作為高端裝備制造業(yè)的典型代表,航空制造業(yè)具有集成與綜合化程度高、多元化廣域協(xié)同范圍廣等顯著特征,需要充分利用先進(jìn)的數(shù)字化協(xié)同技術(shù),構(gòu)建多層次、多方位的全價(jià)值鏈協(xié)同業(yè)務(wù)體系和應(yīng)用體系。我國(guó)航空制造業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局大調(diào)整、大變革和大發(fā)展的歷史時(shí)期,迫切需要優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),突出核心能力,以搶占價(jià)值鏈高端。在此背景下,有必要面向企業(yè)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí)的總體目標(biāo),從全生命周期產(chǎn)業(yè)鏈、端到端價(jià)值鏈等多個(gè)角度,重新梳理飛機(jī)工程研制與服務(wù)保障的協(xié)同業(yè)務(wù)模型體系,并引入新的信息化技術(shù)和先進(jìn)管理思想,構(gòu)建數(shù)字化協(xié)同的先進(jìn)協(xié)同應(yīng)用體系,推動(dòng)飛機(jī)研發(fā)、制造、服務(wù)保障的業(yè)務(wù)模式變革,提升核心競(jìng)爭(zhēng)力。
國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
1.國(guó)外情況
計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作(Computer Supported Cooperative Work,簡(jiǎn)稱CSCW)的思想是1984年由Crief和Cashman提出的,其目的是構(gòu)建一個(gè)計(jì)算機(jī)支撐下的虛擬共享環(huán)境,使分布在異地的人員能夠基于該環(huán)境進(jìn)行快速、高效的協(xié)同工作。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)CSCW的研究和應(yīng)用高度重視,并且通過政府、機(jī)構(gòu)和大公司的資助,支持科研院校進(jìn)行了大量面向工程實(shí)際的協(xié)同技術(shù)研究工作。如歐洲的Esprit II計(jì)劃中的Euro-CoOp項(xiàng)目就是為了開發(fā)能支持分布式協(xié)同的系統(tǒng),并將其應(yīng)用于大型的工程項(xiàng)目。Stanford大學(xué)聯(lián)合Lockheed、EIT及HP進(jìn)行的PACT項(xiàng)目用于研究大規(guī)模、分布式并行工程系統(tǒng),重點(diǎn)研究分布式協(xié)同設(shè)計(jì)的問題。由APAR SISTO資助Stanford大學(xué)CDR、EIT及SIMA合作開發(fā)的SHARE項(xiàng)目支持Internet網(wǎng)上的設(shè)計(jì)小組進(jìn)行同步的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
隨著歐美高端制造業(yè)企業(yè)紛紛采用全球化戰(zhàn)略,不斷優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),并通過產(chǎn)業(yè)鏈的分散化協(xié)同實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),從工業(yè)化需求層面大大推動(dòng)了協(xié)同技術(shù)的發(fā)展和工程化應(yīng)用,形成了大量數(shù)字化協(xié)同的成功案例和最佳實(shí)踐。如Airbus的ENHANCE、VIVACE項(xiàng)目,以及Airhus集團(tuán)(原EADS集團(tuán))發(fā)起的PHENIX項(xiàng)目,并基于這些項(xiàng)目構(gòu)建了A380/A350/A400M等型號(hào)的PLM協(xié)同平臺(tái)。Boeing、Lockheed Martin、Raytheon、NASA、Thales等公司也通過實(shí)施PLM協(xié)同平臺(tái)推進(jìn)了其業(yè)務(wù)變革和轉(zhuǎn)型工作。下文以Airbus集團(tuán)為例進(jìn)行說明。
