基于PDM的民机航线维修BOM管理系统研究与开发

数字化制造技术的快速发展，使得飞机的设计技术、制造技术和管理方法发生了巨大变革，开创了全新的飞机设计制造模式。作为飞机研制过程中信息传递的桥梁，产品数据管理(Prod.uct Data Management，PDM)系统存储了与产品定义相关的各类信息，管理着产品整个生命周期中所有数据和过程。构建有效的PDM系统，离不开物料清单(Bill of Material，BOM)的支持，以BOM为主线组织的产品信息，贯穿于企业生产的。整个生产活动。作为制造资源计划运算的核心之一，在产品设计、制造、维修和报废的全生命周期数据流动过程中，BOM是信息传递和更改的重要依据。维修物料清单(Maintenance BOM)是维修服务部门根据零部件相关属性信息，按具体维修要求从设计BOM中筛选出的备用件清单。

    飞机系列产品的发展过程中，由于客户具体要求的不同、技术进步所带来的设计及工艺方面的改进等使得飞机构型在不断变化。这给航空公司根据其自身维修能力、零部件维护与修理工作的种类等条件，快速生成客户化的维修物料清单等工作带来了挑战；与之相对应的是，飞机制造商客户服务部门为满足飞机用户维修工作的要求，实现其客户服务的功能，应该具有服务于不同客户机型的备件，需要在制造过程中考虑飞机维修所需零部件对生产计划的影响，将维修BOM中零部件与制造库存一同下料生产，以利用规模优势来降低制造成本等。

    现代民用飞机零组件数量巨大，因此如何从所有产品结构中筛选出维修管理所需的产品目录，即在产品数据管理过程中如何将基于生产管理需要的工程BOM转化为维修BOM，目前尚无系统的研究。PDM具有的多视图功能，为基于PDM的维修BOM转换，提供了理论基础，本文从某型支线飞机PDM系统的工程BOM出发，根据航线维修的特点，利用BOM遍历搜索算法得到航线维修BOM。

    1 民机维修的特点

    民机维修工作可分为外场维修和内场维修。民用航空器和/或航空器部件的维修工作中。航线维修及部分可在停机坪进行的定期检修通称为外场维修，而校验、改装、修理、翻修属内场维修工作，内场维修包括了飞机机体维修、发动机维修和机载设备维修。

    民机维修可更换单元的确定，既取决于设计、生产，又对应于某一维修级别。飞机外场维修的航线可更换单元的设计，使得飞机可以在故障后，通过快速更换故障零部件进行维修，缩短了飞机的停场时间，提高了飞机的签派可靠性，因此外场维修更换零部件直接影响飞机的可靠签派，而内场维修所用零部件的服务水平直接影响航线可更换单元的服务水平，对飞机签派的影响则是间接的。根据ATA2000规定，客户化供应资料S-File涵盖了飞机制造商所制定飞机维修手册(AMM)中，所有可拆件、航线维修的可更换件；因此，航空公司航线维护所涉及备件项目，均包括在客户化供应资料S-File中，而航线可更换是进入S-File的先决条件。

    2 某型支线飞机产品数据管理的内容

    我国拥有完全自主知识产权的某型支线飞机实现了全机对接，研制生产已取得了突破性进展。PDM系统根据工程图样、相关设计文件及工艺规范等得到全机工程数据集BOM(EBOM)。记录了工程零件和装配件的属性信息及其结构关系，反映工程对产品物料的需求信息。

    EBOM用规范的数据格式描述的产品结构文件。包括所有子装配件、零件、标准件等清单，以及制造一个装配件所需要的所有物料的数量与层次关系。

    纵向来看，BOM以层次结构组织和管理数据，其中存放了从最终产品到中间部件，直至其组成零件的所有信息。EBOM所表达的产品结构如图l所示，对于图中每个装配件或组件，都有单独的EBOM分别描述。

