技术状态演化与发展浅析

摘要：概括介绍飞机制造业技术状态控制概念和作用，以及技术状态控制的演变过程。主要论述了飞机状态控制的模块化构型规则，详细阐明了技术状态构型管理、批次控制、有效性与更改管理。

关键词：技术状态;CI;EBOM

一、技术状态控制概念及作用

飞机的状态控制是一种面向产品全生命周期的，以产品结构为组织形式的，继承和协调与产品构建过程相关的一切活动和产品数据，保证产品各生命周期阶段零件、文档和更改数据的一致性和可控性，提供产品状态的可视化定义和控制的产品数据管理技术[1]。

飞机的状态控制目的主要就是通过状态控制来确定产品不同阶段、不同批次范围内的全部有效数据，主要包括产品结构信息、几何信息、材料信息、有效性信息、工艺信息和技术说明等。

二、状态控制的演变

起初，产品设计以二维图为设计载体，将产品技术指标信息表述在二维图纸及文件中。各系统单元以金字塔形式从上到下进行设计，并以图纸明细表的配套关系表述EBOM。飞机状态控制主要是以图纸更改单、换版图纸等批次有效性进行控制。设计与制造之间主要以模拟量来传递信息。这一阶段主要问题是设计劳动强度大，模拟量数据传递导致设计与制造间误差大，产品配置无法按市场需求和客户具体要求及时做出调整。

为了达到客户具体要求与设计更改能力之间的平衡需要，出现了选装图纸及补加工图纸，以补加工图更改的信息及原图的设计信息的集合为更改后设计指标信息。打破了金字塔式的设计形式，并以产品技术状态文件作为产品构型配置的解决方法。

通过技术状态文件，可以实现对某架飞机的各项技术指标的全方位控制，使EBOM一目了然。产品技术状态文件代替图纸明细表是EBOM发展历程中的一个标志性创新。这种技术状态控制方式一直沿用至今，它较好的解决了产品配置这一难题。

技术状态文件是产品金字塔式构建与产品配置交叉组合的管理方式。初步打破了产品按图纸明细的组套关系控制产品配置的方法。随着计算机、网络技术及各种应用系统的发展，特别Windchill系统的广泛使用，EBOM从文本文档管理转换为数据库管理，实现从面向单项信息技术的BOM技术向面向部门级信息技术的BOM技术的跨越。

三、状态控制的模块化构型规则

对于飞机状态控制的模块化构型设计，必须从顶层到底层进行标准化规范。要实现产品设计数据管理，首先要为各种数据建立一个逻辑关系正确的结构框架，以实现产品设计数据的结构化管理，我们可以建立一种金字塔式数据结构[2]。

1、顶层的定义

其中顶层（不变层）包含产品根类、产品类、产品和组件（系统）。产品根类是指一个企业产品结构的源头，比如飞机类、汽车类。产品类是指在一个产品根类中，在进一步细分，按照这种产品自身的特性，分成不同的类型。产品是指一个产品类中的一个具体的系列化产品型号，如中航工业哈飞生产的Y12F就属于一个产品[2]。组件是指按系统功能定义的节点，比如燃油系统、操纵系统、机身结构等。顶层的这些定义满足了EBOM的系统配套特性。

2、CI的构型管理

构型层（配置层）包含构型项（CI）层。在构型层中通过技术状态项目（Configuration Item： CI）进行配置管理。CI是产品构型配置单元，是有效性定义的对象，可进行各类有效性的配置，并将这些有效性配置传递给CI单元内部的零组件。CI包含不可变技术状态项目（Invariable Configuration Item： ICI）和可变技术状态项目（Variable Configuration Item： VCI）。EBOM按照技术状态管理和产品模块化设计要求可将结构分为两个层次：

第一层：用于配置的CI结构;

第二层：开展设计的零组件结构。

第一层与第二层之间通过VCI链接零组件、安装和装配连接。

EBOM引入CI概念与管理方式，必然在结构构型上体现EBOM的灵活配置特性及系统配套特性，并以面向客户、面向制造、系列化的规划原则来进行CI结构的顶层规划，规划需遵循以下准则：

CI顶层结构应体现系列化、通用化设计要求，通过构建通用构型、选装构型和客户化构型等等构型结构树来实现，这是EBOM模块化设计方法，符合本身具有的灵活配置特性;