在全球化戰(zhàn)略指引下,Airbus集團(tuán)的業(yè)務(wù)模式由“Build to Print”(來圖加工模式)向“Integrators”(集成商模式)轉(zhuǎn)換,即只關(guān)注頂層設(shè)計(jì)及集成、客戶服務(wù)、適航等核心業(yè)務(wù),剝離非核心業(yè)務(wù),將70%以上的零部件分包給RSP(風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)供應(yīng)商)和二級(jí)、三級(jí)供應(yīng)商。為了適應(yīng)該業(yè)務(wù)模式,Airhus集團(tuán)在2007年實(shí)施了PHENIX等項(xiàng)目,以推進(jìn)PLM等信息化平臺(tái)在三大子公司和擴(kuò)展企業(yè)(EE)范圍內(nèi)的應(yīng)用、工具及流程的統(tǒng)一;谠擁(xiàng)目,Airhus集團(tuán)面向產(chǎn)品全生命周期構(gòu)建了市場(chǎng)營(yíng)銷、研發(fā)、生產(chǎn)、客戶服務(wù)的一體化應(yīng)用體系。該應(yīng)用體系通過xBOM實(shí)現(xiàn)單一數(shù)據(jù)源管理和全生命周期構(gòu)型管理,通過構(gòu)建面向全球的協(xié)同環(huán)境實(shí)現(xiàn)EE(Extended EntERPrise)的廣域協(xié)同,以支撐空客內(nèi)部以及17000多名供應(yīng)商之間的協(xié)同研發(fā),保證了A380/A350 XWB等型號(hào)研制的成功。
在Airbus集團(tuán)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型過程中,其90年代專門成立的ACE(Airbus Concurrent Engineering)部門強(qiáng)調(diào)將業(yè)務(wù)與新的管理理念和PLM等信息化工具緊密結(jié)合,不斷優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)流程、標(biāo)準(zhǔn)體系及應(yīng)用工具,將傳統(tǒng)的串行研制模式轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿泄こ萄兄颇J,并在A380、C295、A400M和A350等型號(hào)的研制中成功地進(jìn)行了應(yīng)用,大大提高了協(xié)同效率,縮短了研制周期。在A320neo新型號(hào)研制中,ACE又提出了協(xié)同工程(CollaborativeEngineering)的新研制模式。在并行工程模式中,功能設(shè)計(jì)(FunctionalDesign)與生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)(IndustrialDesign)雖然存在并行,但是仍然是兩個(gè)不同團(tuán)隊(duì)、不同業(yè)務(wù)流程,設(shè)計(jì)交付DMU之后,工藝仍然需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換工作。在協(xié)同工程模式中,功能設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)和組織完全融合,采用統(tǒng)一的設(shè)計(jì)流程,并將一個(gè)統(tǒng)一的iDMU(IndustrialDMU)交付給生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)(MESIERP)。生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)的超差偏離將反饋至iDMU,形成As-Built(單架次實(shí)例化DMU)。傳統(tǒng)模式、并行工程及協(xié)同工程的差異性比較見表1。
表1 傳統(tǒng)模式、并行工程與協(xié)同工程的比較
2.國(guó)內(nèi)情況
國(guó)內(nèi)制造業(yè)從20世紀(jì)70年代開始應(yīng)用數(shù)字化技術(shù),經(jīng)過近30年的努力取得了顯著成效,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、管理的各個(gè)環(huán)節(jié)已廣泛應(yīng)用數(shù)字化技術(shù),各種諸如CAD、CAPP、CAM、PDM和ERP等單項(xiàng)技術(shù)與系統(tǒng)的應(yīng)用比較普及,產(chǎn)品研制周期明顯縮短,設(shè)計(jì)制造質(zhì)量顯著提高。面對(duì)市場(chǎng)與研制的全球一體化趨勢(shì),我國(guó)的航空制造業(yè)從原來一廠一所的獨(dú)立研制模式向多廠所聯(lián)合研制甚至國(guó)際合作研制的模式轉(zhuǎn)變。借助大飛機(jī)等重大IT程項(xiàng)目,中航工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院、中國(guó)商飛等單位紛紛開展了分布式數(shù)字化協(xié)同研制平臺(tái)的建設(shè),型號(hào)研制中的多家參研單位可以基于該協(xié)同虛擬工作環(huán)境開展協(xié)同工作、數(shù)據(jù)共享、構(gòu)型狀態(tài)管理和控制等,以消除多家參研單位的地域障礙,提高協(xié)同效率,確保了型號(hào)研制的成功。
