中航工业成飞数字化制造工程平台实施案例

一、成飞公司介绍

航空工业成都飞机工业（集团）有限责任公司（简称航空工业成飞），创建于1958年，是我国航空武器装备研制生产和出口主要基地、民机零部件重要制造商，国家重点优势企业。

中航工业成飞生产了歼5、歼7、枭龙、歼10等系列飞机数千架，歼-10飞机荣获国家科技进步奖特等奖；同时与成飞民机公司一道承担了大型客机C919、新支线客机ARJ21、大型水陆两栖飞机AG600机头的研制生产。

二、项目背景与目标

2.1 项目背景

成飞早在上世纪八十年代就启动了CIMS工程等信息化项目实施，2005年启动PDM实施，经过多年的信息化建设，初步构建了飞机研制数字化综合协同工作平台，初步打通了产品数字化设计、制造与管理价值链。

随着“中国智能制造2025”的发布，成飞也规划并制定了相应的智能制造之路：以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以满足成飞公司科研生产发展为目标，全力推进智能制造。以数控加工、装配为突破口、以智能物流为支撑，逐步推广应用到其它专业，最终建立以数字化、网络化、自动化为基础、智能化为核心的航空产品智能制造模式，并建成有行业典型代表性的智能生产单元。

2.2 存在的问题与挑战

随着新型飞机研制进度的深入，以及成飞智能制造规划要求，成飞数字化制造工程平台存在以下核心问题和挑战：

1）新一代航空产品战技指标的不断提升对成飞提出了挑战??提高制造精度与产品质量；

2）多品种小批量的生产特点导致生产计划频繁调整，对成飞提出了挑战??缩短产品交付周期；

3）频繁多变的订单需求特点导致产品技术状态多样性，对成飞提出了挑战??快速满足个性化需求；

4）持续不断的技术研究与创新对成飞提出了挑战??降低企业运营成本。

2.3 项目目标

为提升数字化工程制造协同平台的协同能力，实现厂所间紧密协同，实现制造现场无纸化管理，实现设计、工艺、制造的端到端一体化更改，平台需提升一下能力：

1）基于“网络互联、应用集成、流程整合”为基础的“紧密协同”研制模式核心思想实现厂所紧密协同机制；

2）基于成飞装配制造管理的核心业务基于装配过程管理的思想，将飞机制造过程看作为具有多维度关系的工艺过程的集合，实现面向制造过程的MBOM搭建；

3）提供三维可视化环境下段位、工位、AO等不同层级的消耗式工艺设计能力，变装配工艺设计时事后的验证纠错为事中控制；

4）细化工艺信息的管控粒度，管控粒度从整本工艺规程下沉到工序对象。建立工序、参装件、工艺资源、工序模型、设计MBD模型等之间的关联管理，实现以MBOM为核心的工艺数据和信息组织方式，提供一体化的工艺规划、设计、管理及发布环境，实现结构化工艺信息向生产制造端的无缝传递；

5）建设装配生产现场可视化装配系统，实现从产品数字样机，三维装配工艺指令、生产现场可视化装配的信息传递模式，并作为生产制造依据提供给生产工人和检验人员现场使用，实现工艺文件现场无纸化流转；

6）实现设计更改在工艺、制造环节的自动传播和通知，促进工艺、制造环节对设计更改的及时响应，满足工艺数据与设计数据一定程度上自动同步的需要，保障数据的一致性；

2.4 信息化建设总体思路

成飞作为我国航空制造业的核心单位，承接了国家多个重点型号的研制工作，需要与多家设计单位在不同型号进行协同研制工作，如果沿用设计单位管理模式延续到工艺制造阶段，这将极大的增加平台的复杂化，因此成飞在平台建设早期就制定了工艺、制造阶段的管理需要整个不同单位设计数据并形成符合成飞工艺、制造管理统一的思路，成飞一直秉承着这一核心思路进行相关信息化系统建设工作。

2.5 数字化工程制造平台实施路线

成飞公司从2005年启动PDM平台的建设，至今为止经过10年以上的持续建设，成飞公司的产品数据管理实现从纸质文件人工管理到以BOM为核心组织数据，电子化流程驱动，再到设计工艺一体化管理，设计制造一体化系统管理，在多年的建设中，成飞创造性的提出了很多新的思路，成为了行业最佳实践，并获得了军工信息化领域的先行者。但系统仍然有不尽如人意的地方，随着国家对某重点型号前期研制工作的肯定和持续重点投入，未来数字化工程制造平台还将根据业务需要不断完善。

图1 成飞数字化制造平台建设历程

三、数字化工程制造平台建设方案

图2 成飞数字化制造工程平台系统架构

3.1 基于全三维模型的设计制造一体化协同

通过厂所间点对点的金航网连接，使得厂所间的协同模式可以采用系统集成模式，既能实现厂所系统间全三维数据模型的即时传递，同时也能符合安全保密及业务约束的条件下实现厂所系统平台数据传递、流程对接、互访互查等服务。

图3 厂所一体化协同框架

1）通过流程驱动，自动将发布的数据有设计单位传递到制造单位PDM系统，并自动根据数据所属型号、类型等导入制造单位平台，根据数据状态展开工艺审查或数据厂内分发活动，并建立异常处理机制，对数据交互过程中的异常进行分类，协助准确定位、快速处理跨厂所异常；

