欧洲空客飞机构型控制与更改技术研究

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1、 - 1 - 欧洲空客飞机构型控制与更改技术研究欧洲空客飞机构型控制与更改技术研究1 邹冀华 1，范玉青2，蒋建军2 1北京航空航天大学飞行器制造工程系（100083） email:jihua.163 摘摘 要：要： 良好的构型控制与更改管理使飞机生产商和开发者们能够处理飞机制造过程中的各 种变化，因而成为复杂的飞机设计制造过程中，技术管理工作的最重要部分。通过对欧洲空 中客车公司在这方面的先进理念和技术的研究，阐述了空客构型控制与更改中的相关概念、 控制管理和更改过程的实现， 简要介绍其产品数据管理系统， 使之对我国新型飞机的研制生 产发挥一定的指导作用。 关键词：关键词：构型、定义文件、功

2、能标识号、技术解决方案、定义汇总表、构型管理、构型更改 空中客车工业公司（Airbus Industries）是法、德、英和西班牙4个国家为了打破美国波 音飞机公司在世界大型客机市场上的垄断，于1970年12月联合组建的，30年多来，在4个国 家政府的大力支持下，该公司已先后研制出了12种大型客机，累计销售各型客机2500余架， 成为仅次于波音公司的世界第二大民用飞机制造商。 为了顺应世界航空市场的瞬息变化， 满 足客户的不同需求， 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技术。 理解和掌握空中客车飞机构型控制与更改技术的基 本原理和构

3、型管理方法，对我们发展优质、准时、低成本的飞机制造和转包生产，实现飞机 项目的客户化交付，具有重要的现实意义。同时，空中客车飞机先进的构型控制技术对我国 的大型客机、新支线飞机乃至军机的开发研制也具有一定的学习和借鉴作用。 构型管理使飞机生产商和开发者们能够处理各种变化。 构型管理有三个基本功能： 第一， 是确定构型的各个项目；第二，通过正规步骤管理构型更改；第三，就是记录各版本的各更 改项及其附属物的各种状态信息。 1空客飞机的相关产品定义 1空客飞机的相关产品定义 构型（configuration）是一设计概念，是在某一确定的时间，由相关文件所描述的某一 产品的构成状态， 是设计部门确定的

4、某个产品的特定标识， 它可标识零件、 小组件、 大组件、 部件乃至整架飞机。在空客项目中，飞机的构型是通过定义文件（Definition Dossier）来描 述的。所谓定义文件，指的是确定飞机或产品构型的一套文件和资料，包括图纸集、技术标 准和规范以及取证要求等。 定义文件是一套文件和数据的集合，它使用图纸集（drawing set） 、技术标准和规范 （specifications）来定义一架飞机或一个产品的技术参数（configuration） ，并考虑到对检验 认证的需要。定义文件的制定过程包括四步：制定临时文件对文件进行检验、生效试用 在生产中运用修改、完善、规范化，形成正式文件。在

5、这个过程中，要涉及到设计 部门、生产部门、质量部门、产品支持部门等所有部门的共同努力，制定出一套完整的系统 的参考文件，即定义文件，如图 1 所示。 1 本课题得到高等学校博士学科点专项基金（20020006012）资助 - 2 - 临时文件 检验与生效 用于生产 规范化 设计部门 质量部门 产品支持部门 技术清单 生产部门 定义文件 系统参考文件 图 1 定义文件定制过程 在空客飞机的定义文件中，其主要部分“图纸集”包括以下三部分内容： 图纸页（Drawing Sheet） ，用来描绘零组件的几何形状、尺寸、装配关系、公差、制 造要求等。 清单列表，在波音公司中，原来使用的是其自行开发的自动

6、零件表 APL（Automatic Part List） ；而在空客公司中则称为细目表（Schedule） ，包含了零组件的有效性、数量、材 料、重量、表面处理等信息。 ECN（工程更改通知单/Engineering Change Note） ，描述本版次发放的图纸和细目表 相对于前一版次发放的图纸和细目表的差异（更改内容） 。ECN 不能单独发放，它的发放必 须伴之以图纸（包括新图）的发放、更改和取消。 在空客项目中，把按照实际生产分解的飞机每个大部件称为结构组件（Constituent Assembly / CA） ，也就是一个模块。CA 的分解必须由设计、生产、质量等部门共同决定， 并保