與國(guó)外高端制造業(yè)企業(yè)的數(shù)字化工程協(xié)同能力建設(shè)情況相比,國(guó)內(nèi)航空制造企業(yè)雖然構(gòu)建了相應(yīng)的數(shù)字化協(xié)同應(yīng)用體系,但是傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)模式仍然沒有發(fā)生大的改變,工程協(xié)同的建設(shè)內(nèi)容主要限于數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收、現(xiàn)場(chǎng)單據(jù)協(xié)調(diào)等,缺少與業(yè)務(wù)的緊密融合和相互促進(jìn),數(shù)字化協(xié)同技術(shù)的效能和價(jià)值遠(yuǎn)未發(fā)揮。針對(duì)這些問題,下文將從數(shù)字化協(xié)同技術(shù)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)兩個(gè)方面分別進(jìn)行詳細(xì)論述。
數(shù)字化協(xié)同技術(shù)架構(gòu)
為了提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,航空制造業(yè)未來將持續(xù)推進(jìn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí),通過調(diào)整和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),進(jìn)一步開放價(jià)值鏈體系,以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和降低成本。未來航空制造業(yè)全球化開放式價(jià)值鏈體系如圖1所示。在該體系中,大部分的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原型制造、零部件生產(chǎn)、系統(tǒng)集成都將外包給多級(jí)供應(yīng)商,主制造單位主要負(fù)責(zé)頂層架構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)工藝過程開發(fā)、關(guān)鍵系統(tǒng)及整機(jī)總裝集成、銷售服務(wù)、項(xiàng)目管理、質(zhì)量管理、商業(yè)模式開發(fā)等。主制造商通過供應(yīng)鏈管理SCM、產(chǎn)品全生命周期管理PLM等軟件實(shí)現(xiàn)與供應(yīng)商的協(xié)同和管理。
圖1 航空制造業(yè)全球化開放式價(jià)值鏈
基于上述價(jià)值鏈模式,引入先進(jìn)的研制管理模式,結(jié)合航空制造業(yè)的業(yè)務(wù)特點(diǎn),給出了如圖2所示的數(shù)字化協(xié)同技術(shù)架構(gòu)。該架構(gòu)包括3個(gè)層次:業(yè)界先進(jìn)的管理思想、4個(gè)維度的數(shù)字化協(xié)同技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化工程中間件技術(shù)。
圖2 航空制造數(shù)字化協(xié)同技術(shù)架構(gòu)
其中,業(yè)界先進(jìn)的管理思想包括基于模型的系統(tǒng)工程、并行工程/協(xié)同工程、精益化管理、全球產(chǎn)業(yè)鏈分散化管理等。數(shù)字化協(xié)同技術(shù)包括以模型為核心的多專業(yè)/多學(xué)科協(xié)同技術(shù)(Model Centric)、以模塊化為核心的全生命周期價(jià)值鏈端到端一體化協(xié)同技術(shù)(Module Centric)、以規(guī)劃和計(jì)劃為核心的工程管理協(xié)同技術(shù)(Plan Centric)、以合同協(xié)議為核心的全球供應(yīng)鏈協(xié)同技術(shù)(ContractCentric)。該協(xié)同技術(shù)體系涵蓋了全壽期、多層次、多要素、多維度的協(xié)同業(yè)務(wù)。其中,全壽期包括立項(xiàng)論證至售后保障的全生命周期各個(gè)階段,多層次包括專業(yè)內(nèi)、多專業(yè)、企業(yè)間等,多要素包括進(jìn)度、質(zhì)量、技術(shù)狀態(tài)等,多維度包括管理、工程、多級(jí)供應(yīng)商、用戶方等。標(biāo)準(zhǔn)化工程中間件主要為不同層次的協(xié)同提供通用技術(shù)支持,以實(shí)現(xiàn)信息集成、流程協(xié)同和數(shù)據(jù)共享。下文將分別對(duì)上述技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)論述。
關(guān)鍵技術(shù)
