0 引言
飛機(jī)產(chǎn)品有上百萬(wàn)個(gè)零部件，這些零部件在設(shè)計(jì)、制造和使用過(guò)程中更改頻繁，造成飛機(jī)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理極其復(fù)雜。設(shè)計(jì)與制造中飛機(jī)的構(gòu)型數(shù)據(jù)變更對(duì)型號(hào)、設(shè)計(jì)方案、工藝和加工有重大影響，在使用過(guò)程中主要是結(jié)構(gòu)與版本的變化。飛機(jī)在服役的30年內(nèi)，其零部件更替十分頻繁，每隔一段時(shí)間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的飛機(jī)結(jié)構(gòu)版本，將其反饋給設(shè)計(jì)所來(lái)管理飛機(jī)歷史版本，可以輔助改進(jìn)設(shè)計(jì)、研制新型號(hào)，提高飛機(jī)的實(shí)用性和可靠性，但也因此影響了飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)的變化。本文采用簡(jiǎn)化構(gòu)型(configuration)的管理方法，用表示飛機(jī)結(jié)構(gòu)、基本信息、使用壽命和變更歷史的單機(jī)構(gòu)型管理飛機(jī)使用過(guò)程的構(gòu)型，同時(shí)結(jié)合構(gòu)型追溯對(duì)飛機(jī)構(gòu)型進(jìn)行有效性管理，從而及時(shí)跟蹤和控制使用過(guò)程中的飛機(jī)構(gòu)型更改，使構(gòu)型變化時(shí)刻處于受控狀態(tài)。
1 構(gòu)型管理簡(jiǎn)介
構(gòu)型是構(gòu)型項(xiàng)在其研制過(guò)程中正式規(guī)定的、在產(chǎn)品使用過(guò)程中體現(xiàn)客戶要求的功能特性和物理特性的完整表示。簡(jiǎn)言之，是反映客戶對(duì)產(chǎn)品各種需求的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表示。構(gòu)型管理也稱配置管理或技術(shù)狀態(tài)管理，不同領(lǐng)域采用不同的名稱，配置管理一般應(yīng)用在普通的民用產(chǎn)品領(lǐng)域，如汽車、計(jì)算機(jī)、軟件等領(lǐng)域；技術(shù)狀態(tài)管理和構(gòu)型管理一般應(yīng)用于航天和航空領(lǐng)域。其中：技術(shù)狀態(tài)管理是我國(guó)在軍備方面一直采用的概念；構(gòu)型管理則是當(dāng)前飛機(jī)制造領(lǐng)域普遍采用的概念，其在管理的范圍、功能和內(nèi)涵上均有擴(kuò)展。
飛機(jī)構(gòu)型分為機(jī)型構(gòu)型和單機(jī)構(gòu)型，機(jī)型構(gòu)型定義了飛機(jī)型號(hào)系列的產(chǎn)品配置，單機(jī)構(gòu)型是每架飛機(jī)的實(shí)際物理組成。在生產(chǎn)階段，生產(chǎn)廠家按機(jī)型構(gòu)型的配置要求生產(chǎn)飛機(jī)，在總裝階段明確每架飛機(jī)的具體安裝件，初始化單機(jī)構(gòu)型。單機(jī)構(gòu)型是機(jī)型構(gòu)型的實(shí)例，單機(jī)構(gòu)型之間的差異通過(guò)構(gòu)型配置的有效性來(lái)區(qū)分，如圖1所示。
圖1 機(jī)型構(gòu)型與單機(jī)構(gòu)型的關(guān)系
飛機(jī)在服役階段需要執(zhí)行一系列維修保障業(yè)務(wù)，如大修、定期維修、排故維修和技術(shù)更改等，這些業(yè)務(wù)導(dǎo)致飛機(jī)單機(jī)構(gòu)型發(fā)生更改，改變了飛機(jī)與機(jī)件的有效配置關(guān)系。因此，使用過(guò)程中的單機(jī)構(gòu)型管理極為必要。
