航空發動機的研制和發展是一項涉及空氣動力學、工程熱物理、傳熱傳質、機械、強度、傳動、密封、電子、自動控制等多學科的復雜的綜合性系統工程，同時需要大量的試驗來驗證性能及可靠性。隨著發動機研制深入，試驗科目增多，試驗復雜化、系統化和測試的精細化，使試驗數據呈幾何級數增長。如何對其進行有效管理，提高試驗數據的使用效率？這給試驗數據管理提出了更高的要求。只有建立試驗數據與實物裝配狀態和設計狀態的關聯關系，才有可能對試驗數據進行有效分析和挖掘。筆者主要研究在PLM(product lifecycle management)平臺中如何管理試驗數據，實現產品生命周期中數據管理。
1 試驗數據管理業務現狀
目前航室發動機在試驗數據管理上存在以下問題：
①試驗件種類多、試驗設備差異大、試驗科目不同，試驗數據的存放分散，沒有集中的數據庫；
②由于原始試驗數據量大，且沒有與試驗件設計屬性關聯，設計人員幾乎無法查詢分析試驗數據，只能看試驗報告，周期長、效率低；
③試驗件檢測、裝配、試驗過程信息還只能人工記錄，沒有完全電子化和結構化，實物狀態信息無法與試驗結果數據關聯；
④雖然設計數據在PDM(product data management)系統中，但是重要的試驗數據仍然沒有與之直接關聯，導致設計人員使用不方便，試驗數據與設計數據不能在同一平臺中進行對比分析。
航空發動機研發是設計、制造、試驗反復迭代的過程，研制成本高。設計必須依靠試驗驗證，并依靠試驗數據修改設計，同時也關注使用階段產品相關運行和維護數據，這對改進產品的性能、功能、經濟性、可靠性和安全性十分必要，這些海量數據信息必須建立關聯并集中管理，才能提高航空發動機研發的效率。
2 研發數據集中管理需求
航空發動機研制周期長，需要對其全生命周期實施有效管理，目前設計、制造、裝配數據和過程信息都可通過BOM(bill of material)在PDM系統中建立直接的關聯，但是最重要的試驗信息還分散獨立管理，因此必須將試驗數據與設計、制造數據進行關聯并集成在同一平臺下，方便數據的利用。
針對發動機研發過程，數據管理可以按如下階段進行：研究所總體設計一工廠與研究所協同設計一工藝、工裝設計一生產制造一裝配、試驗一維護、外場一大修等。目前航空發動機行業的PDM系統都是基于西門子公司TeamCenter PLM平臺，各階段數據在PLM集成平臺中都有對應的數據模型和管理方式，如圖1所示。
圖1 PLM集成平臺數據管理
筆者研究的主要思路是在PLM平臺中，以BOM為主線，通過EBOM(Engineering BOM)構建后續各階段的BOM，建立數據之間的關聯，便于設計人員在設計過程中了解試驗的進展、狀態和數據，最終在PLM平臺中實現試驗數據與試驗件屬性的關聯。
3 產品研發過程信息流
目前航空發動機設計數據、工藝數據、臺份數據及維護保障數據都可在TeamCenter PLM平臺下實現關聯管理。而產品試驗環節的數據管理還沒有實現關聯，不完整生命周期數據管理的矛盾突顯出來。發動機及其零部件試驗過程復雜，涉及非標設備種類多，組成龐大，常規PDM對試驗設備幾乎無法控制管理，因此試驗數據獲取及試驗設備的控制還需依靠試驗數據管理TDM(test data management)平臺。為了清楚地描述設計、制造、裝配、試驗、維護之間的關聯，梳理的信息流程如圖2所示。
圖2 產品管理過程信息流
設計、制造、試驗、維護維修等各個環節的數據是基于PDM系統相互關聯和相互訪問，由于目前TDM系統與設計、制造、維護維修等不在一個系統中，造成設計數據、制造數據和裝配數據都不能與試驗數據關聯，設計人員無法在一個平臺下針對某個臺份BOM方便地查看試驗數據。
4 基于PLM試驗數據管理的技術研究
通過PLM平臺的應用，支撐多種試驗的過程管理和數據管理，通過共享化的平臺應用，設計人員能夠方便全面透徹地了解試驗的過程、狀態和試驗數據，并收集試驗的經驗數據和知識，提高設計與試驗人員的數據交流效率，及時傳遞信息，實現高效率的協同工作與交流。PLM平臺功能見圖3。
圖3 PLM試驗管理平臺功能
4.1 試驗過程信息管理
試驗過程的管理包括試驗需求、試驗規劃、試驗資產、裝配狀態、故障跟蹤等幾個環節。以下就試驗需求、試驗規劃和試驗資產3個方面進行闡述。
4.1.1 試驗需求管理
用戶對發動機性能需求常常經過設計人員的分析轉化為各項具體的技術指標，但目前尚停留在以文檔方式保存的階段，還未實現對需求的結構化管理，沒有將需求和試驗規劃、計劃進度以及反饋試驗的結果報告關聯起來。
在PLM系統中，通過對需求規格書結構化處理，能夠實現把系統外文檔直接導人到系統內，自動創建需求規格書結構。并且在需求與試驗計劃之間建立追蹤連接，便于追蹤并分析方案是否符合需求。
4.1.2 試驗規劃管理