CI中层结构应体现系统功能组成特征和设计分离面，通过模块化设计和具体CI确定来实现，这是EBOM的系统组套特性;

CI底层结构应体现工艺装配性区域和工艺分离面，通过型号各设计站位和工艺区域来实现，这是EBOM具有面向装配、面向制造的新属性。

3、底層（设计层）中的零件引用和零件实例

实例是组成产品的一个基本对象。一个零件在数据库中只存在一个零件引用。在PDM系统中通过零件引用和零件实例可以比较好地解决一致性维护问题。

四、技术状态有效性控制的演变

初始阶段，飞机制造业由图纸版次、明细表配套、更改单有效性进行版本管理和有效性控制。后来，引入技术状态文件进行版本管理及有效性控制。通过技术状态文件对图纸版次及图纸更改单的批次定义来完成飞机产品批次管理及有效性控制。技术状态文件是以批次来定义的文件，在同一批次约束下，图纸版次的有效性及图纸更改单的有效性得以控制。大多数情况下，同一图纸对多架飞机有效，同一图纸不同版次对应不同批次，因定型并进入批生产阶段的图纸与图纸版次的有效性通过技术状态的选配来控制，图纸与图纸版次其本身可以不带批次有效性，而图纸更改单因有在制品处理问题所以一般按某一批次进行更改控制，但常常因为各种不确定性因素导致图纸更改单的批次又由技术状态文件的批次有效性进行二次控制。这种比较混乱的有效性控制方法大大增加了技术状态管理的难度。

EBOM模块化构型的出现，为解决这种混乱的有效性控制提供了可能，因此需要在EBOM模块化构型基础上对版本管理进行研究。

五、技术状态结构模块化基础上版本管理的演变

版本分级追踪模型是建立在飞机制造业EBOM模块化的基础之上，是一种简化的构型控制策略，它能有效地解决版本的追踪问题。一般按版本追踪过程分为2类[3]。一类是产品优先的版本追踪模型。首先要通过版本配置规则确定每个零部件版本，之后再组成特定的产品版本，是一个由下至上的过程。一类是基于版本优先的版本追踪模型，首先要选择特定的产品版本，然后选择组成该特定产品版本的零部件版本，是一个由上至下的过程。

由于客户需求的多样性，因而产生了飞机产品构型多样化的特点，加之其零部件数量及品种非常多，不大可能针对每个版本的飞机产品都创建一颗完整产品结构树，也就是无法采用版本优先的追踪模型，而如果采用产品优先的追踪模型，则无异于建立一种分层变量式[4]的产品结构，即将有效性分布于飞机产品结构的各层，不利于有效性的管理和飞机构型的控制，因此在飞机构型分级控制的思想下，提出了版本分级追踪模型来进行版本的追踪和控制，它将前面的两种版本追踪模型合二为一，因此是一种复合式的版本控制模型[5]。

第一级相当于构型层（配置层）采用产品优先的版本追踪模型，通过该产品型号的配置规则过滤出被选择的模块版本。产品空间即前述所说的顶层（不变层），产品优先的追踪模型面向的是产品根类及产品类，产品类由产品空间中一系列产品版本并集组成。每个产品版本都表示一个模块主对象，它与模块版本空间中的节点一一对应。模块版本空间中的每个节点都代表一个模块的所有版本对象的集合，都对应该模块的版本演变过程。

第二级相当于底层（设计层）采用版本优先的版本追踪模型，即确定模块版本空间中某一模块版本（相当于VCI）来确定相应的零部件实例版本所构成的模块结构。每个模块版本与模块结构空间中的模块结构一一对应。模块结构空间中的结点表示与该模块版本相对应的结构树，结构树中的每个结点都对应着组成该模块版本的一个确定零部件引用版本。

综上所述，以VCI为分界点，不用考虑VCI版本的追溯问题，型机下的所有VCI都是通过产品构型的有效性（配置规则）来控制，而VCI下的模块结构中的零部件引用需要考虑版本的追溯问题。即当模块结构中所选的零部件引用发生更改时，此零件版本及父件一直到VCI下逐层均将更改。

