PLM在航空发动机制造企业的实施研究

航空发动机的设计和制造是一项非常复杂的工程，涉及大量的信息系统。将plm技术引入到航空发动机的生产，对于改进现有工艺和流程并全面提高制造水平具有重要意义。本文以黎明公司为例，从设计/制造协同、工艺管理、工作流程、标准化和集成等方面分析了航空发动机制造企业实施plm的对策。

cad/cam等新技术的应用在促进生产力发展的同时也带来了新的挑战。对于计算机应用比较普遍的航空发动机企业而言，虽然各单元的计算机辅助技术已经日益成熟，但一般都自成体系，彼此之间缺少有效的信息共享和利用，即形成所谓的"信息孤岛"。产品数据管理（product data management，pdm）就是在这一背景下应运而生的一项新的管理思想和技术。pdm是一门用来管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置文档、cad文件、结构、权限信息等）和所有与产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术。在pdm的基础上，近年来发展出一套新的技术--产品全生命周期管理（product lifecycle management，plm），plm是对产品从用户需求、产品设计、制造装配、维护服务到报废回收等整个生命周期所涉及的产品、过程、资源进行管理的技术，如果说pdm集中在产品设计阶段，而plm则大大扩展了pdm的范围。

一、航空发动机企业的信息化现状

航空发动机的设计和制造是一项非常复杂的工程，它由多团队、多领域、多厂所共同参与。涉及大量的信息系统，并且需要在严格的流程管理控制下实现这些信息系统之间的交互和协作，以支持并行的、协同的发动机设计和制造。

航空发动机产品零件结构复杂，零部件数量庞大，加工精度高，设计制造周期长，涉及的工艺方法繁多，生产线长，而且零件设计的标准化程度低，专用件达90%以上。

在信息化建设方面，航空发动机制造企业的显著特点表现在如下方面：

（1）软件环境不统一，多种平台共存。国内的很多航空发动机企业在其信息化的进程中，引进和研发了各种cad/capp/cam/erp软件系统，以黎明公司为例，仅cad系统就有ug、autocad、caxa等多种软件的多套版本存在。

（2）设计和制造分离。国内的航空发动机企业设计和制造自成体系，分别使用不同的数据库，使得数据源很难保证唯一。

（3）数据量庞大。航空发动机企业在几十年的发展过程中，产生了大量的数据，而且随着新型号的不断增加，以及计算机的大量使用，数据量还会呈几何级数增加。

（4）标准化、通用化程度低。仍以黎明公司为例，仅各种工艺表格就有200多种，给工艺人员的工作带来很多不便。

二、航空发动机制造企业实施plm的意义和重要性

航空发动机制造企业实施plm的意义和重要性主要体现在如下方面：

（1）改善管理手段。实施plm可以将分布于各个部门的纸介质图样和技术文档转化为数字化信息。

（2）提高产品制造质量，最大限度消除人为因素的影响。采用统一的plm管理模式，将工艺信息、制造资源与产品设计数据建立在同一个数据库中，可以由系统来保证数据的一致性和正确性。

（3）优化流程，降低成本。产品数据的网上接收和发放，可以省去大量取图、发图和登记造册的时间，大大减少档案管理人员的工作。

（4）提高工作效率和劳动生产率。采用协同设计/制造技术，可以提高产品数据发放/接收和更改的效率；采用数字化制造信息管理和企业各部门之间的协同作业技术，可以改进工艺设计方式和资源的再利用方式，提高员工劳动生产率。

（5）缩短生产制造周期。采用并行工作的工作方式比起串行工作方式要节省数倍时间，而且网上电子审签以及在系统中进行加工仿真都会大大节约时间。

因此，将plm技术引入航空发动机的研制和生产过程中，对于改进现有技术和管理流程，进而全面提升航空发动机的整体制造水平具有重要的意义。本文将以黎明公司为例来研究plm的实施策略。

三、航空发动机制造企业实施plm的策略

信息时代的航空发动机制造企业将是一个全面集成的数字化企业，它不仅要为用户提供满足其当前需要的产品，而且要实现对产品全生命周期（从用户需求、产品设计、制造装配、维护服务到报废回收）的管理和服务。现代航空发动机企业实施plm是一种必然的选择。plm的实施决不是一蹴而就的，必须制定有效的策略，分阶段有计划的实行。在现阶段，实施从需求分析到报废的全生命管理，还非常困难。能够实现设计过程、工艺过程、制造装配过程的plm，就是一个飞跃。