飛機(jī)使用過(guò)程中的構(gòu)型管理是一種面向產(chǎn)品全生命周期，以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為組織方式，將各階段產(chǎn)品數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)并對(duì)其進(jìn)行管理和控制，進(jìn)而保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)一致性、有效性和可追溯性的管理技術(shù)。因此，構(gòu)型管理的關(guān)鍵在于對(duì)更改的跟蹤和控制，并將構(gòu)型管理、業(yè)務(wù)變更、時(shí)間管理等各方面組成一個(gè)有機(jī)結(jié)合的統(tǒng)一整體；換言之，構(gòu)型管理的實(shí)質(zhì)是及時(shí)跟蹤和控制更改，使構(gòu)型項(xiàng)的變化時(shí)刻處于受控狀態(tài)。在使用過(guò)程中，飛機(jī)構(gòu)型受到一系列維修保障任務(wù)影響，例如：由定期檢修、排故而進(jìn)行的換件，來(lái)自制造廠商的技術(shù)更改而執(zhí)行的硬件更改和軟件升級(jí)，飛機(jī)和裝機(jī)件使用壽命到達(dá)翻修期限而進(jìn)行的翻修，以及地面測(cè)試或備件不足而引起的串件，使得飛機(jī)構(gòu)型處于不斷變化中，飛機(jī)構(gòu)型更改流程圖如圖2所示。
圖2 構(gòu)型更改流程圖
構(gòu)型管理的基本要素是構(gòu)型項(xiàng)，它可以是一個(gè)或多個(gè)單元的硬件、軟件或集合體；在簡(jiǎn)化構(gòu)型管理體系中，構(gòu)型項(xiàng)由選型項(xiàng)(selection)、可選項(xiàng)(option)和模塊(module)組成，它們將直接反映客戶定制產(chǎn)品的構(gòu)型。與傳統(tǒng)研制過(guò)程中的構(gòu)型管理不同，飛機(jī)使用過(guò)程中構(gòu)型管理關(guān)注的是對(duì)構(gòu)型項(xiàng)的有效性的管理，具體體現(xiàn)為對(duì)構(gòu)型項(xiàng)的安裝時(shí)間、拆卸時(shí)間與相關(guān)業(yè)務(wù)的管理。單機(jī)構(gòu)型管理的構(gòu)型項(xiàng)包括單機(jī)、系統(tǒng)、部件、機(jī)件及其與維護(hù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)工卡/工卡組，其中機(jī)件在飛機(jī)使用過(guò)程中的更換最頻繁、數(shù)據(jù)量最大，其管理難度也最大。以機(jī)件為主要對(duì)象不但簡(jiǎn)化了單機(jī)構(gòu)型管理的難度，而且對(duì)部件備件庫(kù)管理、維修資源配置也具有重大意義。
2 單機(jī)構(gòu)型管理
飛機(jī)結(jié)構(gòu)在不同應(yīng)用需求下提供不同的視圖（如圖3），如研發(fā)設(shè)計(jì)視圖、生產(chǎn)裝配視圖、使用維護(hù)視圖等。本文主要關(guān)注飛機(jī)的使用維護(hù)結(jié)構(gòu)，即使用維護(hù)階段的裝配飛機(jī)組成結(jié)構(gòu)。與其他飛機(jī)構(gòu)型相比，使用過(guò)程中的單機(jī)構(gòu)型涵蓋了飛機(jī)從設(shè)計(jì)到制造的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及從服役開(kāi)始到報(bào)廢整個(gè)階段的使用數(shù)據(jù)，是飛機(jī)及其結(jié)構(gòu)的全壽命周期數(shù)據(jù)管理，包括各構(gòu)型項(xiàng)的安裝、拆卸、串換件歷史信息等。飛機(jī)全壽命周期在時(shí)間上以飛機(jī)出廠時(shí)的構(gòu)型為起點(diǎn)，起到飛機(jī)報(bào)廢為止。
圖3 不同階段的飛機(jī)結(jié)構(gòu)視圖
單機(jī)構(gòu)型的核心問(wèn)題是構(gòu)型項(xiàng)的建立與維護(hù)，通常將構(gòu)型項(xiàng)和模塊以及模塊以上的產(chǎn)品縱使對(duì)應(yīng)，模塊以下的產(chǎn)品零部件組織將不再定義模型項(xiàng)，從而簡(jiǎn)化單機(jī)構(gòu)型的管理。本文對(duì)單機(jī)構(gòu)型的有效性管理通過(guò)版本有效性和時(shí)間有效性同時(shí)定義。版本有效性通過(guò)對(duì)產(chǎn)品版本的跟蹤和控制，來(lái)區(qū)別和記錄產(chǎn)品在發(fā)展過(guò)程中的變更歷史，定義的規(guī)則是最新版本有效，版本有效性主要應(yīng)用于機(jī)載軟件的更新歷史管理。時(shí)間有效性是通過(guò)每次變更開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間的管理，來(lái)準(zhǔn)確記錄產(chǎn)品演變過(guò)程、保證歷史可追溯，其規(guī)則是當(dāng)前時(shí)間有效，可應(yīng)用于構(gòu)型項(xiàng)的變更歷史管理。
