進入21世紀以來，Internet飛速發展，基于Web的應用對飛機研制及業務模式產生了深遠的影響。為了加快產品的上市時間、滿足龐大且復雜的飛機研制需要，國外飛機制造商們須緊密依賴于它們的供應鏈，供應商和合作伙伴對最終產品的貢獻可以達到40%以上，甚至80%，市場競爭由企業與企業之間的競爭轉變為供應鏈與供應鏈之間的競爭。這樣使得一個飛機型號很少由一個公司能夠單獨完成，這時產品信息不僅分散在企業內部的各個部門，而且還分散在全球供應商和商業網絡中，而這些機構用于管理產品信息的過程和應用系統又都不盡相同，企業必須能夠使自己不斷適應新合作伙伴的流程和系統，協同地工作。
國外航空制造業的這種發展趨勢也越來越多地影響到國內飛機制造業，現代飛機新型號研制，已突破原有的一廠一所模式，改由多廠所聯合起來，充分發揮各自優勢，共同進行飛機研制。
在這種背景下，飛機研制過程中產生的大量數據將會在異地各參研單位之間進行共享和傳遞。數據發放接收是進行異地協同研制的重要環節，決定了制造單位能否及時獲取到準確有效的設計數據，以開展工藝工裝設計等生產工作，也是縮短飛機研制周期、減少費用、提高質量的關鍵。
本文對航空工業型號研制過程中設計數據傳遞的現狀和存在問題進行分析，從技術和管理角度論述了基于數字化協同設計平臺進行數據傳遞的特點，提出飛機設計數據傳遞的一種方案，以及實現該方案的關鍵技術，為加快飛機研制進度、提高飛機研制質量提供參考。
1 研究意義
國內民機制造業若想在短時間內掌握先進的數字化研制技術，制造出具有市場競爭力且商業成功的飛機，迫切需要充分借鑒世界先進航空企業的成功經驗，改變傳統的設計管理理念，在市場、研發、生產、經營、管理等各項活動中全面應用信息技術，以提高企業自身的核心競爭力，發揮后發優勢，實現跨越式發展，加速國有民機的商業成功。
2 現狀與問題
在國內傳統的飛機研制中，采用紙質的方式進行設計數據發放，即飛機設計單位產生的設計數據達到可發放狀態以后，通常由檔案部門將其打印成底圖（硫酸紙），人工發放到制造單位，制造單位檔案部門接收到底圖以后，根據發放路線，將底圖曬藍，形成紙質圖紙或文件，發放到各個部門進行使用。這個過程如圖1所示。設計數據發生更改時，由于重新發放新版的底圖比較繁瑣，設計單位往往采用發放更改單描述需要更改的內容，或由相關人員對原圖進行刮改、劃改后再次發放到制造單位。
圖1 傳統形式的數據發放接收
上述手工進行數據發放的方式帶來了很多障礙，嚴重阻礙了飛機研制效率的提高和研制周期的縮短，不能適應信息技術的發展要求，主要體現在以下幾方面。
●采用紙質文件的發放接收方式，數據傳遞效率十分低下，尤其涉及到異地、多企業之間的數據發放接收時，發放接收效率和傳遞周期更是難以想象。此外，發放數據量較大時，發放接收雙方需要反復核對，工作量大、效率低。
●設計數據發生更改時，由于更改結果數據不能及時傳遞至制造單位，造成制造單位的返工、報廢等情況十分突出，研制成本大大增加。
●制造單位接收到紙質設計數據之后，由于數據之間缺乏合理組織和管理，對這些數據的查看、使用以及管理十分不便。
●采用打印、曬藍等方式的數據發放接收，同一份設計數據存在多份復制，發生更改時，更改信息難以及時傳遞到使用設計數據的所有部門，容易造成數據不一致情況。
●飛機的設計數據發放接收工作量十分龐大，依靠紙質手工方式難以對各設計數據的發放接收歷史過程進行完整記錄，追溯十分困難。
●紙質發放方式只能適用設計產生的二維圖樣，不能適應三維數字化技術應用的發展需要。
隨著信息技術的應用，國內部分機型研制中開始采用FTP、Email、刻錄光盤等方式在設計和制造單位之間進行設計數據的發放接收。與紙質設計文件發放相比，這種方式有了一定的進步，但仍然存在很大的局限性。主要體現在以下幾方面。
●缺乏對發放接收流程的嚴格控制，容易發生數據漏發、錯發等情況，往往導致各單位相互之間責任不清等情況。