1.加强企业标准化建设

标准化是信息化的基础，国内的航空发动机企业标准化程度极低，专用件达90%以上（一个好的产品设计，标准件、通用件应在80%以上，专用件应低于20%）非常不利于制造过程效率的提高，在这种不利的条件下，加强标准化，应着力做好如下几方面的工作：

（1）建立一套统一的编码体系，应该在整个企业的所有应用领域采用统一的分类编码方法。

（2）建立数字化设计/制造标准体系，根据企业实际情况，编制有关数字化流程的标准，用以指导工作和规范过程，用标准化来带动信息化。

（3）建立各种基础数据库，如各种标准件库、工艺术语库、工艺装备库、切削机床库、工艺参数库等，以实现资源的共享和重复利用。

（4）实施模板化管理，按照企业标准建立标准模板，同时对现有的模板进行优化以达到减少模板数量的目的，提高通用化程度。

2.将plm作为企业全局信息的集成框架

所谓"集成框架"，即在异构、分布式计算机环境中能使企业内各类应用实现信息集成、功能集成和过程集成的软件系统。重点要实现下列两个方面的集成：

（1）plm与cad/capp/cam的集成

目前，企业的各个部门，使用不同的软件系统进行不同阶段的工作任务，cad/capp/cam的信息流需要在不同的软件系统之间传递，利用plm系统可以很好地解决这个问题。把与产品有关的信息统一管理起来，将信息按不同的用途分门别类地进行管理。cad、capp、cam之间无须直接交换信息，cad/capp/cam系统各自从plm系统中提取所需要的信息，再把结果放回plm系统中，从而真正实现cad/capp/cam的集成。

（2）plm与erp的集成

plm不仅向erp传递所需的产品信息，而且erp中生成的与产品有关的生产、维修等信息，也统一由plm系统来管理。通过集成二方面的信息，可以最大限度地共享企业全部信息系统。

plm系统和erp系统在功能、信息表示和技术实现等方面有很大的不同，然而随着企业对产品信息集成和过程集成的进一步要求，plm和erp系统都扩展了一部分对方系统的功能。plm和erp系统功能的各自扩展，使许多模块功能叠加，如bom、零件分类、零部件信息描述、组织管理、工作流管理等。

plm和erp系统在信息和功能上有许多重叠，plm和erp的集成成为实现企业信息化的必然。两个系统在技术实现上有许多相似之处，但两者毕竟是面向不同应用领域而开发的系统，它们在处理管理信息的类型和数据交换的格式上存在显著差别。

目前plm与erp系统集成存在的一些主要问题主要包括：

1）在集成的两个系统之间没有一个统一完备的信息描述，难以做到信息的完全共享。目前很多系统之间的集成仅仅只是通过数据文件来实现系统集成，只能共享有限的信息。

2）难以实现两个系统之间的过程集成。在串行工作环境中，信息流动是单向的，设计、制造过程中的信息不需要交流和反馈，而并行工程要求产品开发设计人员从一开始就考虑产品整个生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户，plm和erp的分别实施使设计和制造过程缺乏必要与及时的信息反馈。

3）系统集成之间信息的控制问题，即由谁来产生数据以及控制共同拥有的信息。

4）组织障碍，使用plm和erp系统的部门之间，较难接受对方的思想，人为因素阻碍了系统之间集成，这也是一个不容忽视的方面。

plm和erp系统的集成一般可以采用以下几种方案。

1）plm为主，erp为从。

2）plm和erp系统之间的信息双向传递。

3）erp为主，pdm为从。

第二种模式比较适合航空发动机制造企业。bom的产生、产品配置管理和文档管理由plm实现，erp系统增加生产管理信息和成本核算等，并将这些信息发布到plm系统完成产品信息的更新。双向传递的集成方式使设计人员和制造人员都工作在自己熟悉的信息平台上。

3.建立产品设计/制造协同平台

从产品设计到工艺规划到产品制造是一个密切相关的过程，我国航空发动机行业的特点是设计和制造由不同的部门来完成，而且各自有一套不同的管理方式和数据环境，为了保障过程的顺畅，实现全生命周期管理，建立产品设计/制造协同平台是完全必要和必需的。

建立设计/制造协同平台时，需要设计部门和制造部门共同协商确定产品数据内容和数据表示方式、协商确定各种工作流程；建立异地协同作业环境和操作规范及数据同步机制，同时需要明确数据传输格式和数据组织模型。图1是一种可行的数据组织模型。