單機(jī)構(gòu)型的不斷變化特性使信息存儲(chǔ)存在一定難度，若以完整構(gòu)型的形式存儲(chǔ)信息，則不但會(huì)因數(shù)據(jù)量以倍數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)面難以管理，而且從整架飛機(jī)到下層的每一個(gè)零部件管理方式大大增加了單機(jī)構(gòu)型的深度，即增加了構(gòu)型控制的復(fù)雜度和難度，由此增大了后續(xù)環(huán)節(jié)的失誤。同時(shí)，在飛機(jī)使用過(guò)程中，頻繁拆裝變更的是飛機(jī)的裝機(jī)件，構(gòu)型上的系統(tǒng)和部件較少發(fā)生變更�；谝陨显颍疚囊灾饘诱{(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)單機(jī)的構(gòu)型管理，飛機(jī)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)采用遞歸方式。飛機(jī)的機(jī)件數(shù)量和規(guī)模巨大，以美國(guó)波音747大型客機(jī)為例，該機(jī)型每架飛機(jī)的零件數(shù)量多達(dá)600萬(wàn)件（包括標(biāo)準(zhǔn)件）。本文所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)將裝機(jī)件以拆裝記錄的方式單獨(dú)存儲(chǔ)，從拆裝記錄與部件節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系獲取，以減少單機(jī)構(gòu)型記錄表的數(shù)據(jù)量，同時(shí)將機(jī)件的變更歷史與構(gòu)型的結(jié)構(gòu)樹(shù)分享，使管理對(duì)句更加清晰明確。本文所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)如圖4所示。
圖4 單機(jī)構(gòu)型數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
圖4中，單機(jī)構(gòu)型記錄表以父節(jié)點(diǎn)、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的關(guān)系實(shí)現(xiàn)自身的遞歸循環(huán)，用有效時(shí)間起、有效時(shí)間止完成構(gòu)型節(jié)點(diǎn)有效性的判定。圖中加粗方框標(biāo)注的是單機(jī)構(gòu)型和拆裝記錄數(shù)據(jù)表，該表以極其簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)了完整的單機(jī)構(gòu)型各個(gè)構(gòu)型項(xiàng)的基本信息和結(jié)構(gòu)關(guān)系；雙線方框標(biāo)注的是飛機(jī)和機(jī)件數(shù)據(jù)表，該表記錄了單機(jī)構(gòu)型基本組成元素的詳細(xì)信息；其余數(shù)據(jù)表記錄了其他必要的構(gòu)型項(xiàng)詳細(xì)信息。至此構(gòu)成了單機(jī)構(gòu)型數(shù)據(jù)拆分存儲(chǔ)以及頻繁變更的裝機(jī)件的拆裝歷史記錄管理。應(yīng)用本文方法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)已在某飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所進(jìn)行實(shí)踐，結(jié)果表明，這種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理方式能夠縮減數(shù)據(jù)表數(shù)量和視圖數(shù)量，同時(shí)將該所原有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、外場(chǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、維修維護(hù)管理系統(tǒng)和備件管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)人本系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，能夠滿足數(shù)據(jù)的唯一性、一致性、完整性和可追溯性。
