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构型(技术状态)管理-数据好管家 - 智能制造新概念

【英文条目】Configuration Management

【中文条目】构型管理,在中国被译为技术状态管理、构型管理与配置管理。技术状态管理,是军方约定俗成的称呼。构型管理多用于民机领域。配置管理,多用于轨道交通与软件领域。

构型管理的概念最早起源于美国的军事工业,尤其在美国航空航天局、欧空局等管理飞机、舰艇、火箭等大型武器装备的研制过程中,随着产品复杂度的增加,研制过程可能要经历几年,不可能由一个人或一组人来控制设计和生产,同时这些产品的研制涉及到不同专业、不同学科之间的人员进行协同设计,在这过程中产品信息在持续发生演变、转化、传递、使用、存储、复制等活动,其中很可能丢失了一些相关的信息,产品的技术状态也就随之处于不可控之中,最终生产出的产品有可能与前期需求的目标不一致。这样美国军方就提出并总结出产品构型管理的雏形概念。而我国对于飞机构型的概念在过去一直没有明确提出,直到在民机转包生产中才将这个概念引入飞机项目,其目的是为了控制复杂飞机产品的开发与维护,使得飞机制造商和开发商能够灵活地应对各种需求变化。

因此,在飞机等复杂并行化装备产品的研制过程中推广应用构型管理技术,不仅是现代化管理的需要,也是研制具有国际先进水平装备产品的需要。

在国外的一些比较知名的、先进的军工企业,构型管理已经非常成熟,他们大都已经形成了完整的管理体系,在国外的企业内部,有关构型管理的相关企业标准规范数以千份,非常严格,每个流程需要哪些环节,每个环节需要哪些人来参与,需要什么样的支撑条件,都定义得非常详细。因为他们发现,只有做好构型管理,才能够确保产品持续满足预定的计划、目标与需求,并且随着激烈的市场竞争和信息化的发展,国外先进航空国防企业纷纷在构型管理中引入了信息化技术,极大地提高了产品研制的构型管理水平,使航空产品研制和生产方式也产生了深刻的变革,可以说这是国外企业成功的一笔巨大财富。

波音777研制过程中采用了全三维设计技术,取得了巨大的成功,也发现了两个问题,重要的问题就是采用了800个互不关联的软件,构型控制不住。

于是,1994年正式启动了DCAC/MRM(飞机构型定义和控制/制造资源管理,实质上就是PDM/ERP的深入应用)的大型工程项目,计划五年完成,但是没有想到那么困难,前后用了十年时间做了两期,总投资超过十亿美元才完成。这一大型项目是继波音工程设计领域全面推行DPD(数字化产品定义)、DPA(数字化产品预装配)技术、并行工程技术以后的又一大技术改造项目,是波音实现其经营目标的战略组成部分。该项目的目的在于缩短交付周期、降低成本、提高产品质量、增强客户满意度。空中客车工业公司为了顺应世界航空市场的瞬息变化,满足客户不同的需求,对抗波音公司的强大竞争,该公司在飞机制造中采用了大量的先进技术,同时也形成了一套先进的构型控制体系。空客公司经过了30多年的探索和不断的改进,构型管理技术也已发展得相当成熟,构型控制与更改程序严谨缜密而不繁琐,使飞机生产商和开发商能够处理各种变化,且在各个环节都实现了计算机化和网络化,这使得空客公司能对市场需求做出最快速的反应。

在空客 A380 构型管理系统的实施过程中,专门针对新的 IT 应用形式下新模式的构型管理和数字化应用相关标准体系开展研究,独创性地提出以产品结构为核心的简化构型管理新思路,包括产品结构层次划分、构型项 CI、设计方案及简化有效性管理等新理念,仅制定的相关标准和业务流程规范文件就多达上千份,为空客公司的产品型号研制工作的顺利开展起到了不可替代的作用。

