航空發(fā)動機(jī)的研制和發(fā)展是一項(xiàng)涉及空氣動力學(xué)、工程熱物理、傳熱傳質(zhì)、機(jī)械、強(qiáng)度、傳動、密封、電子、自動控制等多學(xué)科的復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)工程，同時需要大量的試驗(yàn)來驗(yàn)證性能及可靠性。隨著發(fā)動機(jī)研制深入，試驗(yàn)科目增多，試驗(yàn)復(fù)雜化、系統(tǒng)化和測試的精細(xì)化，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)呈幾何級數(shù)增長。如何對其進(jìn)行有效管理，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的使用效率？這給試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理提出了更高的要求。只有建立試驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)物裝配狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀態(tài)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，才有可能對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析和挖掘。筆者主要研究在PLM(product lifecycle management)平臺中如何管理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中數(shù)據(jù)管理。

1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

    目前航室發(fā)動機(jī)在試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理上存在以下問題：

    ①試驗(yàn)件種類多、試驗(yàn)設(shè)備差異大、試驗(yàn)科目不同，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的存放分散，沒有集中的數(shù)據(jù)庫；

    ②由于原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)量大，且沒有與試驗(yàn)件設(shè)計(jì)屬性關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)人員幾乎無法查詢分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，只能看試驗(yàn)報(bào)告，周期長、效率低；

    ③試驗(yàn)件檢測、裝配、試驗(yàn)過程信息還只能人工記錄，沒有完全電子化和結(jié)構(gòu)化，實(shí)物狀態(tài)信息無法與試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)；

    ④雖然設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在PDM(product data management)系統(tǒng)中，但是重要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)仍然沒有與之直接關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員使用不方便，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不能在同一平臺中進(jìn)行對比分析。

    航空發(fā)動機(jī)研發(fā)是設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)反復(fù)迭代的過程，研制成本高。設(shè)計(jì)必須依靠試驗(yàn)驗(yàn)證，并依靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)修改設(shè)計(jì)，同時也關(guān)注使用階段產(chǎn)品相關(guān)運(yùn)行和維護(hù)數(shù)據(jù)，這對改進(jìn)產(chǎn)品的性能、功能、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性十分必要，這些海量數(shù)據(jù)信息必須建立關(guān)聯(lián)并集中管理，才能提高航空發(fā)動機(jī)研發(fā)的效率。

2 研發(fā)數(shù)據(jù)集中管理需求

    航空發(fā)動機(jī)研制周期長，需要對其全生命周期實(shí)施有效管理，目前設(shè)計(jì)、制造、裝配數(shù)據(jù)和過程信息都可通過BOM(bill of material)在PDM系統(tǒng)中建立直接的關(guān)聯(lián)，但是最重要的試驗(yàn)信息還分散獨(dú)立管理，因此必須將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)、制造數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)并集成在同一平臺下，方便數(shù)據(jù)的利用。

    針對發(fā)動機(jī)研發(fā)過程，數(shù)據(jù)管理可以按如下階段進(jìn)行：研究所總體設(shè)計(jì)一工廠與研究所協(xié)同設(shè)計(jì)一工藝、工裝設(shè)計(jì)一生產(chǎn)制造一裝配、試驗(yàn)一維護(hù)、外場一大修等。目前航空發(fā)動機(jī)行業(yè)的PDM系統(tǒng)都是基于西門子公司TeamCenter PLM平臺，各階段數(shù)據(jù)在PLM集成平臺中都有對應(yīng)的數(shù)據(jù)模型和管理方式，如圖1所示。

圖1 PLM集成平臺數(shù)據(jù)管理

    筆者研究的主要思路是在PLM平臺中，以BOM為主線，通過EBOM(Engineering BOM)構(gòu)建后續(xù)各階段的BOM，建立數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，便于設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中了解試驗(yàn)的進(jìn)展、狀態(tài)和數(shù)據(jù)，最終在PLM平臺中實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與試驗(yàn)件屬性的關(guān)聯(lián)。

3 產(chǎn)品研發(fā)過程信息流

    目前航空發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、臺份數(shù)據(jù)及維護(hù)保障數(shù)據(jù)都可在TeamCenter PLM平臺下實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)管理。而產(chǎn)品試驗(yàn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)管理還沒有實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)，不完整生命周期數(shù)據(jù)管理的矛盾突顯出來。發(fā)動機(jī)及其零部件試驗(yàn)過程復(fù)雜，涉及非標(biāo)設(shè)備種類多，組成龐大，常規(guī)PDM對試驗(yàn)設(shè)備幾乎無法控制管理，因此試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取及試驗(yàn)設(shè)備的控制還需依靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理TDM(test data management)平臺。為了清楚地描述設(shè)計(jì)、制造、裝配、試驗(yàn)、維護(hù)之間的關(guān)聯(lián)，梳理的信息流程如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品管理過程信息流