3 單機(jī)構(gòu)型追溯
單機(jī)構(gòu)型的管理已相當(dāng)復(fù)雜，為保證飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性和前后一致性，并可反饋給飛機(jī)設(shè)計(jì)單位，作為改進(jìn)飛機(jī)設(shè)計(jì)性能或飛機(jī)改型的重要依據(jù)，本文提供了構(gòu)型的追溯方法，即將使用過(guò)程中飛機(jī)的全部信息都建立在單機(jī)構(gòu)型中，通過(guò)后臺(tái)代碼邏輯使系統(tǒng)用時(shí)問(wèn)有效性來(lái)判定安裝記錄中的某一裝機(jī)件是否為某一時(shí)刻飛機(jī)的構(gòu)型項(xiàng)，從而達(dá)到構(gòu)型追溯的目的。
單機(jī)構(gòu)型追溯建立在一種良好的構(gòu)型管理方法基礎(chǔ)上，難點(diǎn)在于獲取飛機(jī)上所有在追溯時(shí)間點(diǎn)有效的構(gòu)型項(xiàng)信息，前提條件為追溯的單機(jī)以及追溯的歷史時(shí)間點(diǎn)。圖5所示為單機(jī)構(gòu)型追溯的設(shè)計(jì)流程圖。
圖5 單機(jī)構(gòu)型追溯流程圖
如圖5所示，首先判定前提條件是否滿足，即是否存在要追溯的單機(jī)，若存在則追溯開(kāi)始；否則不存在該單機(jī)的構(gòu)型信息，流程結(jié)束。另一前提條件是追溯的歷史時(shí)間點(diǎn)，在具體查詢單機(jī)構(gòu)型數(shù)據(jù)表中的記錄時(shí)，配合有效時(shí)間起、止才能追溯到當(dāng)時(shí)的單機(jī)構(gòu)型項(xiàng)。下面圖解說(shuō)明應(yīng)用歷史時(shí)間點(diǎn)追溯單機(jī)構(gòu)型項(xiàng)的方法。
以圖1中飛機(jī)JXX一2001的發(fā)動(dòng)機(jī)31XO02和進(jìn)氣口320111機(jī)件為例說(shuō)明。首先，發(fā)動(dòng)機(jī)31XO02和進(jìn)氣口320111安裝在飛機(jī)JXX一2001上，正常服役一段時(shí)間后，在t1時(shí)刻發(fā)生故障，拆卸發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行原件拆修；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間達(dá)到可用狀態(tài)后，在t2時(shí)刻重新安裝回飛機(jī)JXX-20Ol；t3時(shí)刻與飛機(jī)JXX一2002的進(jìn)氣口進(jìn)行串件試驗(yàn)；t4時(shí)刻發(fā)動(dòng)機(jī)31X002出現(xiàn)異常，但由于任務(wù)緊急，需要與飛機(jī)JXX-2002上的發(fā)動(dòng)機(jī)31XO22串件以保證完成任務(wù)；t5時(shí)刻串件試驗(yàn)結(jié)束，進(jìn)氣口串件恢復(fù)；t6時(shí)刻對(duì)進(jìn)氣口320111進(jìn)行拆卸檢修；t7時(shí)刻發(fā)動(dòng)機(jī)串件恢復(fù)，安裝到飛機(jī)JXX一2001上；t8時(shí)刻進(jìn)氣口320111檢修完畢，安裝到飛機(jī)JXX一2001；t9時(shí)刻飛機(jī)進(jìn)行大修，拆卸發(fā)動(dòng)機(jī)和進(jìn)氣口。