對于發動機這樣一個研制周期非常長的產品，把試驗的規劃進行系統性的管理尤為重要。由主管部門制定好的發動機試驗規劃流程如圖4所示。
圖4 試驗管理流程
因目前沒有系統能夠直觀反映設計部門以及試驗部門所關心的項目狀態和設計進度，所以期望在PLM/TDM系統中按照流程實現試驗項目規劃的管理，同時制定適合業務流程的試驗任務安排規劃，用于管理試驗人員和設備資源的規劃信息，制定具有成本效益的試驗計劃任務的派工計劃，滿足試驗的業務需求。該計劃能夠被設計人員查看，便于試驗狀態的信息是公共可查的，以滿足測件的型號、編號管理；試驗任務的總體安排規劃和各項任務的試驗人員/設備的組織安排；試驗現場人員的控制，試驗信息的實時發布等。并滿足對管理人員、設計人員以及試驗人員對試驗過程狀態的實時監控。
4.1.3 設備資產管理
由于尚未對試驗設備的維修、調劑、報損、報失、報廢、審核等業務流程進行系統內的管理，導致試驗的資源調配和利用狀況不明晰，試驗數據和試驗項目與試驗資源沒有進行關聯管理。
在PLM/TDM系統中實現試驗設備資源利用狀態的系統化管理，記錄試驗資源的利用狀況、標定狀態、使用期限和資源可視化是有效管理和充分利用設備資源的關鍵，以此實現設施資源的規劃和運營維護的管理。
4.2 BOM的構建
PDM系統中保存著不同階段的設計數據，記錄著歷經不同設計階段的產品模型變化和版本的演化過程以及設計數據的狀態和結構，因此設計人員已經習慣依賴PDM系統檢索所需要的不同階段狀態的設計數據，以BOM來管理設計結構，已成為PDM數據管理的規范模式，它具有上下文索引功能，便于查詢該設計數據的引用和使用情況。
任何一個產品都會唯一對應某一設計階段的發動機臺份，在系統中可以把EBOM先轉換成中性BOM。因為中性BOM的特點是具有產品設計的技術特性和關鍵技術數據，而且能與EBOM建立關聯。所以設計人員創建完成中性BOM后，在中性BOM中記錄實物的序列化信息，通過結構化數據之間的關聯可以將設計數據的有效組織傳遞到試驗數據管理的組織結構，從而在系統中產生可追溯的能力，即由中性BOM構建實做BOM，再在實做BOM中添加相關屬性，衍生出TBOM(test BOM)。
TBOM描述從“設計時”到“試驗狀態”和操作狀態階段的物理資產的配置信息，記錄單個試驗件及其可追蹤部件、組裝部件和系統的完整歷史、任一處所開展的服務工作和配置變更的試驗事件信息，其中還包括從試驗件壽命特征、壽命限度、適用性及利用率等信息。
按照TBOM的組織方式，將已有的針對某狀態的TBOM，通過增（減）相關信息，可以方便轉換另外一個狀態的TBOM，這樣針對同一產品不同測試狀態的BOM把各種試驗信息進行有效組織，并可以進行對比對照，如圖5所示。
圖5 試驗BOM管理
4.3 試驗數據在PLM中的結構化管理
試驗數據大致分為試驗結果數據、試驗匯總報告、試驗過程數據等，數據的類型繁多，例如聲音、視頻、圖片、PPT、WORD、PDF、掃描文檔等，這些數據都可以被計算機存儲，但是不易被計算機“讀懂”，此類數據俗稱非結構化數據，數據量約占總量的70%。而試驗元數據也可能很大，這類數據通常需要專門的軟件處理，此類數據能夠被計算機“讀懂”，但是不容易，數據量占總數據量的29.9%。KPI(key performance indicator)數據（聚合的數據，試驗特征數據，分析結果數據）是一種計算機非常容易“讀懂”的數據，只占總數據量的0.1%。
對于這部分計算機能夠“讀懂”的數據，如何在系統中得到有效的管理和使用，一直是大家所關心的問題。在PLM系統中，這些結構化試驗數據處理過程：首先整理試驗數據，通過TDM開發相應的數據輸出接口程序把與設計相關的試驗結果數據按照模板要求的格式導出生成excel或xml等文件，然后導人到PLM系統中，系統能夠將這些文件進行結構化的展示、管理和使用。
把試驗數據以數據集(data set)方式在TeamCenter中統一管理。其試驗信息與數據的組織關系如圖6所示。
圖6 試驗信息與數據的組織關系
由圖6可以看出，數據的組織關系與TDM系統類似，也方便了以后兩個系統間的數據交互。
5 結束語
在PLM平臺下，使設計數據與試驗數據直接關聯起來，不僅使設計人員直觀地利用試驗數據改進設計，同時使產品信息管理過程連續化，由此形成的工程數據中心，包含較全面的基礎數據，便于設計/工藝/試驗/服務人員了解不同階段的相關數據。同時這些數據是設計體系建設中最要的基礎數據，對設計體系的完善起到至關重要的作用。
核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/
本文網址：http://www.guhuozai8.cn/html/solutions/14019312882.html
相關文章
