研制、试飞、销售和使用的全过程。
 
  备件支援是实现飞机正常维修的必要保障,备件支援包括备件计划、备件商务、备件库存、备件质量管理等各项内容,其中备件费用约占维修及其维修支援费用的60%-70%,因此备件计划管理是备件支援中的一项基础工作。具体说来,备件计划是指为了保障航空公司等飞机用户所购飞机的正常商业运营,制造商和用户协作,根据用户的资金投入情况、飞行保障要求等要素制定,向用户提供推荐采购备件及相应备件供应资料的一系列活动。备件计划作为制造商客户服务的一部分,通过使用快捷的现代数字化信息交流等渠道,向客户提供飞机维修、改装等所需航材支援服务,为航空公司制定投资省、交付及时的多种备件支援方案,从而提高用户机队整体签派率,使客户达到利益最大化的根本目的。
 
对于飞机制造商而言,备件支援管理的起点是确定哪些是潜在备件,而备件管理的源头数据就是工程物料清单EBOM。
 
3.2飞机构型管理和BOM管理
  构型(Configuration)又称配置,就是产品数据模型在整个产品生命周期中不断演变的动态结构。产品结构与构型管理是PDM的核心功能之一,它提供在产品的整个生命周期建立和管理产品的定义和结构的能力。其主要功能包括:PDM表的创建、自动生成和编辑;产品结构的图示化浏览、查询:产品结构的多视图建模、管理:支持产品数据的版本管理;基于规则的配置管理:与MRP、MRP-II、ERP等系统的集成。
 
  飞机构型管理是整个飞机产品生命周期中数据管理的基础。PDM对飞机构型采用BOM控制法进行管理和描述,每个BOM都是管理对象。BOM是制造业的核心数据,是计算机可以识别的产品结构数据文件,是产品结构的数字化格式。PDM系统中的产品结构管理以产品结构树为核心构造出EBOM,并以EBOM为基础形成工艺BOM(PBOM)、制造BOM(MBOM)等各种不同的BOM。
 
  EBOM在飞机设计过程中生成,它是在产品设计时产生的面向功能的BOM。制造厂在工艺过程规划中,首先根据制造设备、人员的能力,参考EBOM和产品模型,编制装配协调图表、装配顺序图表等;然后增加工艺路线分工信息、材料定额信息等,从而形成工艺BOM;接着针对零部件在飞机制造过程中的安装位置对零组件进行拆分,并根据装配时的工艺要求增加工艺组件等,最后形成反映飞机制造过程的制造BOM,参见图1。BOM在基于PDM框架的集成制造系统中不仅起着联系工程设计分系统和工艺设计分系统的作用,而且起着连接工艺设计分系统和经营管理分系统的重要作用。
 
图1PDM系统BOM信息流图
 
  EBOM是根据工程图样及相关设计文件编制的工程数据集,记录工程零件和装配件的属性信息及其构关系,反映工程对产品物料的需求信息。EBOM是设计图样的一个组成部分,与三维数模、二维图纸同时构建,由设计人员填写详细信息,由PDM系统以Excel文件形式输出。EBOM对所有装配件、安装件构建,为镶嵌式结构。各装配件、安装件的EBOM相对独立,全机EBOM可由全部装配件、安装件的EBOM“装配”而成。每一装配件、安装件的EBOM只列出其直属零件、装配件、安装件、标准件、成品件等的信息。从EBOM结构树可以直观地看出各装配件、零组件之间的隶属关系,参见图2。
 
图2EBOM结构树
 
  EBOM表达了飞机按设计分离面划分而生成的结构和各零部件的组成关系,它会因架次和构型的不同而改变,即每种构型都会有不同的产品结构树。EBOM是目前飞机制造商制定飞机备件计划的起点,也是主要的依据文件。
 
4备件数据管理系统
  本备件数据管理系统针对飞机的特殊性,从源头数据EBOM出发,对EBOM进行数据清洗、数据迁移和可拆性分析,并通过从各类后续文件中将可靠性、维修性等参数导入备件信息库,最终形成完整的潜在备件集。在潜在备件集的基础上可展开其它方面的研究,如制定航空公司推荐备件清单RSPL,制定制造商初始库存清单以及进行备件投资分析。本软件共有如下所述5个功能模块,业务流程图如图3所示。
 
图3业务流程图
 
  (1)数据预处理:应用VBA对原始EBOM脏数据进行数据清洗,消除错误和不一致,保证源数据的质量。

  (2)数据迁移:将清洗完的数据迁移至Oracle数据库。数据分析:通过Delphi对数据库中的全机零部件信息进行可拆性分析处理,得到潜在备件集。

  (3)此处可拆性分析模块建立了专家系统规则库,其中可拆性规则简述如下:

  ①根据飞机设计图样编号规则,由EBOM清单中的层次编号信息确定各零部件相互之间的隶属及连接关系;

  ②根据按结构部分和系统部分的可拆卸准则分别进行判断,如:对于结构部分,若某一级装配件中包括的零组件均为连接角盒、角片、角材、密封件等不易拆卸零组件或支柱、梁、长析、翼肋等典型航线不可拆结构件:对于系统部分,其中的系统件则由系统供应商提供的航线可更换件清单来确定零组件的可拆性,其中的连接件如为典型支架等,可拆卸的判断准则与结构部分相类似。

  ③另外还可根据EBOM中工艺规范信息进行辅助判断,如某一级的装配件的上一级组装工艺中,涉及密封、粘接、焊接工艺等,则该装配件极可能己不可拆卸,或至少其上一级组装件有不可拆卸的部分。

  (4)计算备件推荐量:在潜在备件集的基础上,运用计算备件推荐量的数学模型,根据平均更换间隔MTBR,平均非计划拆换间隔MTBUR等参数计算备件推荐量。计算备件推荐量时,首先按备件分类码SPC(Spare Parts Class)将备件划分为A类(周转件)、B类(可修件)和C类备件(消耗件),A类通常是价格高的可修件,B类为价格较高或中等的可修件,C类备件通常是价格较低的不可修件。

  (5)数据管理:此子模块包括EBOM数据管理、RSPL数据管理和库存清单管理。用户可以按飞机构型、ATA章节号等查询数据,编辑(增、删、改)数据,导出数据。
 
5结束语
  数字化制造技术的快速发展,使得飞机的设计技术、制造技术和管理方法发生了巨大变革,开创了全新的飞机设计制造模式。PDM作为飞机研制过程中信息传递的桥梁,将成为支持跨企业的整个产品生命周期的产品开发支撑平台,以适应信息时代产品开发由单一企业自主开发向广义或虚拟企业异地协同开发、制造和管理转变的要求,真正实现并行工程、无纸化设计制造。我国飞机制造业应加快制造业数字化改革的步伐,充分利用CATIA,PDM和ERP软件资源,借鉴国内外先进的数字化技术和管理模式,彻底改革我国飞机制造业落后的技术和管理模式,实现数字化设计、试验、制造和管理体系,从而提高飞机的研制质量、降低研制成本、缩短研制周期、提高生产效率、提升产品质量,增强世界竞争力。
 
  

  • 2019-06-12 09:50
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