1.以模型為核心的多專業(yè)/多學(xué)科設(shè)計(jì)協(xié)同技術(shù)
飛機(jī)的設(shè)計(jì)及更改工作貫徹于產(chǎn)品全生命周期各個(gè)階段,并且涉及多個(gè)專業(yè)、多個(gè)學(xué)科。為了確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和滿足客戶需求,有必要改變傳統(tǒng)的以詳細(xì)設(shè)計(jì)階段為主的管理模式,引入基于模型的系統(tǒng)工程管理思想,實(shí)現(xiàn)需求、架構(gòu)設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證的一體化;改變注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單一專業(yè)的管理模式,擴(kuò)展為廣義研發(fā)領(lǐng)域多專業(yè)的協(xié)同,其中廣義研發(fā)多專業(yè)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、維修保障設(shè)計(jì)等;改變注重產(chǎn)品設(shè)計(jì)單一學(xué)科的管理模式,擴(kuò)展為產(chǎn)品設(shè)計(jì)與四性綜保、重量重心、強(qiáng)度分析、仿真分析等多個(gè)學(xué)科的協(xié)同,以優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性;改變傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模擬量傳遞方式,提升為以模型為核心的數(shù)字量傳遞模式,并逐步過渡至虛擬產(chǎn)品聯(lián)合定義的模式,其中虛擬產(chǎn)品聯(lián)合定義指的是協(xié)同工程模式下的多專業(yè)、多學(xué)科高度融合的業(yè)務(wù)協(xié)同模式。
在基于模型的系統(tǒng)工程研發(fā)體系中,模型代表不同階段產(chǎn)生的模型集合,它們互相聯(lián)系,并分別解決不同領(lǐng)域的問題。模型集合的組成及其邏輯關(guān)系如圖3所示,包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型集合和衍生模型。其中,產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型包括需求模型、頂層架構(gòu)設(shè)計(jì)模型(參數(shù)模型、架構(gòu)模型、行為模型)、電氣/通信設(shè)計(jì)模型、硬件設(shè)計(jì)模型、軟件設(shè)計(jì)模型等,這些模型是按照產(chǎn)品研制流程而產(chǎn)生的輸出結(jié)果。衍生模型是由產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型派生出來,用以驗(yàn)證、說明、分析等用途的特殊模型,主要包括仿真模型、工序模型、檢驗(yàn)?zāi)P、維修模型、安全分析模型、成本分析模型等。
在基于模型的設(shè)計(jì)方面,國(guó)內(nèi)外航空先進(jìn)制造企業(yè)已經(jīng)或正在開展基于MBD(Model Based Definition)的數(shù)字化產(chǎn)品定義、基于MBD的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)及仿真、基于MBD的工藝裝備設(shè)計(jì)制造集成、基于MBD的數(shù)字化檢測(cè)及質(zhì)量控制等技術(shù)的應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)制訂工作,基本實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字量傳遞的數(shù)字化工程協(xié)同工作模式。MBD技術(shù)重點(diǎn)解決傳統(tǒng)研制模式下的數(shù)據(jù)表達(dá)、傳遞及二義性轉(zhuǎn)換的問題,數(shù)據(jù)的核心以產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為主。如圖3所描述的模型體系,在MBD技術(shù)深入應(yīng)用的基礎(chǔ)上,需要向前端的需求設(shè)計(jì)、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì),后端的仿真驗(yàn)證、生產(chǎn)、維修、質(zhì)量(安全、成本、可靠性分析等)等環(huán)節(jié)進(jìn)行擴(kuò)展,并逐步與業(yè)務(wù)組織調(diào)整相結(jié)合,向協(xié)同工程研制模式下的模型整合方向發(fā)展。
圖3 廣義產(chǎn)品研發(fā)模型體系
