飛機結(jié)構(gòu)復(fù)雜,零件及連接件數(shù)量多,且包括很多形狀復(fù)雜、尺寸大、剛性小的零件,對制造準確度要求高。為保證產(chǎn)品制造準確度及互換協(xié)調(diào)性,飛機制造過程中采用大量成套工藝裝備(“工裝”)。工裝設(shè)計是飛機研制過程中重要的一環(huán),占飛機生產(chǎn)準備周期相當大的比例,是影響新機研制周期的主要因素之一。
為了縮短飛機生產(chǎn)準備周期,國內(nèi)一些大型航空制造企業(yè)已建立工裝設(shè)計的PDM協(xié)同化設(shè)計平臺。采用飛機產(chǎn)品設(shè)計與工裝設(shè)計并行的工作模式。然而,飛機工裝的協(xié)同設(shè)計有其如下自身的特點和難點。
1)飛機工裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大,包含的零部件數(shù)量多,設(shè)計流程長。在協(xié)同設(shè)計模式下,工裝設(shè)計在飛機產(chǎn)品設(shè)計某個重要階段數(shù)據(jù)預(yù)發(fā)放后就會開始,而后續(xù)的工藝、制造、質(zhì)檢等部門也會盡早參與設(shè)計方案評審,及早發(fā)現(xiàn)問題以減少設(shè)計缺陷,避免返工。而工裝設(shè)計數(shù)據(jù)到何時、達到何種程度才可以發(fā)放,需要有一個統(tǒng)一的標準。
2)飛機工裝設(shè)計需協(xié)調(diào)的專業(yè)部門多,業(yè)務(wù)流程復(fù)雜,且有時要求工裝設(shè)計與工裝制造、裝配等環(huán)節(jié)并行開展。為了保證按時完成各自的任務(wù),不同部門需要了解工裝設(shè)計進度,以便合理安排工作計劃。
3)飛機工裝數(shù)據(jù)量大,且由于依賴于飛機產(chǎn)品數(shù)模,在研制階段產(chǎn)品設(shè)計更改頻繁,造成了工裝設(shè)計更改頻繁,尤其在并行環(huán)境下更是如此。
如何管理和控制好飛機工裝的設(shè)計流程及數(shù)據(jù)一直是個十分棘手的問題。在綜合考慮以上問題的基礎(chǔ)上,本文提出一種基于成熟度的工裝設(shè)計管理方法,解決所遇到的工裝協(xié)同設(shè)計管理問題。目前,基于成熟度的研究多以技術(shù)成熟度、制造成熟度為主,針對設(shè)計成熟度的論述還不多見。從量化的角度探討了協(xié)同產(chǎn)品設(shè)計成熟度及其預(yù)測方法,但沒有結(jié)合設(shè)計過程中的簽審等環(huán)節(jié)定義成熟度等級,不便用于工程實踐。
1 飛機工裝協(xié)同設(shè)計成熟度定義
在協(xié)同設(shè)計工作模式下,工裝設(shè)計工作一般在飛機產(chǎn)品初步設(shè)計階段完成后就開始啟動,首先擬定工藝總方案,接著制定質(zhì)量保證大綱,確定裝配協(xié)調(diào)方案;當飛機理論外形凍結(jié)之后,開始標準工裝的設(shè)計,同時啟動部件和零件制造工藝設(shè)計,包括裝配工裝的設(shè)計、裝配工裝的制造等完整的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)確定后開始,而零件制造工裝的生產(chǎn)要在強度分析最終驗證通過、零件細節(jié)標注完成之后進行,此時,零件也同步開始投產(chǎn)。
從以上過程不難發(fā)現(xiàn),工裝的設(shè)計制造與飛機產(chǎn)品的設(shè)計制造息息相關(guān),為了更好地管理工裝設(shè)計流程,分析工裝設(shè)計流程,定義其成熟度等級是十分必要的。
1.1 飛機工裝設(shè)計及數(shù)據(jù)管理流程分析
工裝設(shè)計是工裝生命周期中最重要的活動之一,是從無到有的創(chuàng)造性活動,是其它活動的基礎(chǔ)。一般說來,飛機工裝生命周期包括從需求制定到報廢等活動(見圖1),本文主要研究工裝設(shè)計環(huán)節(jié)。
圖1 工裝生命周期業(yè)務(wù)流程