2）通过跨系统将的自动数据发放接收，实现了厂所间基于全三维模型的协同，同时保证了全三维模型从设计到制造的连续传递；

3）通过跨系统间的流程激发机制，实现了跨厂所的数据的工艺签署；

4）通过跨系统间的流程激发机制，实现了跨厂所的设计/制造一体化更改管理，一方面保证了更改从设计到制造过程完整的闭环，同时保证了设计、制造更改流程的连续与数据的一致性；

5）构建了厂所间符合安全保密和业务约束的互信互访机制，实现了跨厂所业务数据对象的相互查询，提供了高效的紧密协同沟通渠道。

3.2基于装配过程的三维工艺管理

图4 三维工艺设计业务场景

1）基于工艺过程的MBOM顶层规划：在航空行业率先采用贴近生产的MBOM网络拓扑化管理模式，实现了MBOM的拓扑化管理。将整个工艺规划与生产制造过程中的工艺过程、零组件、材料、制造资源信息组成了多维度的MBOM信息网络，构建了全新的MBOM网络拓扑化管；

图5 面向制造过程的MBOM拓扑结构

2）消耗式分配管理：实现三维可视化环境下多级物料消耗过程管理，改变了传统自底向上的物料消耗统计模式，由事后补救的物料检查改为自顶向下的物料分配模式，可以做到消耗的过程控制和检查；

图6 消耗式分配管理界面

3）结构化工艺编制环境：提供工艺文件（AO、FO、热表工艺）、检验计划的结构化编制；三维数模、动画和二维简图辅助编辑；将多种工艺规划与仿真、工序模型及三维装配动画制作等工具及工艺管理环境进行整合，提供一体化的工艺规划、设计、管理及发布环境。充分利用三维模型的表现力和交互性，提供快速、高质量的的工艺设计能力。构建飞机制造环节的单一产品数据源。

图7 AO编辑环境界面

3.3 基于数字化工艺/制造执行系统的现场无纸化管理

图8 工艺现场无纸化更改方案

通过三维工艺系统与MES系统的无缝集成，实现基于R-I（引用-实例）模型实现现场实例管理，保证现场无纸化作业目标的成功达成:

1）在MES系统与PDM系统的集成环境建立过程中，PDM接收MES发送的生产指令，在进行现场派工的时候，将AO/FO进行现场实例化，PDM根据AO/FO信息实例出相应编号现场实例。

2）当生产现场执行的工艺实例需要进行变更的时候，基于R-I控制模型的实例更改原则，由MES冻结需更改的工艺文件/工序，同时通过WebService接口（instanceChange）向工艺系统发送实例更改请求，由工艺设计系统处理相关任务，工艺员在收到任务后进行现场更改操作，一方面保证了工艺设计人员设计/更改环境的一致性，同时保证了现场更改的可控。

3）MES系统接收实例数据，基于工艺指令文件可视化的要求，获取工艺文件数据；并按照现场要求基于示例的AO/FO重构工艺文件，在MES平台终端中展示；

3.4 基于BOM的设计制造一体化更改无缝传递

通过统一的厂所协同工程变更控制过程中的数据包管理，有效控制工程更改对象，在变更发生时，能数据创建者、零件分工车间等信息，向相关人员通过流程发送通知任务。用户接到任务后，根据情况将更改执行到工艺、制造环节，并将相关更改数据发送到制造执行端，并要求制造执行端反馈执行结果，通过这种流程与数据相结合的方式驱动设计、工艺、制造一体化更改的执行与监控。

图9 基于BOM的设计制造一体化更改业务场景

四、数字化工程制造平台应用成果

1）建立了厂所间完整的流程协同机制，满足了厂所间的业务流程协同，实现产品设计／制造信息的数字量传递和资源共享，深化并行工程技术的应用，打破了长期以来飞机研制中设计与制造分立的局面，通过厂所间紧密系统，在某型飞机研制过程中，将设计发图周期从原来的6个月缩短到1个月。

2）通过三维工艺系统的应用，使无纸化装配制造方案得以实现，在国内航空制造业，首次实现了某型号研制的无纸化装配应用试点，取消了原有的工艺文档打印、领用、发放环节，缩减了纸张打印、管理的成本，将原来的AO/FO发放周期从平均3-5天缩短到不到1分钟。

五、成飞数字化工程制造平台未来建设目标

未来成飞希望一方面立足于现状，通过减少设计、制造中间环境，进一步加强设计、制造协同效率，另一方面，通过研究实现基于数字量连续传递的设计、制造协同新模式，进一步打造构建基于智能制造的航空产品制造模式。

5.1 减少设计、制造中间环节

当前，协同平台管理模式仍然是接收上游设计院所的EBOM，成飞再基于EBOM构建PBOM，进行相关工艺路线规划及工艺准备，后续成飞希望能够取消PBOM管理环节，实现直接从EBOM到MBOM业务新模式，进一步建设设计制造协同的中间环节，加快设计制造一体化协同进程。

5.2 基于数字量连续传递的设计、制造协同新模式

随着航空市场竞争的不断加强、型号研制的任务与复杂度的不断提升，中航工业成飞需要在复杂环境中不断进行改革创新和提质增效。成飞一直在努力寻求三维模型的全生命周期管理，实现数字量的有效连续传递，从而有效降低飞机制造的复杂性，通过基于全三维模型的制造工程新型业务流程、工作模式、协作方式，以及制造数据集和技术状态的组织及管理新方式，为未来数字成飞建设奠定坚实基础。