4.建立制造工艺管理平台

制造工艺管理平台紧紧围绕着产品（products）、生产工艺流程（processes）、车间（plants）和制造资源（resources）四个方面进行信息处理自动化。制造工艺管理平台系统可以确保产品数据从设计定义到最终投放生产顺畅运行。建立制造工艺管理平台，需着力做好如下工作：

（1）制造资源管理

制造资源管理（manufacturing resource manager，mrm）是一个扩展的数据库功能，mrm可以管理各种不同类型的资源，例如，刀具、设备、夹具、典型工艺、工艺参数等，以供不同需要的调用。企业可以将所有制造过程中可以重用的资源分类及关键属性录入，建立统一的资源库，在需要查询调用资源时，可以按照多重属性进行限制，以提高精确度。这样，在编制加工工艺时，工艺人员可以及时、精确地在资源库中查找各项活动所需要的资源；在进行生产管理时，生产计划和管理人员可以方便地统计和核算产品制造所消耗和占用资源的成本、时间。

mrm可以通过对资源的有效管理达到减少投资成本的目的；统一的资源库可以减少在多数据库中搜索资源造成的信息浪费，提高工作效率，推动企业标准化进程。

（2）优化工艺过程，创建典型工艺

创建典型工艺，应用典型工艺设计模板，将会极大地提高工艺设计的工作效率、提高企业的工艺文件标准化程度。发动机制造企业的工艺过程，相比其他行业有其特殊性，比较复杂，新的工艺人员必须花很长时间才能熟悉工作。如果能够将典型的、通用的工艺过程，做成工艺模板，在编制工艺时，就可由典型工艺模板派生出新的加工工艺，不失为一种可行的办法。

需要注意的是，典型工艺放入资源库时应使用客户化的分类方式使用多关键参数查找功能，以便能够快速确定和引用最贴近的参考模板，很容易地从一个模板工艺生成新零件工艺文件。

5.采用电子审签流程

电子审批流程是用基于电子化的审批发放来取代过去手工的签字过程和技术通知，对各种对象（如文档、图纸、零件版本）提请审批，系统会根据预先的设定自动发送消息给指定的用户，对于像工艺性审查这种在多部门共同完成的工作可以同时分头进行，以实现并行的目的。采用电子审签，改变过去人工跑来跑去的方式，可以节约人力和时间；采用并行的工作方式，省去串行的等待时间，可以大大提高效率。

黎明公司现有的技术工作管理流程是在传统的制造模式和手工管理方式下，经历了几十年逐渐发展起来的。有相当一部分并不适应信息化的要求，有必要对现有工作流程进行简化和优化，并创建流程模板放到plm系统中以实现电子化审批流程。

6.提高工装设计质量和效率

提高工装设计的效率和质量的可以从两个方面来实现：

(1)工装的关键特征与产品零部件具有相关性和一致性，利用wave几何连接的方式进行工装设计，一方面可以显著提高工装的设计速度和质量，另一方面也可以使得工装与零件保持一致性，在零件尺寸更改时，迅速生成新的工装3d模型。

(2)其二，同类零件的同类工装的结构具有相似性，而且经过多年的验证和积累，其结构已经定型或标准化。因此可以把工装按对应的零件种类和工装种类进行分类，建立参数化的典型结构模板，放入mrm资源库，在工装设计时直接调用。

7.适度的客户化开发

由于各个企业的具体情况不同，plm软件需要使用者在供应商的支持下或多或少地进行一些客户化的工作，使得客户化后的系统既保持面向数字化制造的体系结构的优势，又能满足工艺的使用需求，同时兼顾用户的使用习惯和应用基础。但同时也要意识到：客户化程度越高，后续的升级维护成本就越高。因此，客户化开发工作一定要保持一个合适的"度"，不能不做，也不能做得太"过"。

四、结束语

pdm技术在ge、rr、pw等世界著名的航空发动机制造企业有一些成功的实施经验，在国内的飞机制造企业也有一定的效果。而plm作为在此基础上发展起来的一项新技术即便在国际上，也鲜有成功的经验可以借鉴。黎明公司作为在国内首家实施plm的航空发动机生产制造企业，需要企业的各个部门通力合作，采取切实可行的方案，将黎明公司乃至航空发动机行业的信息化水平提高到一个新的高度。