六、技术状态控制版本管理的进一步简化

飞机产品在研制及转到定型后小批生产制造过程中存在许多不确定的因素，不可能避免由于实际情况需要而发生的各类更改请求。虽然通过版本分级追踪模型大大简化了控制策略，但由于零件升版导致向上追溯至VCI级层层图号均要升版，工作量仍是较大的。因此需要对版次管理做进一步改进。

零件升版向上追溯至VCI级层层图号均升版的客观原因有以下几个方面：

零件升版引起零件与其他零组件间安装面（连接面）发生变化，导致原有组件图无法表示，需组件图升版改变安装面的视图;

零件升版引起与其他零组件产生干涉而引起其他零件更改，导致原有组件图组合方式发生变化;

零件升版导致需返修或更改前的已制品无法补加工达到更改后要求而报废，导致原组件图无法满足零件升版后的要求而必须更改升版。

反之，当零件升版时，上级组件不需要升版，即可以原样使用的情况有以下几个方面：

零件升版属于完善图样、勘误，不涉及在制品、已制品，更改前后的差异不影响工艺装备，对产品无任何影响，零件的上级组件不用升版;零件升版在制品不需返修，但应修改模具、工装满足设计要求的，零件的上级组件不用升版。

由此可以得到的结论是，在制品（含已制品）的I或II的更改而引起零件升版，此零件的上级组件不需升版。

七、技术状态控制的应用策略

由上所述，飞机制造业技术状态控制在CI层控制模块有效性，在零组件设计层只是初步阐述了图纸版本控制问题，因为在飞机的构型发生更改时，不仅涉及到图纸版本更改，还涉及到图号的更改，不同批次的更改，图纸更改单批次控制等问题。因此，对飞机制造业技术状态控制的应用策略作如下规定：

对于均要更改的批次，在制品（含已制品）为I类、II类的，相应零件升版，上级组件可以不升版。对于在制品III、IV、V类的，相应零件升版，则上级组件应升版。对于已出厂飞机通过技术单及售后服务通报方式进行更改实施;

对于从某架起开始更改的批次，零件的更改通过零件图号的尾号升号进行处理，上级组件图号的尾号也升号，相应CI层编号尾号也升号。在本段批次内的进一步更改的原则同第一条;

因模块有效性由CI层控制，对于图纸更改单不再注明有效批次，与图纸相应版次有效性一致，图纸的有效性由CI层控制，且图纸版次采用最新有效原则;

对于飞机定型后进入较稳定阶段的更改，可以在发生更改时不立即实施，而将更改积累在预定的区域点，即在预先指定的架次上实施更改，从而可以稳定飞机的生产，减少由于频繁更改而引发的生产成本的提高。

八、结论

综上所述，将飞机制造业EBOM以一种金字塔式数据结构建立，包括顶层（不变层）、构型层（配置层）、底层（设计层）。通过引入CI概念，采用ICI、VCI将EBOM构建成模块化式数据结构，解决构型管理控制问题。版本分级追踪模型是基于飞机制造业EBOM模块化数据结构的基础之上构建而成的。版本分级追踪模型进一步简化并解决了版本管理问题。技术状态控制的应用策略，解决了批次控制、有效性与更改管理等存在的问题。

参考文献：

[1] 于勇， 范玉青. 飞机构型管理研究与应用[J]. 北京航空航天大学学报， 2005， 31（3）： 278-283

[2] 张凯， 王丹爽. 应用PDM系统实施航空产品设计数据管理[A]. 铸剑——2007国防科技工业虚拟制造技术高层论坛论文集[C]. 2007： 83-87

[3] 秦友淑， 曹化工. 工程配置的版本分类及产品版本追踪模型[J]. 计算机辅助设计与图形学学报， 2000， 12（2）： 127-131

[4] 刘刀桂， 孟繁晶， 邓家禔. PDM中产品变量结构及变量化配置管理的研究[J]. 计算机辅助工程， 2001， 10（1）： 7-12

[5] 于勇， 卢鹄， 范玉青， 等. 飞机构型控制技术研究与应用[J]. 航空制造技術， 2009， 345（23）： 78-82

作者简介：苏雪松，1973-1-9哈尔滨，佳木斯大学，学士学历，哈尔滨飞机工业集团有限责任公司，高级工程师