同理，將機(jī)件拆裝記錄數(shù)據(jù)表中的所有數(shù)據(jù)按照時(shí)間和事件描述的內(nèi)容，在時(shí)間軸上依次排列(起點(diǎn)是單機(jī)構(gòu)型創(chuàng)建的有效時(shí)間起)，此處的數(shù)據(jù)必須是安裝飛機(jī)為JXX-2001的記錄。假設(shè)單機(jī)構(gòu)型的追溯歷史時(shí)間點(diǎn)為T時(shí)刻(如圖6中的豎線)，所截取的時(shí)間軸上的機(jī)件構(gòu)型項(xiàng)為進(jìn)氣口320121和發(fā)動(dòng)機(jī)31X002，其他構(gòu)型項(xiàng)的獲取方法類似，則可獲得JXX一2001飛機(jī)在歷史時(shí)間點(diǎn)T 時(shí)刻的所有構(gòu)型項(xiàng)。
單機(jī)構(gòu)型中，飛機(jī)結(jié)構(gòu)的層級(jí)關(guān)系通過(guò)父子節(jié)點(diǎn)體現(xiàn)，且父節(jié)點(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)是一對(duì)多的關(guān)系，即一個(gè)機(jī)件不能同時(shí)安裝在兩個(gè)(或以上)位置上，而一個(gè)系統(tǒng)下可以有多個(gè)部件位置嘲。通過(guò)對(duì)單機(jī)構(gòu)型數(shù)據(jù)表的遞歸調(diào)用，可以展開(kāi)單機(jī)構(gòu)型結(jié)構(gòu)樹(shù)，追溯到歷史時(shí)間點(diǎn)的完整構(gòu)型。實(shí)踐證明，通過(guò)上述方法追溯到的單機(jī)構(gòu)型結(jié)構(gòu)樹(shù)，與部隊(duì)飛機(jī)履歷副本上數(shù)據(jù)還原得出的單機(jī)構(gòu)型一致，信息系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于，將功能集成于便于操作的按鈕中，可大大減輕人員的計(jì)算時(shí)間和出錯(cuò)率，具有可推廣性。
單機(jī)構(gòu)型中，飛機(jī)結(jié)構(gòu)的層級(jí)關(guān)系通過(guò)父子節(jié)點(diǎn)體現(xiàn)，且父節(jié)點(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)是一對(duì)多的關(guān)系，即一個(gè)機(jī)件不能同時(shí)安裝在兩個(gè)(或以上)位置上，而一個(gè)系統(tǒng)下可以有多個(gè)部件位置。通過(guò)對(duì)單機(jī)構(gòu)型數(shù)據(jù)表的遞歸調(diào)用，可以展開(kāi)單機(jī)構(gòu)型結(jié)構(gòu)樹(shù)，追溯到歷史時(shí)間點(diǎn)的完整構(gòu)型。實(shí)踐證明，通過(guò)上述方法追溯到的單機(jī)構(gòu)型結(jié)構(gòu)樹(shù)，與部隊(duì)飛機(jī)履歷副本上數(shù)據(jù)還原得出的單機(jī)構(gòu)型一致，信息系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于，將功能集成于便于操作的按鈕中，可大大減輕人員的計(jì)算時(shí)間和出錯(cuò)率，具有可推廣性。
圖6 裝機(jī)件追溯法圖示
4 結(jié)束語(yǔ)
本文在簡(jiǎn)化管理的基礎(chǔ)上，對(duì)使用過(guò)程中的單機(jī)構(gòu)型采用分層遞歸的方式進(jìn)行存儲(chǔ)管理。同時(shí)針對(duì)使用過(guò)程中飛機(jī)各項(xiàng)業(yè)務(wù)影響的構(gòu)型變更，提出以時(shí)間為主線、在某一追溯時(shí)間點(diǎn)查詢飛機(jī)構(gòu)型項(xiàng)的方法，從而獲得追溯當(dāng)時(shí)的飛機(jī)構(gòu)型項(xiàng)的集合，再按照構(gòu)型樹(shù)中的父子節(jié)點(diǎn)關(guān)系，還原出追溯當(dāng)時(shí)完整的單機(jī)構(gòu)型。這種管理和追溯方法使單機(jī)構(gòu)型變化時(shí)刻處于受控狀態(tài)，為設(shè)計(jì)維護(hù)單位提供了決策參考。
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本文標(biāo)題：飛機(jī)使用壽命周期構(gòu)型管理和追溯
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