    設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、維護(hù)維修等各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)是基于PDM系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)和相互訪問，由于目前TDM系統(tǒng)與設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)維修等不在一個系統(tǒng)中，造成設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、制造數(shù)據(jù)和裝配數(shù)據(jù)都不能與試驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)人員無法在一個平臺下針對某個臺份BOM方便地查看試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4 基于PLM試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理的技術(shù)研究

    通過PLM平臺的應(yīng)用，支撐多種試驗(yàn)的過程管理和數(shù)據(jù)管理，通過共享化的平臺應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員能夠方便全面透徹地了解試驗(yàn)的過程、狀態(tài)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并收集試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和知識，提高設(shè)計(jì)與試驗(yàn)人員的數(shù)據(jù)交流效率，及時傳遞信息，實(shí)現(xiàn)高效率的協(xié)同工作與交流。PLM平臺功能見圖3。

圖3 PLM試驗(yàn)管理平臺功能

    4.1 試驗(yàn)過程信息管理

    試驗(yàn)過程的管理包括試驗(yàn)需求、試驗(yàn)規(guī)劃、試驗(yàn)資產(chǎn)、裝配狀態(tài)、故障跟蹤等幾個環(huán)節(jié)。以下就試驗(yàn)需求、試驗(yàn)規(guī)劃和試驗(yàn)資產(chǎn)3個方面進(jìn)行闡述。

    4.1.1 試驗(yàn)需求管理

    用戶對發(fā)動機(jī)性能需求常常經(jīng)過設(shè)計(jì)人員的分析轉(zhuǎn)化為各項(xiàng)具體的技術(shù)指標(biāo)，但目前尚停留在以文檔方式保存的階段，還未實(shí)現(xiàn)對需求的結(jié)構(gòu)化管理，沒有將需求和試驗(yàn)規(guī)劃、計(jì)劃進(jìn)度以及反饋試驗(yàn)的結(jié)果報(bào)告關(guān)聯(lián)起來。

    在PLM系統(tǒng)中，通過對需求規(guī)格書結(jié)構(gòu)化處理，能夠?qū)崿F(xiàn)把系統(tǒng)外文檔直接導(dǎo)人到系統(tǒng)內(nèi)，自動創(chuàng)建需求規(guī)格書結(jié)構(gòu)。并且在需求與試驗(yàn)計(jì)劃之間建立追蹤連接，便于追蹤并分析方案是否符合需求。

    4.1.2 試驗(yàn)規(guī)劃管理

    對于發(fā)動機(jī)這樣一個研制周期非常長的產(chǎn)品，把試驗(yàn)的規(guī)劃進(jìn)行系統(tǒng)性的管理尤為重要。由主管部門制定好的發(fā)動機(jī)試驗(yàn)規(guī)劃流程如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)管理流程

    因目前沒有系統(tǒng)能夠直觀反映設(shè)計(jì)部門以及試驗(yàn)部門所關(guān)心的項(xiàng)目狀態(tài)和設(shè)計(jì)進(jìn)度，所以期望在PLM/TDM系統(tǒng)中按照流程實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)項(xiàng)目規(guī)劃的管理，同時制定適合業(yè)務(wù)流程的試驗(yàn)任務(wù)安排規(guī)劃，用于管理試驗(yàn)人員和設(shè)備資源的規(guī)劃信息，制定具有成本效益的試驗(yàn)計(jì)劃任務(wù)的派工計(jì)劃，滿足試驗(yàn)的業(yè)務(wù)需求。該計(jì)劃能夠被設(shè)計(jì)人員查看，便于試驗(yàn)狀態(tài)的信息是公共可查的，以滿足測件的型號、編號管理；試驗(yàn)任務(wù)的總體安排規(guī)劃和各項(xiàng)任務(wù)的試驗(yàn)人員/設(shè)備的組織安排；試驗(yàn)現(xiàn)場人員的控制，試驗(yàn)信息的實(shí)時發(fā)布等。并滿足對管理人員、設(shè)計(jì)人員以及試驗(yàn)人員對試驗(yàn)過程狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控。

    4.1.3 設(shè)備資產(chǎn)管理

    由于尚未對試驗(yàn)設(shè)備的維修、調(diào)劑、報(bào)損、報(bào)失、報(bào)廢、審核等業(yè)務(wù)流程進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)的管理，導(dǎo)致試驗(yàn)的資源調(diào)配和利用狀況不明晰，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)項(xiàng)目與試驗(yàn)資源沒有進(jìn)行關(guān)聯(lián)管理。

    在PLM/TDM系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)設(shè)備資源利用狀態(tài)的系統(tǒng)化管理，記錄試驗(yàn)資源的利用狀況、標(biāo)定狀態(tài)、使用期限和資源可視化是有效管理和充分利用設(shè)備資源的關(guān)鍵，以此實(shí)現(xiàn)設(shè)施資源的規(guī)劃和運(yùn)營維護(hù)的管理。

