0 引言
飛機產(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，造成飛機產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理極其復(fù)雜。設(shè)計與制造中飛機的構(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)生一個新的飛機結(jié)構(gòu)版本，將其反饋給設(shè)計所來管理飛機歷史版本，可以輔助改進設(shè)計、研制新型號，提高飛機的實用性和可靠性，但也因此影響了飛機整體結(jié)構(gòu)的變化。本文采用簡化構(gòu)型(configuration)的管理方法，用表示飛機結(jié)構(gòu)、基本信息、使用壽命和變更歷史的單機構(gòu)型管理飛機使用過程的構(gòu)型，同時結(jié)合構(gòu)型追溯對飛機構(gòu)型進行有效性管理，從而及時跟蹤和控制使用過程中的飛機構(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、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)涵上均有擴展。
飛機構(gòu)型分為機型構(gòu)型和單機構(gòu)型，機型構(gòu)型定義了飛機型號系列的產(chǎn)品配置，單機構(gòu)型是每架飛機的實際物理組成。在生產(chǎn)階段，生產(chǎn)廠家按機型構(gòu)型的配置要求生產(chǎn)飛機，在總裝階段明確每架飛機的具體安裝件，初始化單機構(gòu)型。單機構(gòu)型是機型構(gòu)型的實例，單機構(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 機型構(gòu)型與單機構(gòu)型的關(guān)系
飛機在服役階段需要執(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)致飛機單機構(gòu)型發(fā)生更改，改變了飛機與機件的有效配置關(guān)系。因此，使用過程中的單機構(gòu)型管理極為必要。
飛機使用過程中的構(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)起來并對其進行管理和控制，進而保證產(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，飛機和裝機件使用壽命到達翻修期限而進行的翻修，以及地面測試或備件不足而引起的串件，使得飛機構(gòu)型處于不斷變化中，飛機構(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。單機構(gòu)型管理的構(gòu)型項包括單機、系統(tǒng)、部件、機件及其與維護相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)工卡/工卡組，其中機件在飛機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。以機件為主要對象不但簡化了單機構(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 單機構(gòu)型管理
飛機結(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、使用維護視圖等。本文主要關(guān)注飛機的使用維護結(jié)構(gòu)，即使用維護階段的裝配飛機組成結(jié)構(gòu)。與其他飛機構(gòu)型相比，使用過程中的單機構(gòu)型涵蓋了飛機從設(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。飛機全壽命周期在時間上以飛機出廠時的構(gòu)型為起點，起到飛機報廢為止。
圖3 不同階段的飛機結(jié)構(gòu)視圖
單機構(gòu)型的核心問題是構(gòu)型項的建立與維護，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，從而簡化單機構(gòu)型的管理。本文對單機構(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，而且從整架飛機到下層的每一個零部件管理方式大大增加了單機構(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，在飛機使用過程中，頻繁拆裝變更的是飛機的裝機件，構(gòu)型上的系統(tǒng)和部件較少發(fā)生變更�；谝陨显�，本文以逐層調(diào)用的方式實現(xiàn)單機的構(gòu)型管理，飛機數(shù)據(jù)的存儲采用遞歸方式。飛機的機件數(shù)量和規(guī)模巨大，以美國波音747大型客機為例，該機型每架飛機的零件數(shù)量多達600萬件（包括標(biāo)準(zhǔn)件）。本文所實現(xiàn)的系統(tǒng)將裝機件以拆裝記錄的方式單獨存儲，從拆裝記錄與部件節(jié)點的對應(yīng)關(guān)系獲取，以減少單機構(gòu)型記錄表的數(shù)據(jù)量，同時將機件的變更歷史與構(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 單機構(gòu)型數(shù)據(jù)庫設(shè)計
