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面向PLM的航天光学遥感器数据管理模式研究

2021/1/17    来源:爱学术    作者:车颖  裴永胜  刘丽玲  李晓莉      
关键字:PLM  航天光学遥感器  物料清单  协同设计  
本文从目前北京空间机电研究所航天光学遥感器数据管理现状和问题出发,从PLM的角度提出一种数据管理模式,并重点介绍当前急需的关键应用研究情况。

0 引言

    随着航天企业对信息化重视程度的与日俱增,所采用的信息系统也越来越多样化,其中,产品数据管理更是成为航天企业严格且复杂的技术状态控制过程中必不可少的数据管理技术,其重点在于解决大量工程图样和技术文档的计算机管理问题。PLM这个词在信息化领域也已经出现多年,应该说PLM由PDM发展而来,它实施一整套的业务解决方案,把人、过程和信息有效地集成在一起,使用户可以在产品生命周期过程中协同地开发、制造和管理产品,并管理和共享完整的产品数据。目前,在制造领域,比较优秀的PLM解决方案包括PTC的Windehill,西门子的TeamCenter和IBM/达索公司的ENOVIA。在国内的应用领域主要集中在航空航天、汽车及配件、电子、造船和工程机械等行业。

    近年来,航天光学遥感器的口径、焦距、信号频率等性能指标较过去大幅度提高,随着研制任务量及复杂度的增加,产品数据的类型、数量也日益增多,但精细化管理的要求又越来越高,对于产品数据管理的要求也不再局限于设计阶段,逐渐往前扩展到需求输入阶段,往后延伸到在轨服务阶段,并且要求实现产品全生命周期的信息流的打通,为了在研制过程中全面、准确、及时了解产品生命周期各阶段的研制计划和技术状态,PLM开始备受关注。本文从目前北京空间机电研究所航天光学遥感器数据管理现状和问题出发,从PLM的角度提出一种数据管理模式,并重点介绍当前急需的关键应用研究情况。

1 航天光学遥感器数据管理模式现状

    原有的PDM系统(神软AVIDM系统)已实现对于光学遥感器设计过程中的普通文档、AutoCAD二维图样、工艺文件及技术通知单、更改单(含工艺更改单)等基础数据的管理,也已实现与CAPP、档案管理系统的集成。但仍存在以下不足:1)尚未实现产品结构数据源的统一,造成设计BOM和工艺BOM无法保持一致性。2)难以支持电子学设计数据的技术状态管理,如电子学明细表、元件表、原理图、安装图及Cadence产生的制板文件等。3)尚未实现产品生命周期各阶段数据管理的完整性,如需求数据、仿真数据、制造过程数据、测试试验数据、在轨数据及质量数据的管理。4)计划执行情况的实时反馈跟踪,无法满足研制计划与技术状态的自动关联要求。

    面向PLM的航天光学遥感器数据管理模式除应支持基本的文档管理外,还应加强产品结构管理、核心过程数据管理、协同管理等方面的能力。

2 PLM的应用模式

    应用PLM的数据管理思想,面向航天光学遥感器的数据管理现状,建立一种数据管理模式,如图1所示。其主要数据管理理念如下。

    1)多BOM的统一管理:产品结构基础数据库为设计、工艺和制造领域提供统一的BOM数据源,住该基础数据的基础上构建设计BOM(EBOM)、工艺BOM(PBOM)和制造BOM(MBOM)。

    2)以产品结构为核心的核心过程数据管理:这种模式不仅包含基本的图文档相关技术状态管理功能,还将管理从产品任务输入、设计、工艺、制造及测试试验到服务全生命周期阶段的数据。在工程数字化的应用过程中,这些数据包括需求数据、设计/仿真数据、工艺数据、制造过程数据、测试试验数据、在轨数据、质量数据包、计划及其交付物等,这些数据与产品结构关联,为决策者提供相关数据分析支持。

    3)多专业三维设计协同:新一代的产品数据管理系统具备与CAD、ECAD工具的集成接口,基于EBOM可实现不同专业人员在设计过程中便捷获取上下游的模型数据,提高设计协同工作效率。

    4)基于数字样机的设计制造协同:通过科研项目管理、产品数据管理、质量管理生产管理等相关业务系统的集成,围绕数字样机打通设计与制造间的技术信息流,确保整个技术信息流链路中技术状态影响信息的顺利传递,提升协同工作效率。