    4.2 BOM的構(gòu)建

    PDM系統(tǒng)中保存著不同階段的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，記錄著歷經(jīng)不同設(shè)計(jì)階段的產(chǎn)品模型變化和版本的演化過程以及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的狀態(tài)和結(jié)構(gòu)，因此設(shè)計(jì)人員已經(jīng)習(xí)慣依賴PDM系統(tǒng)檢索所需要的不同階段狀態(tài)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，以BOM來管理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，已成為PDM數(shù)據(jù)管理的規(guī)范模式，它具有上下文索引功能，便于查詢該設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的引用和使用情況。

    任何一個產(chǎn)品都會唯一對應(yīng)某一設(shè)計(jì)階段的發(fā)動機(jī)臺份，在系統(tǒng)中可以把EBOM先轉(zhuǎn)換成中性BOM。因?yàn)橹行訠OM的特點(diǎn)是具有產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)特性和關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)，而且能與EBOM建立關(guān)聯(lián)。所以設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建完成中性BOM后，在中性BOM中記錄實(shí)物的序列化信息，通過結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)可以將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的有效組織傳遞到試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理的組織結(jié)構(gòu)，從而在系統(tǒng)中產(chǎn)生可追溯的能力，即由中性BOM構(gòu)建實(shí)做BOM，再在實(shí)做BOM中添加相關(guān)屬性，衍生出TBOM(test BOM)。

    TBOM描述從“設(shè)計(jì)時”到“試驗(yàn)狀態(tài)”和操作狀態(tài)階段的物理資產(chǎn)的配置信息，記錄單個試驗(yàn)件及其可追蹤部件、組裝部件和系統(tǒng)的完整歷史、任一處所開展的服務(wù)工作和配置變更的試驗(yàn)事件信息，其中還包括從試驗(yàn)件壽命特征、壽命限度、適用性及利用率等信息。

    按照TBOM的組織方式，將已有的針對某狀態(tài)的TBOM，通過增（減）相關(guān)信息，可以方便轉(zhuǎn)換另外一個狀態(tài)的TBOM，這樣針對同一產(chǎn)品不同測試狀態(tài)的BOM把各種試驗(yàn)信息進(jìn)行有效組織，并可以進(jìn)行對比對照，如圖5所示。

圖5 試驗(yàn)BOM管理

    4.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)在PLM中的結(jié)構(gòu)化管理

    試驗(yàn)數(shù)據(jù)大致分為試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)、試驗(yàn)匯總報(bào)告、試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)的類型繁多，例如聲音、視頻、圖片、PPT、WORD、PDF、掃描文檔等，這些數(shù)據(jù)都可以被計(jì)算機(jī)存儲，但是不易被計(jì)算機(jī)“讀懂”，此類數(shù)據(jù)俗稱非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量約占總量的70%。而試驗(yàn)元數(shù)據(jù)也可能很大，這類數(shù)據(jù)通常需要專門的軟件處理，此類數(shù)據(jù)能夠被計(jì)算機(jī)“讀懂”，但是不容易，數(shù)據(jù)量占總數(shù)據(jù)量的29.9%。KPI(key performance indicator)數(shù)據(jù)（聚合的數(shù)據(jù)，試驗(yàn)特征數(shù)據(jù)，分析結(jié)果數(shù)據(jù)）是一種計(jì)算機(jī)非常容易“讀懂”的數(shù)據(jù)，只占總數(shù)據(jù)量的0.1%。

    對于這部分計(jì)算機(jī)能夠“讀懂”的數(shù)據(jù)，如何在系統(tǒng)中得到有效的管理和使用，一直是大家所關(guān)心的問題。在PLM系統(tǒng)中，這些結(jié)構(gòu)化試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程：首先整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過TDM開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出接口程序把與設(shè)計(jì)相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)按照模板要求的格式導(dǎo)出生成excel或xml等文件，然后導(dǎo)人到PLM系統(tǒng)中，系統(tǒng)能夠?qū)⑦@些文件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的展示、管理和使用。

    把試驗(yàn)數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)集(data set)方式在TeamCenter中統(tǒng)一管理。其試驗(yàn)信息與數(shù)據(jù)的組織關(guān)系如圖6所示。

圖6 試驗(yàn)信息與數(shù)據(jù)的組織關(guān)系

    由圖6可以看出，數(shù)據(jù)的組織關(guān)系與TDM系統(tǒng)類似，也方便了以后兩個系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互。

5 結(jié)束語

    在PLM平臺下，使設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)直接關(guān)聯(lián)起來，不僅使設(shè)計(jì)人員直觀地利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)改進(jìn)設(shè)計(jì)，同時使產(chǎn)品信息管理過程連續(xù)化，由此形成的工程數(shù)據(jù)中心，包含較全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，便于設(shè)計(jì)/工藝/試驗(yàn)/服務(wù)人員了解不同階段的相關(guān)數(shù)據(jù)。同時這些數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)體系建設(shè)中最要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對設(shè)計(jì)體系的完善起到至關(guān)重要的作用。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

轉(zhuǎn)載請注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.ezxoed.cn/

本文標(biāo)題：基于PLM平臺的航空發(fā)動機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理技術(shù)研究

本文網(wǎng)址：http://www.ezxoed.cn/html/solutions/14019312882.html