基于模型的系統(tǒng)工程管理思想除了強(qiáng)調(diào)以模型為核心的設(shè)計(jì),還強(qiáng)調(diào)全生命周期過程中基于模型的協(xié)同管理,即通過管理環(huán)境實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期模型數(shù)據(jù)的管理和基于模型的設(shè)計(jì)協(xié)同,支持各階段、各學(xué)科模型的關(guān)聯(lián)性和可追溯性。
2.以模塊化為核心的全價(jià)值鏈端到端一體化協(xié)同技術(shù)
全生命周期價(jià)值鏈端到端的業(yè)務(wù)過程包括立項(xiàng)論證、方案設(shè)計(jì)、工程研制、試驗(yàn)驗(yàn)證、定型批產(chǎn)、售后保障等各個(gè)階段。為了提高各個(gè)階段業(yè)務(wù)工作的協(xié)同效率,確保各個(gè)階段的關(guān)聯(lián)性和符合性,實(shí)現(xiàn)模塊化統(tǒng)一管理是重要的基礎(chǔ)保障。
模塊化是一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)及管理理念,在全生命周期價(jià)值鏈端到端的協(xié)同體系中貫徹模塊化思想,其優(yōu)點(diǎn)包括:可以提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)重用性,快速推出適應(yīng)客戶需要的系列化和個(gè)性化產(chǎn)品;實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)扁平化,可以簡(jiǎn)化工程管理和技術(shù)狀態(tài)管理,提高數(shù)據(jù)管理的準(zhǔn)確度;采用先進(jìn)的模塊化生產(chǎn)和裝配模式,縮短交付周期;利于產(chǎn)品維修和客戶增值服務(wù);利于合作伙伴的接口定義和合作研制機(jī)制。
基于模塊化的全價(jià)值鏈端到端協(xié)同核心技術(shù)及支撐規(guī)范如圖4所示。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期就需要面向未來的平臺(tái)系列化發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行模塊化規(guī)劃,并在各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)貫徹模塊化設(shè)計(jì)的原則。在模塊化設(shè)計(jì)過程中,引入并行工程或協(xié)同工程的思想,采用DFx的設(shè)計(jì)方法,以保持底層設(shè)計(jì)模塊在全生命周期各個(gè)階段的一致性和完全共享,避免模塊在不同階段的重新打散,從而影響其符合性和可追溯性。其中,DFx包括面向需求的設(shè)計(jì)(Design for Requirement)、面向制造的設(shè)計(jì)(Design for Manufacturing)、面向裝配的設(shè)計(jì)(Design for Assembly)、面向維修的設(shè)計(jì)(Design for Maintenance)等。
圖4 基于模塊化的端到端協(xié)同核心技術(shù)及支撐規(guī)范
除了模塊化的設(shè)計(jì)技術(shù)外,還需要模塊化管理和應(yīng)用技術(shù)。模塊化管理主要包括基于模塊化的數(shù)據(jù)簽署、發(fā)放、更改、供應(yīng)商協(xié)同,以保持模塊的原子化和完整性管理。模塊化應(yīng)用主要包括模塊化生產(chǎn)、模塊化選裝選配、模塊化交付、模塊化維修、模塊化技術(shù)協(xié)調(diào)等。
3.以規(guī)劃和計(jì)劃為核心的工程管理協(xié)同技術(shù)
航空制造工程研制工作是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,應(yīng)用技術(shù)復(fù)雜且具有不確定性,持續(xù)周期長(zhǎng),需要巨大的資金、資源支持和大量參研人員協(xié)同工作。因此,為了保障項(xiàng)目的研制成功,需要以規(guī)劃、計(jì)劃為核心,采用精益化管理思想,構(gòu)建相應(yīng)的工程管理協(xié)同應(yīng)用體系。
圖5為以規(guī)劃和計(jì)劃為核心的工程管理協(xié)同體系框架,該框架將任務(wù)規(guī)劃、計(jì)劃制定、工程執(zhí)行、結(jié)果反饋等環(huán)節(jié)緊密結(jié)合起來,形成一體化、透明化的精益管理基礎(chǔ)模式;谠摽蚣芩枷耄紫刃枰眯枨蠊芾砉ぞ逺T進(jìn)行協(xié)同任務(wù)的規(guī)劃,包括需求規(guī)劃、模塊規(guī)劃、質(zhì)量規(guī)劃、適航規(guī)劃、試驗(yàn)規(guī)劃、工藝規(guī)劃、維修規(guī)劃等;然后根據(jù)任務(wù)規(guī)劃進(jìn)行資源配置和進(jìn)度安排,并在多項(xiàng)目管理平臺(tái)中形成工程協(xié)同計(jì)劃;工程協(xié)同計(jì)劃可以直接傳遞給工程研制協(xié)同環(huán)境PLM/MES/ERP,使工程人員根據(jù)計(jì)劃任務(wù)開展相應(yīng)的研制工作,并將結(jié)果和狀態(tài)進(jìn)行反饋。