飛機工裝設(shè)計流程總體上可分為需求分析、工裝設(shè)計申請(Tooling Order,TO)、工裝設(shè)計及發(fā)放3個階段,其中,工裝設(shè)計階段又可進一步分為初步設(shè)計、詳細設(shè)計和最終設(shè)計3個階段。伴隨著設(shè)計過程的推進,不斷產(chǎn)生大量的與設(shè)計相關(guān)的數(shù)據(jù)及文件(如工裝數(shù)模、TO、TBOM等),圖2展示了完整的工裝數(shù)據(jù)管理流程。
圖2 工裝數(shù)據(jù)管理流程
成熟度(Maturity Level,ML)是一種聯(lián)系業(yè)務(wù)流程、管理流程和支持流程的關(guān)鍵技術(shù),通過在業(yè)務(wù)流程中對工裝成熟度(Tooling Maturity)的等級進行定義,在管理流程中對工裝成熟度的狀態(tài)進行管理。需要說明的是,成熟度管理僅用在工裝數(shù)據(jù)正式發(fā)布之前,在數(shù)據(jù)發(fā)布形成正式版本之后發(fā)生的更改則不采用成熟度控制。
1.2 工裝設(shè)計成熟度定義及等級劃分
設(shè)計成熟度是指設(shè)計工作的進度和完成的程度,工裝設(shè)計成熟度是指協(xié)同設(shè)計過程中工裝設(shè)計的進展和完成的程度,具體地說,是對工裝定義數(shù)據(jù)完成情況和詳細程度的描述。根據(jù)成熟度情況將達到一定技術(shù)狀態(tài)的定義數(shù)據(jù)(包括工裝結(jié)構(gòu)信息、幾何信息、工藝信息、分析結(jié)果、技術(shù)說明和檢測結(jié)果等)提供給用戶,以便于下一步工作的順利開展。
按照設(shè)計數(shù)據(jù)達到的詳細程度,將工裝成熟度定義為TML1-TML5五個等級,具體的分級說明見表1。
表1 工裝設(shè)計成熟度分級說明
2 基于成熟度的協(xié)同設(shè)計管理和控制
根據(jù)以上對工裝設(shè)計成熟度等級的定義,建立如下的工裝設(shè)計成熟度模型(見圖3);诔墒於鹊墓ぱb設(shè)計管理方法在產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺中賦予工裝數(shù)據(jù)成熟度標識,以反映設(shè)計對象從開始設(shè)計到發(fā)布的進展情況,為相關(guān)工作的協(xié)同提供依據(jù)。
圖3 工裝設(shè)計成熟度模型
基于成熟度的工裝設(shè)計管理在企業(yè)PDM平臺上實現(xiàn),每個數(shù);蛭募季哂凶陨淼某墒於葘傩浴.a(chǎn)品數(shù)據(jù)的屬性信息中包括“成熟度等級”屬性,標識該數(shù)據(jù)所處的成熟度狀態(tài)。用戶在該平臺中查找到各產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行瀏覽時,將能查看到該數(shù)據(jù)的成熟度等級信息。
2.1 成熟度升級管理
按照上述對工裝設(shè)計成熟度及其等級的定義,結(jié)合工裝設(shè)計流程,建立成熟度的升級管理方法。為了便于對成熟度升級進行控制,一般應(yīng)將成熟度升級節(jié)點定義在相關(guān)數(shù)據(jù)或文件簽審?fù)ㄟ^之后。
工藝員在編制工藝過程中,如果有使用工裝的需求,就會在PDM系統(tǒng)中創(chuàng)建COT(工裝技術(shù)條件)。此時,成熟度屬性項為空,然后進行工藝分析和工藝立項,工藝部和工裝部進行技術(shù)條件協(xié)商,工裝需求確定之后,工裝成熟度達到TML1級。根據(jù)協(xié)商結(jié)果,如果需要設(shè)計一套新的工裝,則由工藝部工藝人員負責(zé)在PDM系統(tǒng)上創(chuàng)建TO(工裝指令)文檔,系統(tǒng)會自動啟動TO簽審流程,由工藝部、生產(chǎn)控制部、工裝部根據(jù)流程一起負責(zé)對To文檔進行簽審,然后,由生控部負責(zé)TO的發(fā)放,工裝成熟度進入TML2級。工裝部設(shè)計人員接到TO后,首先研究TO中的技術(shù)要求等內(nèi)容,明確工裝的功能,再結(jié)合工裝的協(xié)調(diào)要求,擬定初步設(shè)計方案,包括框架結(jié)構(gòu)、定位夾緊方式等的選擇,工裝成熟度達到TML3級。