应用模式架构

图1 应用模式架构

3 关键应用研究

    3.1 面向PLM的集成应用框架

    PLM将产品全生命周期各阶段的过程数据集成起来应用于创新管理。应用PLM的理念,将需求、设计分析、工艺、生产、测试及运行维护全周期数据集成管理起来,不仅保证了数据管理的完整性,使产品全生命周期各阶段不同的研发或管理人员便捷地获取上下游的数据,提高协同研发的效率,也使企业数据得到了充分利用。同时,在PLM集成应用平台中使各系统间的协同更加紧密,随着企业应用集成技术的发展,面向PLM的集成应用将更加深入,面向PLM的集成应用框架如图2所示。

面向PLM的集成应用框架

图2 面向PLM的集成应用框架

    3.1.1 应用系统间的协同

    这个集成框架中分为三个层次:1)基础数据源包括人力资源基础库、产品结构基础库等,为所有应用系统提供唯一的基础数据。2)PLM集成应用层打通管理部门和研制部门的信息流,打通设计领域与制造领域的信息流。需求数据作为整个产品研发的输入数据,设计人员利用CAD/CAE工具完成设计分析工作并将数据检入至PDM系统中进行有效管理,同时向计划管理部门反馈设计计划执行情况;工艺人员基于PDM共享的设计BOM在CAPP中进行工艺设计,并对工艺数据进行技术状态管理,MES系统基于工艺BOM及其相关工艺指导文件进行排产,并向计划管理部门反馈制造计划执行情况,向质量部门提供用于质量分析和汇总的质量过程数据;在轨数据基于PDM进行管理。3)数据集成层是将集成应用平台中所有数据基于产品结构进行汇总,为决策者提供企业生产经营管理所需的数据分析和处理平台。

    3.1.2 过程数据管理

    1)需求管理:对产品在生命周期中所有与需求相关的数据和过程进行管理,在该平台中实现需求变更管理、需求版本控制等。

    2)设计分析数据管理:以PDM为核心,以统一的产品基础结构为源头,由设计人员建立设计BOM及相关结构、电、软件等专业的设计仿真分析过程数据包,并建立产品基线规范、技术状态管理规范(更改和影响),实现设计数据的基线管理、技术状态管理。

    3)工艺数据管理:以统一的产品基础结构为源头,由工艺人员基于设计BOM建立工艺BOM,增加工艺属性信息,并围绕工艺BOM对工装设计、工艺规程及工艺路线等数据进行有效管理,用于生产制造管理,实现对技术状态进行闭环管理,快速响应及落实。

    4)制造过程数据管理:生产制造部门基于工艺BOM及工艺指导文件建立制造BOM,有效组织和管理实际的零件制造和生产管理过程,并实时提供测试数据。

    5)在轨数据管理:基于PDM系统实现在轨相关技术文件的统一管理,从而提高光学遥感器在轨数据管理方面的能力。

    6)计划的下达与反馈:基于项目管理系统下达设计、制造相关计划,并通过集成功能实现计划的执行与产品全生命周期数据的反馈。

    7)质量数据管理:按照质量要求,严格进行产品全生命周期的质量管控,并保存质量过程数据,生成质量数据包及相关质量报表。

    3.2 基于统一产品基础结构的BOM管理

    在过程数据得到有效管理的基础上,基于统一的产品结构基础数据,实现设计BOM、工艺BOM、制造BOM的关联,满足设计与制造协同的要求,并为管理驾驶舱提供以产品结构为核心的业务主数据,为决策者提供决策支持。BOM之间的关联关系如图3所示。

    1)产品结构基础数据的建立:建立产品结构基础数据库,梳理各级产品节点的数据字典,形成一套产品结构基础信息规范。其他系统(如PDM、CAPP、MES)的产品结构数据均以此为统一数据源头,实现对各系统BOM基础数据的统一和规范化管理。

    2)设计BOM的建立:以统一的BOM为源头,由设计人员建立设计BOM,建立设计结构层次与数量关系、基本的设计属性信息。同时,设计BOM也将作为完善统一产品结构树的依据,并逐渐形成一套设计BOM的建立规范。

    3)工艺BOM的建立:以统一的BOM为源头,由工艺人员根据工艺需求、工艺设计规范、质量要求及工艺专业分工等重组设计BOM,去除标准件、自制件等,增加所需的工艺组件。建立工艺BOM,并增加工艺属性信息,用于数字化工艺设计,并逐渐形成一套工艺BOM的建立规范。