    图1 工程数据集BOM表达的产品结构示意图

    横向来看，EBOM中，各零部件包含了设计、制造所需的诸多信息，可分为3类：标识类、装配关系描述类和零部件自然属性类。标识类有件号、名称；装配关系描述类包括产品图样及文件编号系统(DBS)层次号、上级装配件件号、对称性说明、单装数量；零部件自然属性包括零件类型(如装配件、机加件、锻件、铸件、钣金件、胶接件、焊接件、标准件、成品件等)、材料、质量、表面处理、热处理、加工与装配工艺信息(如化铣、喷丸成形、喷丸强化、胶接、蜂窝夹层、焊接等)i零件制造所需的技术标准与规范等。

    3民机维修BOM的转换过程

    飞机制造过程中，零件、组件、部件的装配.以及电缆、管路和成品的连接都离不开各种连接方法和连接件。对于航线可更换件，可以用具有相同件号的部件代替，且满足所有的物理、功能和结构要求，安装仅要求采用连接措施(螺栓、螺帽、螺钉、垫圈和销钉等)，在拆卸安装中，这些项目不要求使用通常用于机械维修之外的任何工具，除指定的调整外，对支持和邻近结构不要求为安装该项目做任何操作或改动。有些零部件则在航线更换时，要求除连接措施以外的操作，如垫补、钻孔、铰孑L、切割、锯切、挫削和修形，该类零部件拆换通常要使用用于机械维修的手工工具来完成，不需要用特种设备，如点焊、热处理等。

    因此，对于航线维修BOM，不需展开到EB.OM零部件的最底层，如某部件由几个零件组成，当其中一个零件损坏且几个零件间为航线不可拆卸连接时，需整体更换部件，而不是零件本身。根据航线可更换件的特点可知：高锁螺栓、高锁螺母、环槽钉、钉套、抽钉、托板自锁螺母、托板螺母、衬套等均为航线不可拆标准连接件，设其为航线不可拆标准连接件集Q-NonRemovable；梁、长桁、翼肋加强板、加强件、角盒、T形件、型材、隔板、腹板、支柱、蜂窝件、槽型件、搭接板、膨胀件等属航线不拆换零件集Ass—NonRemovable；焊接件、铆接件、胶接件等属航线不可拆装配件/组件类型集PartType—NonRemovable；而焊接、铆接、粘接、胶接、压接等属航线不可拆连接工艺集Process_NonRemovableo

    BOM遍历是沿着某条搜索路径，对BOM中的节点做1次且仅做1次访问，被访问的零部件作为产品结构中不同层次上的子项形成相应的BOM。工程数据集BOM到维修BOM的转换过程与BOM遍历过程是密不可分的，这里，通过构造临时表存放中间结果，采用宽度优先搜寻策略进行BOM遍历，从当前部件所在的层次进行搜索，先搜索同一层中的内容，然后再继续搜索下一层。在遍历的每一步，通过对待遍历零部件中关键参数的分析完成工程数据集BOM到维修BOM的转换。下面以图1为例，说明该转换过程。步骤1：构造临时表Temporary-BOM和航线维修零部件表M-BOM，分别存放BOM搜索的中间结果和最终结果，其结构如表1所示。

    表1 BOM搜索临时表和航线可拆零件表结构

    步骤2：按DBS层次号，由低到高的顺序将提取工程数据集BOM中表l所示相关信息，并添加到Temporary-BOM，此处为所有NHA—PN为Al的零部件(设符号定义为Part)，即2.1，2.2，A2.1，A2.2，Q2.1，Q2.2。

    步骤3：当Temporary-BOM非空时，分析Temporary-BOM信息：

    步骤5：搜索Temporary_BOM，若Part_Part.Type为装配件，该Part仍有下一级组件，这里为A2.1，A2.2，则清空Temporary_BOM，然后提取下一级DBS编号的工程数据集BOM中如表l所示相关信息，并添加到Temporary_BOM，转步骤3。