●制造單位獲取設計數據后，仍需對數據進行反復核對，挑選各部門需要的數據分別傳送，而且這些數據仍以單個文件孤立存在， 缺乏一個管理系統對這些數據進行有效組織和管理，各角色人員對這些數據的查詢使用仍然十分不便。
●發放接收的過程信息同樣難以進行完整記錄，數據發放接收過程的歷史記錄追溯困難。
●設計數據發生更改時，難以及時通知制造單位相關人員。
●涉及到對多家制造單位進行數據發放時，通過FTP等方式難以對數據的權限進行嚴格控制，數據安全性不能有效保證。
●缺乏有效途徑確保制造單位接收的數據和設計單位最新數據的一致性，容易產生數據不同步。
解決方案為了解決上述傳統手段設計數據在設計單位和制造單位間的傳遞帶來的種種問題，應該利用最新的信息技術成果，建立基于Web的跨地域、跨企業的飛機協同研制平臺，通過該平臺連接參與飛機研制過程中的各個角色人員，通過協同研制平臺的傳遞，共享和交換各類信息。基于協同研制平臺建立異地數據發放接收流程，規范飛機研制單位間的數據發放接收業務流程，對設計數據的發放和接收進行有效的控制和管理，確保過程受控下的電子數據的發放和接收。
1.總體目標
通過規范的操作流程以及合理的數據組織結構，可為多企業聯合飛機研制模式下的研發工作提供可靠的數據保證，從而達成以下目標。
（1）建立電子化的數據發放接收工作流程。
有效銜接設計數據的發放申請、批準，啟動數據發放、接收、反饋，制造單位內部二次分發等工作，保證各流程環節的信息能夠順暢、自動地流轉。
（2）數據的合理組織和管理。
針對需發放的三維數模、二維圖樣、工程指令、有效性信息等各種屬性信息，進行合理組織和管理，確保數據發放到制造單位后，各角色人員能夠對這些數據進行方便的查找、使用和處理。在設計數據發生更改時，能夠及時將更改后的數據發放到制造單位，并提示相關人員注意，保證數據的準確。
（3）數據的跟蹤記錄。
對設計數據的發放接收過程進行完整、準確的記錄，并可方便追溯各個已發放數據的編號、版本、發放時間、發放人員、接收單位、發放狀況（發放成功/失敗/取消等）等信息，并能基于這些記錄信息進行各種統計匯總。
（4）數據一致性檢查。
提供數據同步化檢查機制，確保設計數據在設計單位和制造單位之間數據的一致性。
2.系統架構
為了實現上述目標，規范設計數據在各單位之間的發放過程，理順數據之間的關系，迫切需要實現流程嚴格受控下的電子數據發放接收。以某民用飛機的廣域協同研制平臺（基于PTC公司的Windchill軟件）實施為例，描述了實現流程受控和信息合理組織的電子數據發放接收的系統架構，如圖2所示。
圖2 廣域協同平臺系統架構
為了實現有效的飛機設計數據發放接收，在飛機各主要參研單位分別架設協同研制平臺服務器，各個服務器通過VPN（虛擬加密專網）進行連接，通過協同平臺系統的后臺設置和開發，實現各個協同研制平臺服務器的相互連通、緊密聯系。利用平臺對數據的管理能力，實現設計數據在發放時的合理組織；利用平臺的異地協同工作流程管理能力，實現數據發放、接收過程中涉及到的各個環節、各不同角色人員的有效銜接。
由于要實現跨地域跨企業的產品數據的發放接收管理，協同研制平臺要實現在全球各個地域各個企業間都能正常的訪問，首先要保證數據管理、訪問以及傳遞的安全性，在多企業聯合研制的發圖工作中，通過多種技術手段保證數據在傳輸中的安全性。
（1）網絡安全VPN。
虛擬專用網被定義為通過一個公用網絡（通常是因特網）建立一個臨時的、安全的連接，可以幫助企業用戶、其分支機構、商業伙伴及供應商同公司的內部網建立可信的安全連接，并保證數據的安全傳輸。
（2）物理安全。
業務數據通過通信運營商的網絡經防火墻與Windchill應用服務器連接，Windchill應用服務器通過專線與各設計單位進行連接。
（3）協同研制平臺身份認證。
用戶訪問協同研制平臺需要進行相應的身份認證，初次登陸強制修改用戶密碼、定期提醒用戶更改密碼都有效地保證了協同研制平臺訪問的安全性。
（4）協同研制平臺完善的權限管理。