    4)制造BOM的建立:生产管理部门基于工艺BOM和设计BOM,根据实际加工、装配、测试和试验需求,考虑车间资源的实际情况,增加装配信息、生产批次、原材料等信息,建立制造BOM,用于指导生产计划,并逐渐形成一套制造BOM的建立规范。制造BOM也是数字化制造的基础数据。

BOM之间的关联关系

图3 BOM之间的关联关系

    3.3 基于EBOM的协同设计数据管理

    航天光学遥感器是跨专业(光机电热)的产品,基于PLM的协同设计平台单独提供与三维、二维CAD工具的接口,支持开展遥感产品机电协同及结构专业总体与各单机部门之间的协同,通过规范总体与单机部门自己的设计接口,建立所级协同设计流程规范,提高设计效率。而对于光学遥感器中机电协同的单机,需要考虑多专业数据管理问题。电设计数据除普通的型号技术文件和更改单、技术通知单、分发单外,还包括明细表、元件表、原理图、安装图、接线表、布线图、配装图及光绘文件等。采用的文件格式有doc、dwg、pdf等格式。其中,航天产品的安装图或原理图图样具有多页且每页图号相同的特点,发生工程更改时,却要求编号相同的每页要按照不同的数据对象更改。通常的PDM系统则认为,相同编号的图样均为一个对象数据,因此造成技术状态管理的困难。

    如图4所示,描述了基于EBOM的机电数据组织模式。根据型号产品的具体规划,可采用产品-分系统-单机的层次关系构建基础结构,再根据装配关系,创建组件、子组件或零/部件。基于该关系,可将组件或零/部件的相关模型、图样、技术文件等关联到各产品结构节点。对于机电协同的单机产品,采用一张明细表的形式管理所有结构、电设计数据,均关联至对应的组件节点下。

基于EBOM的机电数据组织模式

图4 基于EBOM的机电数据组织模式

    为了满足电设计数据技术状态管理的要求,借鉴结构专业设计数据的管理模式,按页管理原理图或安装图,基于产品结构的电设计数据创建流程可描述为:单机主管设计师创建BOM节点及其单板或组件节点,电设计师批量上传原理图或安装图(PDF)并上传光绘文件,关联单板或组件节点,结构设计师上传模型或图样。由此实现基于单板或组件节点的送审、更改等管理。

4 应用实例

    PLM理论的应用工作还将不断地在航天企业深入进行,目前其应用已初见成效,这里选取以下部分系统应用举例说明。

    1)基于集成应用框架,实现计划的下达、执行与反馈,提升了项目管理能力。如图5所示,基于PDM系统与项目管理系统的集成,可以实现在PDM系统中在线查看相关的项目计划。可通过两种方式反馈计划的执行情况:一种是基于计划创建文档;另一种是基于计划管理已创建文档。

项目计划的下达、执行与反馈

图5 项目计划的下达、执行与反馈

    2)基于统一的产品基础结构创建设计BOM和工艺BOM,为设计与制造的协同提供条件。如图6所示,产品基础结构可通过数据集成接口同步至PDM系统中,在此基础上,开展多视图设计。

基于统一产品基础结构创建设计BOM和工艺BOM

图6 基于统一产品基础结构创建设计BOM和工艺BOM

    3)基于EBOM的机电数据统一管理,为结构与电子专业的协同提供了条件。如图7所示,面向PLM的产品数据管理将不再是仅存储图文档,通过与CAD的接口,可以将结构和电专业涉及的三维模型、图文档和技术文件等与EBOM关联,负责机电单机的各专业设计师可以在此基础上协同工作。

基于EBOM的机电数据组织模式

图7 基于EBOM的机电数据组织模式

5 结语

    本文提出的航天光学遥感器数据管理模式是针对北京空间机电研究所航天光学遥感器数据管理模式现状建立的。对于已经深入应用PDM图文档归档管理功能多年的企业来说,其信息化工作者经常会思考:如何从产品的角度管理研制数据,如何应用这些数据,如何使各领域、专业、部门共享这些数据并实现协同研发管理等。PLM的管理思想和关键技术给这些问题提供了一个解决思路。本文仅对整个应用模式、集成框架和基于产品结构的设计数据管理思路进行了介绍。在后续的工作中,将继续在如光机、结构和热等多专业协同模式上进行研究,同时为多BOM的管理制定相应的规范,配合工程数据化的建设,逐步建立完善的产品全生命周期各阶段的数据管理系统和集成框架。

责任编辑:程玥
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