圖5 以規(guī)劃和計(jì)劃為核心的工程管理協(xié)同體系框架
關(guān)鍵支撐技術(shù)包括多項(xiàng)目管理、質(zhì)量和適航管理、技術(shù)狀態(tài)管理等。其中,多項(xiàng)目管理強(qiáng)調(diào)以項(xiàng)目管理為主線,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜裝備研制進(jìn)度、資源、風(fēng)險(xiǎn)、合同、成本等要素的統(tǒng)一管理,并將項(xiàng)目管理與工程研制協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行整合,實(shí)現(xiàn)計(jì)劃及交付的透明化監(jiān)控和可視化追溯。質(zhì)量和適航管理將改變傳統(tǒng)的事后檢查管理模式,通過與工程研制過程的捆綁,實(shí)現(xiàn)質(zhì)量和適航目標(biāo)定義、分解、實(shí)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)和全過程監(jiān)督,以加強(qiáng)事前規(guī)劃和事中控制。技術(shù)狀態(tài)管理強(qiáng)調(diào)從標(biāo)識(shí)、控制、審核和記實(shí)4個(gè)方面實(shí)現(xiàn)全壽期、全要素、全方位、全特性的技術(shù)狀態(tài)管理。其中,全壽期指產(chǎn)品全生命周期各個(gè)階段,全要素包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、工裝、質(zhì)量/適航、仿真、試驗(yàn)等方面,全方位包括設(shè)計(jì)、制造、客戶服務(wù)、供應(yīng)商等不同的參研主體,全特性包括虛擬產(chǎn)品的功能特性和實(shí)物產(chǎn)品的物理特性。
4.以合同和協(xié)議為核心的全球產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同技術(shù)
隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步分散化,飛機(jī)研制過程中的協(xié)作主體和協(xié)作關(guān)系將愈發(fā)復(fù)雜。為了消除地域障礙,有效地管控協(xié)同過程并提高協(xié)同效率,有必要從總制造商的角度,面向航空制造產(chǎn)業(yè)鏈體系,構(gòu)建完善的全球產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同環(huán)境,以合同和協(xié)議為核心實(shí)現(xiàn)不同協(xié)作主體(客戶、適航當(dāng)局、多級(jí)供應(yīng)商、試驗(yàn)單位等)的不同維度(計(jì)劃、質(zhì)量、工程等)的無縫協(xié)同。
以供應(yīng)商協(xié)同為例,在方案階段與供應(yīng)商進(jìn)行聯(lián)合產(chǎn)品定義,確定供應(yīng)商所承擔(dān)工作包的技術(shù)規(guī)格(或技術(shù)協(xié)議);基于該技術(shù)規(guī)格,形成供應(yīng)商交付計(jì)劃,指導(dǎo)供應(yīng)商研制工作,并管理交付和試驗(yàn)狀態(tài);基于技術(shù)規(guī)格和交付計(jì)劃,總體設(shè)計(jì)單位按照工作包劃分協(xié)調(diào)區(qū),并將協(xié)調(diào)區(qū)相應(yīng)的上下文數(shù)據(jù)發(fā)送給相應(yīng)的供應(yīng)商,供應(yīng)商基于接收的設(shè)計(jì)上下文環(huán)境開展分包設(shè)計(jì)工作,設(shè)計(jì)完成后提交設(shè)計(jì)結(jié)果,并根據(jù)交付和試驗(yàn)情況反饋交付和試驗(yàn)狀態(tài)。
關(guān)鍵技術(shù)包括客戶協(xié)同、適航當(dāng)局協(xié)同、供應(yīng)商協(xié)同、試驗(yàn)協(xié)同、外場(chǎng)保障協(xié)同等。其中,供應(yīng)商協(xié)同主要解決一級(jí)和二級(jí)供應(yīng)商的協(xié)同和管理問題,標(biāo)準(zhǔn)件及零部件供應(yīng)商管理通常納入供應(yīng)鏈管理體系中進(jìn)行管理,或者由一級(jí)、二級(jí)供應(yīng)商根據(jù)配套需求進(jìn)行管理。外場(chǎng)保障協(xié)同則主要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品交付后的外場(chǎng)技術(shù)支持協(xié)同,包括技術(shù)資料信息發(fā)布、外場(chǎng)技術(shù)支持過程管理、裝備運(yùn)行可靠性數(shù)據(jù)管理等。