進入詳細設(shè)計階段,工裝設(shè)計人員利用CATIA軟件設(shè)計出工裝的三維模型,進而導(dǎo)出二維圖樣,完成相關(guān)標注,填寫標題欄、明細表以及技術(shù)要求等信息,全部設(shè)計工作完畢后,工裝成熟度升級為TML4級。工裝設(shè)計工程師負責(zé)啟動工裝發(fā)布簽審流程,工裝部、工藝部負責(zé)對工裝設(shè)計圖紙進行簽審,生產(chǎn)控制部將工裝設(shè)計數(shù)據(jù)正式發(fā)放到工藝部和車間,此時,工裝成熟度升為TML5級,表明工裝設(shè)計階段完成。
以上成熟度由工藝部、工裝部、生控部相關(guān)人員在PDM平臺上進行,工裝成熟度的升級伴隨著一系列的審批和簽審流程,一旦成熟度發(fā)生變化,系統(tǒng)會自動更新數(shù)據(jù)庫,其它部門相關(guān)人員可同步獲知變化后的成熟度狀態(tài)。
2.2 成熟度降級管理
在工裝數(shù)據(jù)成熟度TML2到TML5過程中,所有數(shù)據(jù)更改直接影響到下級用戶的工作,另外,飛機產(chǎn)品本身數(shù)據(jù)頻繁的更改也會導(dǎo)致相關(guān)工裝的更改。為保證工裝滿足技術(shù)要求和控制生產(chǎn)成本,在工裝數(shù)據(jù)信息需要發(fā)生更改,并影響到成熟度時,設(shè)計人員和制造人員均可提交成熟度降級申請,并重新開展相應(yīng)工作。
成熟度降級申請用于控制成熟度TML2到TML5階段,在對工裝數(shù)據(jù)的該階段數(shù)據(jù)進行更改、部分取消等操作時,需填寫成熟度降級申請,申請內(nèi)容主要包括:1)降級原因(工程更改、工藝變更等);2)更改內(nèi)容;3)更改后等級。
成熟度降級申請由造成更改原因的部門人員發(fā)出,經(jīng)過部門負責(zé)人批準后方可執(zhí)行,因成熟度降級可能造成重大損失而無法決策時,由協(xié)同設(shè)計團隊(IPT)整理受影響內(nèi)容及損失情況,以副頁形式,提交上級管理部門批準。
3 應(yīng)用實例
圖4為基于成熟度的工裝協(xié)同設(shè)計管理方法的一個企業(yè)應(yīng)用實例,當飛機平尾前梁工藝總方案擬定之后,工藝部工藝人員就會進行工藝分析和立項,首先在PDM平臺上(示例企業(yè)采用Windchill)創(chuàng)建COT,明確工裝需求,將成熟度屬性定義為TML1,然后在Windchill平臺上創(chuàng)建TO,經(jīng)簽審后發(fā)放到工裝部,同時完成成熟度等級升級。工裝設(shè)計人員接到TO后,首先擬定初步設(shè)計方案,升級成熟度,接著進入詳細設(shè)計階段,利用CATIA軟件進行三維建模和數(shù)據(jù)標注,全部設(shè)計完畢后,成熟度升級為TMLA。啟動工裝數(shù)據(jù)簽審及發(fā)放流程,工裝數(shù)據(jù)發(fā)放到工藝部和車間后,工裝成熟度達到最高等級。在成熟度TML2至TML5期間,任何引起成熟度等級變化的數(shù)據(jù)更改在實施之前,需先提交降級申請,批準后方可執(zhí)行。
圖4 平尾前梁裝配型架成熟度定義及在PDM平臺七的實現(xiàn)
4 結(jié)束語
本文詳細分析了飛機工裝的設(shè)計及數(shù)據(jù)管理流程,定義了工裝設(shè)計成熟度等級,建立了成熟度管理模型,給出了具體的管理流程和控制方法;诔墒於鹊墓ぱb協(xié)同設(shè)計管理方法已在國內(nèi)某大型航空制造企業(yè)實施,并取得了良好的應(yīng)用效果,為工裝協(xié)同設(shè)計提供了依據(jù),使工裝設(shè)計效率大幅提高,工裝設(shè)計周期明顯縮短,同時,工裝設(shè)計質(zhì)量也得到保證。
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本文標題:基于成熟度的飛機工裝協(xié)同設(shè)計管理研究與應(yīng)用
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