協同研制平臺對管理的數據進行嚴格的權限控制，以使用戶在權限許可范圍內對圖文檔進行相應的操作，確保圖文檔的安全性。主要分為動態權限控制和靜態權限控制。
（5）協同研制平臺審計功能。
協同研制平臺中還提供了對用戶操作的審計功能，用戶對圖文檔的修改、查看、刪除等操作的日志信息，都可以通過平臺的審計功能在系統中進行完整記錄，以便于系統管理員以后的追溯和查看。
圖3 EBOM的數據組成
3.數據組織
在整個設計過程中數據繁雜、數據類型多樣，只有通過合理的組織，才能保證整個發圖過程的準確定。
（1）發放數據的分類。
在飛機的總體方案定義、初步設計、詳細設計等不同研制階段，發放的設計數據類型是不同的，從設計數據的作用來看，可以分為以下類型：三維數模；二維圖樣（包括生產用的二維圖樣、系統原理圖、線路圖等）；零件明細表（也稱EBOM表，包括零組件裝配關系、零組件屬性信息等的描述）；工程指令（也稱EO，包括更改的描述信息）；各類技術文檔（包括工藝、材料規范等）及對應文件工程指令（DEO）。
從邏輯上看，這些數據在協同研制平臺中都可以以產品結構為核心進行組織，這種以產品結構為核心組織的各種設計數據統稱為EBOM（工程BOM），圖3描述了EBOM的數據組成。
EBOM的數據組成包括如下方面：產品結構中的零組件對象及其屬性信息；產品結構中父子零組件之間的裝配關系信息，如數量、單位等信息；和零組件對象關聯的設計圖文檔（包括三維數模、圖樣、技術文檔等）；產品配置信息，如架次有效性信息、相關的基線（Baseline）信息。
設計數據的發放需要經過嚴格的審批過程，得到批準以后再由專人進行數據的發放工作。
（2）發放數據的組織。
為了對每次待發放的數據進行合理地組織和管理，并且方便數據發放完成后在發放方和接收方之間進行數據的核對工作，將采用“數據發放單”、“數據清單”以及“數據包”的形式對發放數據進行合理的組織，利用上述3種發放數據載體，將設計數據在流程受控的情況下發放至各制造單位。設計單位在進行數據發放時，首先需要在協同研制平臺中創建數據發放單文檔對象。數據發放單由需發放數據的業務單位填寫，以列表的形式列出本次需要發放數據的名稱、編號、版本等信息，數據發放過程中的審批也將基于數據發放單進行。
數據發放單通過審批以后，將流轉到數據發放部門（通常是企業的檔案管理部門）進行數據的發放。數據管理員根據實際發放的需要和網絡硬件的狀況可將數據發放單拆成多份數據清單，每次數據發放都基于數據清單進行。也就是說一份數據發放單中列出的數據可能通過多次的發放接收完成從設計單位到制造單位協同研制平臺服務器的傳遞，在數據清單中將填入各次發放數據對象的詳細列表。
在一份數據發放單拆成多份數據清單以后，設計單位的數據管理員還需在協同研制平臺中創建數據清單的文檔對象，并建立數據發放單文檔對象和數據清單文檔對象之間的關聯。為了提高數據的傳遞性、方便系統處理，可根據數據清單中列出的數據內容利用協同研制平臺的導入/導出功能將待發放的數據從設計單位的系統中導出成數據壓縮包（簡稱“數據包”），接著創建數據包對應的文檔對象，并建立本數據清單文檔對象和數據包文檔對象之間的關聯，從而實現待發放數據的合理組織。數據包中包括了以上所描述的所有EBOM數據信息，它由以下2部分文件組成。
圖4 數據發放接收業務流程
●XML文件。用于記錄協同研制平臺中各種數據數據對象的屬性信息及相互之間的關聯關系信息，這些數據稱為元數據（Meta-Data），包括產品結構中的零組件屬性信息、裝配關系信息、各種關聯圖文檔的屬性信息、關聯關系信息等。
●三維數模、二維圖樣、EO、EBOM及技術文件等物理文件。制造單位人員接收到數據包后，將通過協同平臺提供的導入功能將數據包導入至其自身的協同研制平臺，從而在制造單位協同研制平臺建立與設計單位的協同研制平臺服務器中完全相同的EBOM。
4.流程的管理