5.標(biāo)準(zhǔn)化工程中間件技術(shù)
標(biāo)準(zhǔn)化工程中間件技術(shù)可以分為集成技術(shù)、協(xié)同技術(shù)和數(shù)據(jù)共享技術(shù)3類。其中,集成技術(shù)主要解決異構(gòu)應(yīng)用或數(shù)據(jù)庫層面的集成問題,集成模式將逐步從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的模式向基于SOA(Service Oriented Architecture,面向服務(wù)的架構(gòu))的集成HUB模式轉(zhuǎn)變,以實(shí)現(xiàn)集成模式的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和可擴(kuò)展性。協(xié)同技術(shù)主要解決異地不同協(xié)作主體之間的同步或異步協(xié)同問題,包括協(xié)同規(guī)范和業(yè)務(wù)流程集成協(xié)同。在協(xié)同中,需要遵循協(xié)同規(guī)范進(jìn)行協(xié)同應(yīng)用環(huán)境搭建及對(duì)接,并按照規(guī)范開展相應(yīng)的協(xié)同業(yè)務(wù);業(yè)務(wù)流程集成協(xié)同需要解決跨地域、跨應(yīng)用的流程對(duì)接問題,保證流程的順暢流轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)共享技術(shù)包括單一數(shù)據(jù)源管理、BOM管理、數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)、虛擬樣機(jī)技術(shù)、安全控制等。
在數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)方面,基于STEP的數(shù)據(jù)表達(dá)、數(shù)據(jù)交換和信息系統(tǒng)集成機(jī)制,正成為解決不同的異構(gòu)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換和信息共享的根本機(jī)制。在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域常用的STEP協(xié)議包括:系統(tǒng)工程領(lǐng)域的AP233、MCAD領(lǐng)域的AP203/AP214、ECAD領(lǐng)域的AP210、CAE領(lǐng)域的AP209、工藝規(guī)劃領(lǐng)域的AP224、數(shù)控加工領(lǐng)域的AP238、PLCS(Product Lifecycle Support,產(chǎn)品生命周期支持)領(lǐng)域的AP239等。在數(shù)字化工程協(xié)同中,需要按照上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行異構(gòu)工具及應(yīng)用的集成、數(shù)據(jù)傳遞和共享。
在虛擬樣機(jī)技術(shù)方面,按照研制階段劃分包括需求樣機(jī)、概念樣機(jī)、工程樣機(jī)、產(chǎn)品樣機(jī)等。其中,產(chǎn)品樣機(jī)指工程基本定型后,在工程樣機(jī)基礎(chǔ)上增加工裝模型、可靠性模型、維護(hù)模型、虛擬仿真模型、操作模型等,以支持生產(chǎn)、維修、訓(xùn)練、操作等用途,因此也可以按照用途分為銷售樣機(jī)、生產(chǎn)樣機(jī)、維護(hù)樣機(jī)、訓(xùn)練樣機(jī)等。按照專業(yè)可以劃分為結(jié)構(gòu)樣機(jī)、功能或性能樣機(jī),按照組成關(guān)系又可以分為全機(jī)樣機(jī)、分區(qū)樣機(jī)等。目前對(duì)虛擬樣機(jī)的應(yīng)用主要側(cè)重在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)樣機(jī)DMU的展示和干涉檢查方面,但DMU與工程協(xié)同具體應(yīng)用的結(jié)合尚不緊密。未來虛擬樣機(jī)技術(shù)將逐步向全生命周期各個(gè)階段、多專業(yè)、多用途的方向發(fā)展,并將與工程協(xié)同環(huán)節(jié)緊密融合,實(shí)現(xiàn)虛擬樣機(jī)支撐下的數(shù)字化工程協(xié)同新體系。
發(fā)展趨勢(shì)