圖4中，單機構(gòu)型記錄表以父節(jié)點、當(dāng)前節(jié)點的關(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)點有效性的判定。圖中加粗方框標(biāo)注的是單機構(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)注的是飛機和機件數(shù)據(jù)表，該表記錄了單機構(gòu)型基本組成元素的詳細信息；其余數(shù)據(jù)表記錄了其他必要的構(gòu)型項詳細信息。至此構(gòu)成了單機構(gòu)型數(shù)據(jù)拆分存儲以及頻繁變更的裝機件的拆裝歷史記錄管理。應(yīng)用本文方法實現(xiàn)的系統(tǒng)已在某飛機設(shè)計研究所進行實踐，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 單機構(gòu)型追溯
單機構(gòu)型的管理已相當(dāng)復(fù)雜，為保證飛機產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性和前后一致性，并可反饋給飛機設(shè)計單位，作為改進飛機設(shè)計性能或飛機改型的重要依據(jù)，本文提供了構(gòu)型的追溯方法，即將使用過程中飛機的全部信息都建立在單機構(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件是否為某一時刻飛機的構(gòu)型項，從而達到構(gòu)型追溯的目的。
單機構(gòu)型追溯建立在一種良好的構(gòu)型管理方法基礎(chǔ)上，難點在于獲取飛機上所有在追溯時間點有效的構(gòu)型項信息，前提條件為追溯的單機以及追溯的歷史時間點。圖5所示為單機構(gòu)型追溯的設(shè)計流程圖。
圖5 單機構(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，若存在則追溯開始；否則不存在該單機的構(gòu)型信息，流程結(jié)束。另一前提條件是追溯的歷史時間點，在具體查詢單機構(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)時的單機構(gòu)型項。下面圖解說明應(yīng)用歷史時間點追溯單機構(gòu)型項的方法。
以圖1中飛機JXX一2001的發(fā)動機31XO02和進氣口320111機件為例說明。首先，發(fā)動機31XO02和進氣口320111安裝在飛機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)動機進行原件拆修；經(jīng)過一段時間達到可用狀態(tài)后，在t2時刻重新安裝回飛機JXX-20Ol；t3時刻與飛機JXX一2002的進氣口進行串件試驗；t4時刻發(fā)動機31X002出現(xiàn)異常，但由于任務(wù)緊急，需要與飛機JXX-2002上的發(fā)動機31XO22串件以保證完成任務(wù)；t5時刻串件試驗結(jié)束，進氣口串件恢復(fù)；t6時刻對進氣口320111進行拆卸檢修；t7時刻發(fā)動機串件恢復(fù)，安裝到飛機JXX一2001上；t8時刻進氣口320111檢修完畢，安裝到飛機JXX一2001；t9時刻飛機進行大修，拆卸發(fā)動機和進氣口。
同理，將機件拆裝記錄數(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(起點是單機構(gòu)型創(chuàng)建的有效時間起)，此處的數(shù)據(jù)必須是安裝飛機為JXX-2001的記錄。假設(shè)單機構(gòu)型的追溯歷史時間點為T時刻(如圖6中的豎線)，所截取的時間軸上的機件構(gòu)型項為進氣口320121和發(fā)動機31X002，其他構(gòu)型項的獲取方法類似，則可獲得JXX一2001飛機在歷史時間點T 時刻的所有構(gòu)型項。
單機構(gòu)型中，飛機結(jié)構(gòu)的層級關(guān)系通過父子節(jié)點體現(xiàn)，且父節(jié)點與子節(jié)點是一對多的關(guān)系，即一個機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。通過對單機構(gòu)型數(shù)據(jù)表的遞歸調(diào)用，可以展開單機構(gòu)型結(jié)構(gòu)樹，追溯到歷史時間點的完整構(gòu)型。實踐證明，通過上述方法追溯到的單機構(gòu)型結(jié)構(gòu)樹，與部隊飛機履歷副本上數(shù)據(jù)還原得出的單機構(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。
單機構(gòu)型中，飛機結(jié)構(gòu)的層級關(guān)系通過父子節(jié)點體現(xiàn)，且父節(jié)點與子節(jié)點是一對多的關(guān)系，即一個機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。通過對單機構(gòu)型數(shù)據(jù)表的遞歸調(diào)用，可以展開單機構(gòu)型結(jié)構(gòu)樹，追溯到歷史時間點的完整構(gòu)型。實踐證明，通過上述方法追溯到的單機構(gòu)型結(jié)構(gòu)樹，與部隊飛機履歷副本上數(shù)據(jù)還原得出的單機構(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構(gòu)型采用分層遞歸的方式進行存儲管理。同時針對使用過程中飛機各項業(yè)務(wù)影響的構(gòu)型變更，提出以時間為主線、在某一追溯時間點查詢飛機構(gòu)型項的方法，從而獲得追溯當(dāng)時的飛機構(gòu)型項的集合，再按照構(gòu)型樹中的父子節(jié)點關(guān)系，還原出追溯當(dāng)時完整的單機構(gòu)型。這種管理和追溯方法使單機構(gòu)型變化時刻處于受控狀態(tài)，為設(shè)計維護單位提供了決策參考。
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本文標(biāo)題：飛機使用壽命周期構(gòu)型管理和追溯
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