飞机的研制是一个综合的系统工程，在研制过程中，会产生大量的产品数据，按照构型管理的要求，必须将产品数据按照结构层次进行分解和管理，以保证产品数据的可管理性、更改的可控性、可追踪性等。PDM(Product Data Management)以软件技术为基础，以产品为核心，在系统工程思想的指导下，用整体优化的观念，对产品设计数据和设计过程进行描述，规范产品全生命周期管理，保持产品数据的一致性和可跟踪性。因此，要开展好飞机构型管理工作，首先应当结合PDM系统管理好飞机的产品结构。本文结合工程实践经验，提出了切实可行的基于PDM系统的飞机产品结构管理方法。
1 飞机产品结构分解
1.1 分解原则
产品结构分解是开展构型标识的基础，也是PDM实施的关键技术。产品结构分解以产品为对象，按照功能、工艺分工和工作项目逐级展开进行分解形成一个产品结构体系。
飞机产品结构可分为3个主要层次(如图1所示)：第1层顶层产品结构；第2层构型层；第3层底层产品结构。
图1 飞机产品结构分层
1.2 飞机产品结构各层定义
顶层产品结构按自顶向下的分解顺序，可分为若干层级，从机型至构型层(CI层)以上(不含CI层)所有层级的系统结构，均为顶层产品结构，其定义了机型、产品、分系统、若干子系统，以及分部件等的组成，通常情况下其结构保持稳定不变，但在研制过程中，根据优化设计要求允许适当调整变化。
构型层由构型项(即CI)组成，CI是指能满足最终使用要求，并被指定进行构型管理的项目。底层产品结构是CI的下层结构，包含了1个或多个设计解决方案，每个设计解决方案的顶层部件称为设计实例(DSI)，同一CI下的不同DSI对应CI的不同构型。底层产品结构还包含设计实例下的细分表达。
飞机产品结构分解见图2。
图2 飞机产品结构分解
2 PDM系统中的飞机产品结构管理
2.1 飞机产品结构在PDM系统中的形成
(1)顶层产品结构导入
由于飞机顶层产品结构具有相对稳定不变的特点，因此，应采用简化的管理模式来支持其结构的产生和演变。飞机产品结构在PDM上第1次创建及后续研制阶段等，可能造成顶层产品结构发生变化时，可通过专门的Excel模板导入方式生成。顶层产品结构的建立和维护，由产品管理员或数据管理员完成。
(2)构型层与设计实例的形成
构型层是随顶层产品结构的形成而产生，即通过专门的Excel模板导入方式生成，而设计实例(DSI)则是由底层结构发布，通过系统自动计算而产生(主要涉及到有效性计算及设计实例的编码问题)。产生的时机是设计人员将设计数据发布至PDM系统形成设计实例，在PDM系统中由设计人员提交和维护。
通过CI+DSI共同完成构型层和设计实例的管理需求。基于CI的不同版本链接不同的DSI，并在链接关系上，记录飞机架次有效性。
(3)底层产品结构细分表达的形成
对于飞机各设计专业，由于已经使用CATIA设计工具进行产品模块的设计，因此可以使用PDM对CATIA的集成能力，直接从CAD装配结构中提取BOM(物料清单)信息，从而形成底层产品结构。
对于一些没有使用结构化设计工具，或无法直接获取结构化设计结果的专业部门，可以通过整理产品明细为指定格式(如Excel格式)，再通过PDM系统的BOM上载页面直接导入产品结构。
2.2 飞机产品结构在PDM系统中的使用
(1)按批架次过滤产品结构
在实现了飞机有效性管理的基础上，PDM系统中只需输入飞机的批架次信息，即可动态获取每一架飞机的组成状态。
(2)底层部件有效性查看
在基于CI+DSI的有效性管理模式中，有效性的设置和维护是在CI+DSI的使用关系中完成的，但在实际工作过程中，大部分的工作点并非在该层面(如经常需要了解某个底层零件的在哪些批架次飞机所适用)，因此，在PDM系统中，具备底层部件有效性的查看能力。进入到PDM系统中的Part详细信息页面时，可方便地查看到该Part的有效性信息。
(3)基于批架次的数据提取
基于飞机批架次状态的数据提取与使用，无论是对于设计团队自身，还是技术管理团队而言，其作用和意义均很重要。以图3为例，在PDM系统中，可以方便地将特定于某一架次的飞机设计数模自动分析、提取，并发送到CATIA设计工具，成为设计人员的工作场景。
图3 基于飞机批架次的数据提取流程
2.3 工程更改
PDM系统中的更改管理涉及到4种对象：问题报告(PR)，变更请求(ECR)，变更通知单(ECN)，变更任务(CA)。变更对象之问紧密联系，同时和改前、改后数据紧密关联如图4所示。
图4 工程更改框架
PDM系统中产品结构的工程更改主要集中在底层产品结构，因为顶层和构型层的更改，都可以通过Excel模板导入方式进行。
在底层产品结构中所有Part都是最新版本有效，所以，当一个零部件发生更改后，如果其有效性也发生了变化，则需要更改该零部件的构型码，生成新的编码。按照同样的计算原则判断其父件是否需要生成新的构型码，依次向上追溯到CI为止。变更影响分析以DSI为单元进行，对于同一个CI下的所有DSI需要进行有效性地计算，保证同一个CI下的不同DSI上的有效性互斥。
图5为一个设计变更过程示例，现有一个构型设计实例××-××100000-001，其下某个零件××-××121001-001需要发生变更，变更后的生效范围为11架开始有效。由于有效性发生变化，需要产生新的DSI，因此设计实例××-××100000-001需要产生新的构型，新产生的DSI其构型码为002，同样判断出××-××121001-001及其父件都需要生成新的构型码，产生新编号的零部件。最终体现为CI：××-××100000-000升版，B版本的有效性为11-9999，系统自动修改A版本上的有效性为1-10。即新产生的DSI：××-××100000-002的有效性为11-9999，原有的DSI：××-××100000-001的有效性为1-10。
图5 更改产生新构型
对于不产生有效性变化的没计变更，其设计变更流程与上面所描述的过程一致，但是在受影响数据分析时，不需要使用变更影响分析器，由设计人员根据实际情况对数据进行修订。对底层产品结构采用最新版本有效的原则。
对于仅修改DSI的有效性范围，而不对产品数据进行修改的设计变更，PDM系统提供了修改DSI有效性的功能。在某个CI下，设计人员将其下关联的某个DSI的有效性范围修改为目标值，系统按照有效性互斥的原则，自动计算其它DSI更改后的有效性。
3 结束语
目前，国内航空企业都在陆续建立自己的PDM系统，也在不断探索PDM系统中产品结构的管理方法。本文从构型标识和构型控制的角度出发，提出了飞机产品结构分解的基本原则，给出了飞机产品结构在PDM系统中的创建方法及PDM系统中飞机产品结构管理的具体措施，希望可以为航空企业产品结构管理提供参考。