    步骤6：清空Temporary_BOM，则将该Part的上级装配件及相关信息读入M—BOM，结束。通过遍历BOM表生成的维修BOM。包括了所有航线维修可以拆换的零部件，保证了维修零部件的完备性。

    为提高资金利用率，可根据实际运营条件，综合考虑零部件的技术特性、可获取性、经济性等因素，从维修BOM中抽取部分零部件作为进行库存管理，如零部件的重要性是指该件出现故障后，是否影响飞机的放飞是备件管理需要考虑的首要因素；可靠性指标在设计阶段以平均无故障时间(MTBF)来衡量，飞机运营过程中则表现为平均非计划拆换时间(MTBUR)指标，两者之间存在特定的换算关系；零部件的订货提前期(LT)是影响获取难易程度的主要因素；备件的成本主要是备件的购置费用，即从备件生产制造的费用，是必须予以考虑的经济因素。根据以上因素分析，可生成制造商备件计划及用于财务管理等。4维修BOM管理系统

    4.1系统实现

    根据某型支线飞机客户服务部备件支援与管理的需要，运用本文提出的方法，基于Windows9X/2000/XP系统和ORACLE9i数据库平台开发了一套维修BOM管理系统。

    4.2关键技术

    (1)BOM数据维护

    数据库中同一数据不仅保留最新的EBOM数据.而且还可以获得历史数据，使数据具有可追溯性。即对EBOM的数据的版本控制，还应考虑飞机构型的变化对数据库数据的影响。另外，产品数据管理需要将基于图纸的管理转化以零件为基准的管理，如应在EBOM信息管理中，考虑左右件、无图件和借用件特殊情况，应用递归算法修改零部件实际装机数量等。

    与EBOM的数据维护相对应，维修BOM也应随EBOM的动态调整不断做出修正，另外还应考虑维修BOM使用过程中的某型特殊属性，如互换件，即不同件号的零部件问的双向互换性、单向互换性及准互换性等，以避免备件的多余储备以及维修使用时的混乱。

    (2)BOM数据转换过程冲突消解

    在产品数据的转换过程中，由于需转换的数据，可能不是从单源数据库提取或同一数据多次被引用，因此会遇到数据冲突，应保证各BOM所包含的零件版本与设计BOM零件版本相同，并根据设计图样及文件编号(DBS)规则进行BOM中嵌套错误和完整性错误的分析，完成BOM一致性检查，确保产品数据的合法性和完整性。

    (3)临时表构建

    以临时表存放中间结果，不采用内存堆栈，由于数据库表单的容量远远大于计算机内存容量，因此可处理大规模的EBOM结构；遍历的每一步，只需几个关键参数的比较分析就可完成转换过程，充分利用数据库快速检索的优势。

    (4)备件参数数据多源获取

    维修BOM的原始信息来源于制造商产品制造及飞机用户运营使用，制造商备件供应和用户需求信息是维修BOM管理的要素。作为备件管理的基础数据，备件参数体系包括了标识类、审查类、强制性、可靠性、维修类、特性类、订购类和说明类等50多个参数；因此，维修BOM管理系统需要从ERP、FRACAS(故障报告、分析及纠正措施)、运营监控系统等后台数据库中选取相关数据，构建完善的维修BOM信息数据库。

    5结束语

    作为飞机维修所利用的主要资源，备件的服务水平是影响飞机维修的重要因素，维修BOM的应用，可使飞机维修管理及采购缺货备件等工作更加准确、及时，对保障资源的利用也更为有效；制造商可根据具体航空公司的维修能力、零部件维护与修理工作的种类，通过该维修BOM管理系统，随时提供广泛的销售和生产信息。

    初步应用表明，该管理系统为民用飞机的备件支援工作提供了很大的方便，所得到的航线维修BOM能够满足工程实际需要，获得了制造商及航空公司的一致认可。