通過協同研制平臺管理的設計數據發放接收流程如圖4所示。在該工作流程中，數據發放流程和接收流程在不同協同研制平臺服務器中分別進行流轉，通過平臺提供的異地工作流程觸發、同步等能力實現完整的發放接收流程管理。此外，數據清單和需要發送的數據包等將自動通過該工作流程進行傳遞，各種發放接收的過程歷史信息將在該流程執行過程中自動記錄在發送接收雙方的協同研制平臺服務器中。
●數據發放申請部門在協同研制平臺創建數據發放單對象，其編碼遵循管理規范的規定，并完成該數據發放單的簽署。
●發放方檔案相關人員將該文件以Email方式同時發送給接收方以及數據管理員，通過Email遞數據發放單的主要目的是為了便于數據接收方在正式數據發放之前進行必要的軟硬件準備工作，減少發放接收過程中的錯誤發生。
●接收方在用Email方式收到新的數據發放單并確認接收后，需在接收方協同研制平臺中建立與數據發放方編號相同的數據發放單。
●如果接收方不同意接收，則回饋數據發放方，并將原因傳遞給數據發放方。
如果接收方同意接收數據，則可以開始如下數據發放接收流程。
●數據清單文件記錄要發放內容的列表，發放方檔案人員在協同研制平臺上需建立與數據發放單相應的數據清單對象，并以數據清單文件作為該對象的主文件。
●當發放方數據清單創建成功后，系統自動根據數據清單內容將待發數據（包括數據包等數據）與該清單關聯。
●發放方選擇需要接收數據的單位名稱，開始發放數據，若接收方未建立相應的發放單，則會報告未就緒；若出現網絡硬件問題或系統故障，則報告未連通。若正常，則數據發放接收流程開始啟動。
●當數據發放開始后，則發放流程進入正在發放狀態，然后由接收方的協同研制平臺服務器開始接收數據。如有異常，則直接發放完成報告（記錄異常信息）；否則，進入等待狀態，等待所有接收方完成接收過程，等待完畢后，發送完成報告給申請數據發放的業務部門。
●當接收方檔案人員接收到“請核對數據接收”工作任務后，開始對根據收到的數據清單內容對新數據進行審核，檢查其完整性和準確性。如審核成功，則進行下一步工作（請導入數據），如審核失敗，則向數據發放方的檔案部門發送完成報告（記錄審核失敗原因）。
●接收方檔案人員接收到“請導入數據”工作任務后，從協同研制平臺下載數據包導入，存入接收方協同研制平臺中的指定文件柜。如果導入成功（數據包數據完整），則選擇導入成功，進行下一步工作（查看完成報告）；否則，則導入失敗，向數據發放方的檔案部門發送完成報告（記錄導入失敗的記錄信息）。
●無論接收流程是否成功完成，接收方的檔案部門都將接收到完成報告。
●接收方完成接收工作后，將啟動數據在本單位內部的二次發放工作，使得各相關業務部門人員能夠及時收到消息通知，提示其進行數據查看或進行相應處理。
●接收方相關業務部門基于其自身的協同研制平臺查看和使用發放的設計數據。
考慮到多廠所聯合進行飛機研制情況，圖4所示的發放接收流程還需要支持一家設計單位同時向多家制造單位發放數據的情況，因此該數據發放流程在執行過程中，可同時觸發啟動多家制造單位協同研制平臺服務器中的數據接收流程，同步向這些單位傳遞數據包等數據。
（1）發放接收過程的監控和記錄管理。
在數據發放接收過程中，數據發送方和接收方的數據管理員可以隨時進入各自的協同研制平臺服務器中，實時查看本次數據發放接收的進展狀況，及時對數據發放接收過程中可能出現的問題進行處理。此外，發放的所有數據編號、版本、發放/接收時間、發放人員、發放狀況等信息都將在發放方和接收方的協同研制平臺服務器中進行完整的記錄，相關人員通過輸入多種查詢條件進行查詢和統計，從而實現對數據發放接收過程的有效追溯。用戶進入發放或接收數據的屬性信息頁面，通過其中提供的鏈接可以查看到本數據發放接收到歷史記錄。
（2）發放接收雙方數據的一致性保證管理。
數據的發放接收在一定程度上造成了設計單位和制造單位協同研制平臺服務器之間的數據冗余，因而確保數據在不同協同研制平臺服務器數據的一致性十分重要。數據發放方和接收方的數據一致性將通過以下幾個方面進行保證。
●數據發放接收過程中的雙方核對。