随着国内与国际合作项目的不断增多,并行工程、现代构型管理理念的逐渐强化、深入,数字化研制体系的逐步建立,数字化成功经验的获得与积累,同时,也是响应工程技术和科学技术发展以及实际工作的需要,使得国内航空产品的自主研制都在探索和实践数字化构型管理。在 ARJ21 项目、大型客机 C919项目、大型运输机等项目的牵引下,应用国外数字化构型管理理念相继开展了企业内型号构型管理数字化工作,促进了航空工业在构型管理理念和实施手段上与国际接轨。但与国外先进航空企业相比,虽然国内航空企业基本形成了完整的构型管理体系,但是从管理水平、实施效果等方面仍然存在一定的差异,还有待提高。另外从信息技术的应用深度和广度来看:国内航空企业虽然纷纷采用了 PDM 等软件实现技术状态管理一些方面的能力,但由于缺乏先进的管理理念和全面标准规范的支撑,往往侧重对技术状态的结果数据进行了管理,忽视了对技术状态全过程严格和闭环的控制,容易造成状态失控,此外信息系统的实施还较少考虑外部协作企业、下游的制造、客户服务、运营与维护等业务环节对技术状态管理方面的需要。

构型管理的生命历程中,发展了很多的标准与指南,还有很多的标准与之关联与相属。

我们日常工作中,专用的与常用的标准与指南,有MIL-STD-480系列、MIL-973、EIA649B、ISO10007、GJB3206A、QJ3118、MIL-HDBK-61B、EIA-828、EIA-836 STD等等。

我们来谈谈几个必要的概念:

1、什么是构型管理:各个国际与国内标准、国内构型管理专家王庆林老师的“构型管理”与“飞机构型管理”一书、北航专家范玉青老师的“大飞机的数字化研制”一书,都已做了充分的阐述:构型管理在飞机全生命周期内,建立和维护飞机及组成产品的功能和物理特性与产品的需求/设计要求和构型信息之间的一致性的确认与管理过程。当然,功能特性还包括性能特性。简而言之,构型管理就是对产品“属性”的管理;

2、构型文件,就是描述产品“属性”的各种技术文档,我们知道,产品的所有的属性,最终表达都是文件,它们包括产品的需求、功能定义、接口定义、设计方案、图纸/数模/细目表、验证和确认方法、使用和维护手册等等。它们都必须关联与指向到产品的实体“构型项”,也就是说我们管理构型,就是在正确的管理构型文件,实现以构型文件管理映射到实物管理;

3、构型管理应该包括构型标识、构型控制、构型记实与构型审核四个主要活动,缺一不可。现在,还可以加入构型管理策划(Configuration Management Planning)这个主要活动。鉴于这五个活动的详细解释在网络与各种资料内均可以查询到,在这里就不再详细描述;

4、构型管理的核心是做好基线管理和更改管控。基线的概念,在各个标准里也有大量的概念解释,我简单理解为:基线是产品在生命周期中某个特定的时间点的已批准发布的、带层级的、带关联关系、带逻辑关系的构型文件的聚集。它是实现项目里程碑管理的最佳工具;

通俗点说,现在的装备研制,是复杂系统的并行迭代研发过程,就如一条奔腾不息的大河,飞花四溅。突然,在某个时间点,这条河停顿下来,那么,在这停顿下来的一刻,河水里的各种有用与有效的技术文件的集合,我们可以称之为“基线”。下面是基线的一种可视化示意图;

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图1:基线可视化示意图

最上面白色方框为功能基线,中间灰色方框为分配基线,下面绿色方框为产品基线。

下面,我们谈谈构型管理的重要性。构型管理,是针对项目的,不能说是针对某个企业的。对于一个项目来说,例如一个飞机研制项目,我们要涉及到很多的顶层管理领域,如:项目管理、质量管理、工程管理、构型管理、度量管理,风险管理、数据管理等等。核心的领域是项目管理、质量管理、工程管理,而构型管理是这几个核心管理领域的数据基础,缺少完整有效的构型管理,做好它们的可能性无从谈起。