7、证这种工业生产的分工更改不会影响到飞机的构成。一架飞机由若干的 CA 组成，且每 个 CA 只能有一个。若某几个组件具有相同的定义，必须用不同的 CA 号来标识他们，相当 于用不同的模块号来标识一样。而飞机本身就是这些 CA 的集合，也就构成了一个最终的 CA。 在飞机的设计阶段， 为了更方便地描述飞机的结构， 空客设计部门将飞机上的构件按其 功能分解成许多功能不同的模块， 并将这些模块编号， 这些编号叫做功能标识号 （Functional Identifier / FI） ，不论从一个型号到另一个型号所采取的技术措施怎样，一个功能只能用一个 恒定的代码标识，这就是功能标识号。飞机上的任一构件

8、，都可能存在着多种安装方案，可 以有多种可解决的技术方案， 将这些方案也统一编号， 称为技术解决方案 （Technical Solution / TS） 。CA 本身包含有一系列的功能标识技术解决方案，而这些功能标识技术解决方案则确 定了 CA 的构型。由于一架飞机由若干的 CA 组成，因而只要确定了每个 CA 的构型，则可 确定整架飞机的构型，因此，CA 是构型管理的基本单元。 定义汇总表（Definition Summary Table / DST）是空客飞机构型管理的一类主要文件体 系，是定义文件中图纸集的主要信息集合。它除了使用与细目表相同的表格外，还含有改型 清单页。 当飞机的某部分

9、结构构型更改时， 这部分结构所对应的功能标识号中将增加新的技 术解决方案，该功能标识号所在的 DST 随之更改，同时更改下级受影响的图纸，而该 DST 以上的结构图纸则不受影响。 另外还需说明，与波音相类似，空客飞机生产也都是以单架次为单位组织生产的，所以 当有需要更改时，就将整个细目表的版次更新，并在最后附有说明（称为更改历史） ，便于 - 3 - 以后查找。在更改历史中包括以往更改的主要内容、版次等，主要记录的是在哪一版次对哪 张图纸或哪个零件表中哪几页进行了更改。 2构型的控制管理构型的控制管理 构型管理就是用一套持续的、程序化的、经济的方法对产品的状态进行全过程的控制， 从而使得制造出

10、来的产品符合定义文件所要求的构型。构型管理的目的是： ? 为工业过程的每一个阶段确定产品的完整的技术描述； ? 确保产品与技术描述的一致性； ? 在工业文件（包括定义文件、制造文件和检验文件）中对产品的技术描述的改进加 以控制； ? 识别和判断产品的制造状态和目标交付状态之间的偏离。 实际上， 构型管理的最终目的就是按照定义文件和合同文件的要求， 确定在这架飞机上 安装哪些零件和组件， 并确保生产出来的产品符合这些文件的规定的状态。 构型管理是通过 使用工业文件来实施的，工业文件是一套完整的文件体系，包括定义文件、制造文件、检查 文件等。因而构型管理涉及了工业过程的所有阶段，包括设计、制造、检

11、验和交付等。 构型管理的基础是改型和功能技术解决方案，这是因为一架飞机从设计阶段的新图发 放，到后来的构型更改，都是在改型通知单发放后才能进行的。由于飞机是由若干 CA 构成 的， 所以在 CA 的层次上进行构型管理， 使 CA 的装配操作符合其对应的功能技术解决方案， 然后将这些 CA 合在一起组成整机，这样可以减少构型管理的计算工作。实际上，CA 就是 在飞机的设计分工阶段因构型管理的需要而定义的，并成为了构型管理的基本单元。 构型管理的另一个依据是制造系列号（Manufacturing Serial Number，MSN） ，它是每架 飞机在其所属系列中的确定编号， 也在实施改型时用于确