在接收方的數據管理員接收到數據時，將通過協同研制平臺提供的專用工具自動檢查接收到的數據對象在發放方和接收方的協同研制平臺服務器之間是否一致。主要通過檢查如下的信息來確保數據發放和接收雙方協同研制平臺服務器中的數據的一致性：數據對象的編號；數據對象的版本；數據對象對應的物理文件的字節大小；數據對象的其他屬性信息。
如果發現不一致情況，將由雙方的數據管理員進行協商以后進行相應的處理，例如將已接收數據刪除、重發等。這些處理的過程將視作本次發放接收過程的一個組成部分。
●發放以后數據修訂時的嚴格更改控制。
要確保發放接收雙方協同研制平臺服務器中的數據一致性，很重要的一點是需要從工作流程上進行嚴格控制。一方面，數據發放以后，對這些數據的后續更改只能在數據發放方的協同研制平臺服務器進行，并在數據接收方的協同研制平臺服務器上進行嚴格的權限控制，不允許其更改所接收的數據；另一方面，數據發放方更改數據時，需要受到嚴格的更改過程控制，并在更改實施完成以后，在流程中增加數據發放的環節，及時將更改產生的新版或新號的數據發放至接收單位的協同研制平臺服務器中。
●數據發放接收雙方的定期同步檢查。
為了避免發放接收后，數據在發放方和接收方被一些不規范操作或修改導致的數據不一致情況，可以在制造單位和設計單位之間引入數據同步化檢查機制，通過定期（如每兩周）對雙方協同研制平臺服務器之間的數據進行比對，及早發現數據不一致情況，并進行相應的處理。數據發放單位在生成數據同步清單時，Windchill系統根據給定的時間條件，結合數據發送接收的記錄，自動獲取下列信息填充到Excel格式的數據同步清單中：數據名稱、數據編號、數據版本、物理文件大小和數據的修改時間。
（3）發放接收雙方業務規則的統一。
為了確保基于協同研制平臺在飛機設計單位和制造單位之間能夠順利地進行電子數據的發放接收，使得制造單位在接收到數據包以后，能夠順利導入到其自身的協同研制平臺中進行管理，需要對雙方的業務規則進行一定的統一，確保各自協同研制平臺服務器中公共的數據對象模型保持一致：需發放接收的文檔分類、屬性的統一；零組件的分類（零組件、標準件、鉚釘、成品、輔助材料）和屬性信息的統一；雙方的有效性定義規則統一；在雙方建立一致的材料庫和標準件庫，對材料代碼和標準件號進行統一；生命周期狀態的統一。
5.協同平臺
國外先進航空制造業已成功利用信息化手段建立起各企業用于飛機設計的全球協同研制平臺，用以管理在研制過程中產生的龐大而復雜的數據。
Windchill是PTC公司的一個大型PLM軟件，根據我們的業務經過配置和二次開發變成我們的產品數據管理和協同研制平臺，提供與國內航空企業應用的所有主流MCAD（CATIA、NX、AutoCAD 等）、ECAD（Cadence、Mentor、Zuken等）和軟件管理工具（如ClearCase等）集成接口。該軟件功能全面、強大，提供了近十個功能模塊，涵蓋了企業級產品數據管理和協同工作平臺應具備的所有功能，從文檔管理到內容管理、從工作流程管理到項目管理。
Windchill還提供了功能強大的工作流引擎，能夠方便地對航空企業的各種復雜工作流程進行自動化和規范化的管理和控制。目前國內航空企業所需要的大部分功能在Windchill中只需要通過系統設置即可實現。在中國飛機制造行業該軟件已經得到成功的應用。
3 結束語
在多廠所異地聯合進行飛機研制的業務模式下，基于協同研制平臺的設計數據發放接收有效管理，突破了原來傳統數據發放接收模式下帶來的各種障礙，確保了設計數據在飛機設計單位達到成熟狀態以后，能夠在工作流程控制下，準確快速地傳遞到制造單位，并能方便制造單位各相關業務部門對這些數據的查詢、瀏覽和使用。通過多種手段和工作機制的引入，還能確保設計數據在發放接收雙方的一致性、有效性，以及發放歷史記錄的可追溯性。這些都為制造單位后續進行的工藝規劃、工裝設計、生產制造等工作奠定了堅實的基礎，從而大大有助于整個飛機研制周期的縮短和研制質量的提高。
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