當(dāng)前,新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革醞釀新的突破,特別是新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合,正在引發(fā)影響深遠(yuǎn)的產(chǎn)業(yè)變革。發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛實(shí)施“再工業(yè)化”戰(zhàn)略,強(qiáng)化制造業(yè)創(chuàng)新,重塑制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì),如德國(guó)提出“工業(yè)4.0”,美國(guó)提出“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”,中國(guó)提出“中國(guó)制造2025”等。在“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略中,航空航天制造被列為需要重點(diǎn)突破的十大領(lǐng)域之一,在新常態(tài)、新戰(zhàn)略、新信息技術(shù)的大背景下,航空制造的數(shù)字化協(xié)同呈現(xiàn)如下的發(fā)展趨勢(shì)。
(1)新業(yè)態(tài)下的協(xié)同商業(yè)模式不斷變化:隨著互朕網(wǎng)+與制造業(yè)的結(jié)合,將催生基于互聯(lián)網(wǎng)的研制眾包等新業(yè)態(tài),支持產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步分散至社會(huì)個(gè)體化的研制資源,從而實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的按需設(shè)計(jì)與制造協(xié)同新模式。
(2)基于企業(yè)聯(lián)盟的云制造協(xié)同:通過物聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)企業(yè)聯(lián)盟的資源聚合統(tǒng)籌和云端資源整合,催生制造資源運(yùn)營(yíng)管理服務(wù)的新業(yè)態(tài),形成“分散資源、集中管理”和“集中資源、分散服務(wù)”的制造資源接入、管理、使用的新協(xié)同模式。
(3)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)支持下的縱向集成協(xié)同:在未來,生產(chǎn)過程中的每一步都將在虛擬世界被設(shè)計(jì)、仿真以及優(yōu)化。真實(shí)的物理世界如物料、產(chǎn)品、工廠等將被建立起一個(gè)高度仿真的數(shù)字“雙胞胎”,通過虛擬與物理世界的縱向集成,實(shí)現(xiàn)更深層次的人機(jī)動(dòng)態(tài)協(xié)同。
(4)大數(shù)據(jù)支持下的智能化工程協(xié)同:大數(shù)據(jù)主要包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)、產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)等,這些數(shù)據(jù)可以利用物聯(lián)網(wǎng)從智能產(chǎn)品和智能設(shè)備中進(jìn)行動(dòng)態(tài)感知,然后進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和自主智能決策,并能夠?qū)Q策指令反饋給智能產(chǎn)品和智能設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)執(zhí)行。
結(jié)束語
航空制造數(shù)字化協(xié)同體系包括了業(yè)務(wù)體系和應(yīng)用體系,其建設(shè)和應(yīng)用的過程也是實(shí)現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)變革和管理創(chuàng)新的過程,涉及到商業(yè)模式、組織體系、業(yè)務(wù)流程、資源技能、工具及應(yīng)用等方方面面的優(yōu)化和整合。在體系化建設(shè)和應(yīng)用推進(jìn)中應(yīng)注意業(yè)務(wù)與IT的緊密融合,以業(yè)務(wù)變革推動(dòng)IT應(yīng)用體系構(gòu)建,以IT應(yīng)用體系保障業(yè)務(wù)變革的成功實(shí)施。展望未來,隨著“中國(guó)制造2025”的逐步推進(jìn),新的信息化技術(shù)、先進(jìn)的管理思想將與業(yè)務(wù)緊密融合,一定能全面促進(jìn)航空制造業(yè)的業(yè)務(wù)變革,支撐并推動(dòng)型號(hào)研制成功以及先進(jìn)的數(shù)字化協(xié)同體系的形成。
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本文標(biāo)題:航空制造業(yè)數(shù)字化協(xié)同技術(shù)綜述
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