12、定改型的首架飞机， 是制造商在进 行生产时对其所有生产的飞机按一定方式进行的编号， 例如按生产先后顺序的流水编号。 每 架飞机都有确定的制造系列号，也有确定的客户系列号。客户系列号与制造系列号类似，只 不过是由客户提出的，而不是由制造商定义。飞机的构型与技术解决方案（TS） 、MSN 的 关系，可以通过图 2 加以说明。 飞机飞机 A/C CA XCA YCA Z FI 2 FI 3 FI 1 TS TS TS TSTS TSTSTSTS 1.1 1.2 1.3 2.12.2 3.13.23.33.4 MSN 0001 MSN 0001 MSN 0002 图 2 构型与 TS、MSN 的关系

13、从图 2 中可以得出如下结论： 1 MSN = 一系列技术解决方案的总和。 - 4 - 而在 DST 的改型清单页中，每个技术解决方案都对应着各自有效的一系列改型 （Modification / MOD） ，即： 1 技术解决方案 = 适用的 MOD 的总和。 所以，一架飞机也就等于所有适用的 MOD 的总和。因而在 CA 的交付状态文件中，只 需列出所有适用的 MOD，就确定了该 CA 的状态。 一架飞机的构型由基本构型和特定选型组成，它形成了客户选型。客户在选型、生成飞 机构型时， 首先根据客户需求从飞机构型库中挑选所提供的飞机产品选项， 生成客户基本选 型；然后客户根据自己特殊需求对选中

14、的基本构型提出意见和建议，进行增加、修改、删除 等工作。但对于构型库中没有的选型，即客户特定的选型或者新设计的选型，则需要新建一 个选型存入选型库中， 并对与之相应的模块和零部件进行新设计， 将最终结果加入构型库中， 使构型库中的内容不断丰富， 如图 3 所示。 这样做的好处是很容易就生成了一架飞机的特定 构型， 其中只是对新选型所对应的模块和零部件进行了重新设计， 其它的都采用原来的设计， 从而大大解决了重复性设计的过程。 构 型 库 基本构型 特殊选型 客 户 提出修改意见 提出新构型 客户选型 图 3 飞机选型过程 知道了构型管理的基本原理， 我们就可以进行构型的推算了。 由于飞机是由

15、CA 组成的， CA 又是由功能标识号 FI 组成，而 FI 中又包含有若干的技术解决方案 TS，所以在进行构型 计算时，应先推算出每个 FI 中的适用的 TS，继而可以得出每个 CA 的构型，最后就可确定 整架飞机的构型。具体来说，要想得到某 CA 在各架次飞机中的构型情况，首先根据飞机分 配表（AAT）中各架次飞机的 MSN 号确定各自的标准构型和特定构型。然后根据此 CA 对 应的 FI，找出涉及此 FI 的所有 MOD，并在改型通知单中可以得知每项 MOD 的生效架次 （MSN） 。最后在 DST 改型清单页中得到此 FI 下所包含的各 TS 与各项 MOD 的关系。据此 就可以推算出

16、各架次飞机（MSN）中该 CA 所采用的构型（TS） 。如图 4 所示。 - 5 - MSN 001 CA 002 003 FI TS1 TS2 TS3 MOD2004 MOD2003 MOD2002 MOD2001 MOD2000 CA 确定 多对多关系 CA 最终目标 图 4 构型确定的推算原理图 3构型更改程序构型更改程序 在飞机的设计制造过程中， 随着技术的进步和不同客户的多样性选择要求， 通常需要对 飞机进行不断的改进，这种改进称为构型更改或改型。新的改进的产生来源于更改需求。对 更改需求的处理就称作更改管理， 它属于构型管理的一部分。 空客公司制定有一套严格的构 型更改程序， 以对飞机的改型进行有效的管理。 空客公司的改型系统的监控是从客户对飞机 的需求（更改要求）到飞机的设计、制造和符合性证明、交付的全过程，因而实现了对产品 构型的管理，相当于实现了产品全生命周期管理（PLM） 。空客公司飞机改型过程大体可以 分为改型提出、改型调查、设计更改和改型实施四个阶段。 3.1 改型的提出改型的提出 改型可