我们目前大多数企业都是使用PDM系统来进行构型管理,国外也有不少军工项目采用专业的软件平台如CMstat来作为支撑工具。

很多企业的管理人员把构型管理简单理解为研发过程中工程图的变更管理,对构型文件的标识与范围理解不够,以至于定型审核、产品发生故障、改型与改装时,需要追溯设计与生产的变更的各种构型文件时,需求得到合同管理系统里去找,工程图与数模变更到PDM系统里去找,软件构型到软件工程管理系统里去找,里程碑需要交付的文档到档案管理系统里去找,工艺与制造的变更得到CAPP与MES里去找,材料的变更得去ERP系统里去找,运维与指南得到综保系统里去找,维修记录得到维修系统里去找,等等。没法形成真正的单一数据源与统一的构型数据库,给企业的构型管理人员带来无穷的繁琐工作与巨大的烦恼,这是构型管理的不足。

那么,我们在实际工作中,如何落实有效的构型管理呢,且让我们来看看国外某项目的构型管理体系是如何做的:

1、制订完整的CMP(Configuration Management Plan,构型管理计划),建立合适的构型管理体系;

2、规划好组织机构、部门与专职人员,定义好其职责、任务与目标;

3、定义标准的构型管理CMII工作流程,真实有效的实现II类以上的变更ECP(注意:是构型变更,不止是工程图变更)与CCB活动网上流转流程;

4、进行正确与完整的构型文件标识:一种新方法是采用系统工程方法论,把需求分解为功能、性能以及物理结构,从而得到其性质表达的文件关联矩阵如下图,以便于构型管理人员能够较为容易的、完整的标识所有构型文件;

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图2:物理构型与功能构型关联示意图

5、形成单一构型数据源与完整有效的构型记实中心数据库,持续保持产品研制过程、生产过程与持续保障过程中(全生命周期)的产品构型满足合同需求;

6、形成标识化的、有效的、动态化的、显性化的功能基线、分配基线与产品基线。基线有启动、变更、冻结与再发展的管理阶段。每一个批准发布的构型变更都自动关联到相应的基线。标识的基线,如同一根带标号的西瓜藤,下面挂着很多条枝蔓(构型树)与很多的瓜(构型文件)。我们通过基线标识号(带日期、型号、系统、任务等信息),可以很轻松的提取基线下的所有的构型文件,以便于追溯研制过程;

7、通过As-Configured管理手段,显性标识每一个临时基线,记实构型的每一步批准发布的变更,可以方便得到每一个发布时间点的基线的所有构型文件,形成可视化的构型基线图,方便生成各临时基线之间的变更对比文件;

可以说,项目管理、质量管理与工程管理的核心数据支撑手段是构型管理,而构型管理的核心在于基线管理,基线管理的精髓又在于As-Configured。下文所述的基线动态化管理,主记录索引以及变更的可视化管理,都来源于这个As-Configured功能。

那么,什么是As-Configured呢?它在国外是一个成熟概念,但是,在国内似乎是一个新词汇。它是一个通假词,可以按需变通为As-Planned、As-Designed、As-Built、As-Delivered、As-Maintained等。我们可以理解为“已打好的基线的某个状态”,也可以理解为一个打了标识的临时基线。如图3所示:

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图3 As-Configured示意图

每个As-Configured基线,都需要标识与记实,以便能得到每一个批准的变更点的所有构型文件。

8、生成主记录索引(清单的清单),它链接了很多清单,每个清单链接了很多构型文件。以便构型管理人员顺藤摸瓜,结合顶层构型项,瞬间得到单架次装备的所有构型文件,方便其交付用户装备同时,随同交付与顶层构型项匹配的所有的、正确的构型文件;

通过以上描述,我们可以看到,构型管理的核心是做好显性化的基线管理,基线管理的精髓又是As-Configured管理。

抓住了As-Configured,让设计变更自动关联到每一条被记录的基线,我们不但可以容易的记录最新的、批准发布的构型数据,保持单一构型数据源,保证了型号项目全生命周期的构型数据的透明性与一致性,同时也能保存变更历史、制造工艺偏离与维修记录,以便于追溯。所以说,它也是解决智能制造、定制化生产、记录单架次飞机构型的王道。

我们知道,构型管理重点在于构型管理体系化建设,切实提高企业构型管理水平,保证产品在全生命周期内的构型管理到位,实现产品全生命周期的质量良好管控,保证项目管理的进度与交付物,记录每一架次交付物的生产制造工艺偏离、保证持续保障活动的良好运行。

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