導讀：飛機研發過程的需求可追溯，建立一個以技術數據為中心的工程數據管理系統，實現機、電、軟的協同設計，是飛機構型的重要的數據管理基礎。

作者：李建軍：西門子工業軟件（上海）有限公司 ? PLM資深顧問

　　【英文條目】Engineering Data Management

　　【中文條目】飛機研發過程的需求可追溯，建立一個以技術數據為中心的工程數據管理系統，實現機、電、軟的協同設計，是飛機構型的重要的數據管理基礎。

　　總體先行是飛機研制的基本原則。飛機型號系統總體設計貫穿研制工作的全過程，是型號研制成敗的關鍵，總體設計基于技術指標以及使用要求為主要內容的研制任務書基礎上，通過系統分析研究，完成總體方案設計、系統分解、接口定義、系統集成、系統仿真、系統試驗和系統鑒定。總體設計與管理具有明顯的系統工程方法的管理特點，要求綜合多方面的專業知識、在工程的各個研制階段中，進行反復迭代式的系統分解與綜合分析，以求得總體性能最佳的決策。

　　需求管理是飛機設計和管理的根本目的，是飛機設計單位和飛行試驗相關人員之間溝通的主要途徑。需求管理的根本目的就是要把需求工程化，讓需求去指導產品的工程開發。

　　從圖1我們可以看出，飛機系統是經過多層迭代進行設計完成的。在飛機系統的研制過程中，需求管理是飛機工程的管理主線，無論進行什么樣的活動，包括設計、仿真、驗證等等，其最終目的都是為了設計制造出滿足客戶需求的產品。

圖1：需求管理的管理主線作用

　　為了將復雜產品的需求管理過程變得簡單，并且可以追溯，將采用分層次的方法對系統進行分解，將飛機需求分為客戶需求層、飛機產品需求層、飛機系統需求層、飛機零件需求層來進行管理，而每層的需求管理過程是相似的，需求管理就是要在產品的每一層完成需求捕獲、需求分析、需求確認、需求分配、需求驗證這樣一個循環過程。

　　在采用信息化管理系統的情況下，可以針對飛機的研制模式建立需求模型，并用樹狀結構的建立來完成對需求模型的管理。樹狀模型是建立在分層的基礎上，根據飛機產品研制的特點，需求模型可以分為四層：

　　第一層：客戶需求模型

　　第二層：飛機產品需求模型

　　第三層：系統需求模型

　　第四層：設備零件需求模型

圖2：需求管理層次劃分

　　由于我們把需求的條目用模型化的方式進行管理，因此在不同的階段對需求的屬性進行完善，從而進行成熟度定義，就可以有效地對需求的內容和屬性的完整程度進行管理。這樣可以把相對模糊的需求定義用一種定量化的屬性指標的完成來進行管理。

　　隨著系統建模標準的發展，對基于模型的系統工程開始產生重大影響。對象管理集團的系統建模語言：SysML，作為一種通用的、用于特定設計、分析和驗證復雜系統的圖形化建模語言，已被廣泛實施在MBSE支持工具。模型與數據交換已推進MBSE實踐在不同建模領域實現了一體化，包括飛機系統建模領域。

圖3：復雜產品的MBSE數據管理模型

　　通常情況下，飛機技術設計與產品分解結構建立對應關系，下圖是典型的飛機分解結構示意。

圖4：產品分解結構

　　隨著三維數字化設計技術在制造業的廣泛應用，基于MBD的數字化設計與制造已經成為信息化的發展趨勢。MBD是產品數字化定義的先進方法，其核心內容是產品的幾何模型、所有相關的制造描述信息、屬性信息、管理信息等附著在產品的三維模型中，一般情況下不再有工程二維圖。MBD改變了傳統的由三維實體模型來描述幾何信息，而用二維工程圖紙來定義尺寸、公差和工藝信息的產品數字化定義方法。同時，MBD使三維數模作為生產制造過程中的唯一依據，改變了傳統以工程圖紙為主，以三維實體模型為輔的制造方法。

　　目前MBD已經相對成熟。美國制造工程師協會與2003年發布了“數字化產品定義數據實踐 ASME Y14.42-2003”，為采用MBD方法的產品研制提供了參考依據。業界主要的CAD系統，包括SIEMENS NX對ASME Y14.41標準都有全面支持。

　　國內航空行業（包括軍機和商用飛機）也逐步開始應用MBD進行產品的三維信息表達，強化并行設計與協同的理念，并將MBD模型作為制造的唯一依據。但是，僅僅是MBD還無法完全實現提高首次設計質量，減少制造交付時間、工程變更、產品缺陷等目標。而需要基于MBD在整個企業和供應鏈范圍內建立集成和協同環境，建立MBE（Model Based Enterprise，基于模型的企業）方法，在產品整個生命周期的各個環節中充分利用已有的MBD單一數據源開展工作，以便有效地縮短研制周期、改善生產現場環境、提高產品質量和生產效率。

　　Siemens PLM解決方案以具有PMI（Product Manufacturing Information，產品制造信息）三維標注的模型作為單一數據源，貫穿型號產品研發的各個環節和階段。目前，該技術已經成為了國外航空行業的普遍共識。基于Teamcenter、PMI和JT驅動的無圖紙研制流程，已證實可以實現系統設計、技術設計、工藝、制造、檢測、試驗、維護等高度集成，消除3D模型與2D圖紙之間的信息沖突，減少了創建、存儲和追蹤數據量，確保了產品設計意圖和信息的正確、快遞傳遞。

　　飛機設計過程涉及機械、電子、電氣、軟件等多種學科，Siemens PLM解決方案包括了對各個學科的協同化數據管理，具體包括：

（1）電氣/機械設計協同

　　通過Teamcenter與NX，以及電氣設計軟件的集成，可以實現電氣設計、機械設計的有機閉環，并能確保設計流程和數據的統一管理。電氣與機械設計團隊能夠協同進行電氣設計，用 Teamcenter集成電氣設計工具，來創建、管理和配置開發過程的所有邏輯、物理和BOM數據，定義建含有機械和電氣部件的完整準確的數字樣機。

圖5：電氣/機械協同設計流程

（2）電子/機械設計協同

　　對飛機制造商來說，在機電一體化產品中集成機械、電子和電氣組件至關重要。這些制造商所面臨的挑戰是將其開發過程轉變為支持跨不同部門協同的并行設計和系統工程方法。電氣設計師、機械設計師和控制系統設計師之間的實時信息共享對于在預算范圍內按時交付高質量創新產品來說非常重要。

　　Teamcenter提供對業界領先ECAD系統的集成，從Mentor、Cadence、Intercept到Altium，并且提供一個集成網關，使您能夠集成內部開發的工具或者從第三方購買的工具。可使用戶Teamcenter中，捕捉原理圖、PCB、物料清單（BOM）、制造和裝配數據，從而促進產品上市、降低開發成本。

圖6：機械電子設計協同過程

（3）軟件/硬件設計協同

　　通過使用PLM的軟件設計生命周期（ALM）解決方案，軟件開發人員在管理機械和電子設計信息的同一個產品知識來源中，管理軟件需求和功能架構，管理軟件源代碼和目標代碼。

圖7：代碼管理框架

　　Teamcenter和ClearCase的集成接口支持從Teamcenter訪問ClearCase的數據，支持對ClearCase的view和VOB的查詢、支持訪問和更新ClearCase的文件和目錄、打開ClearCase的view并瀏覽其內容，以及ClearCase的代碼通過集成接口發布到Teamcenter后，其可以提交進入流程等。

　　嵌入式軟件管理（ESM）模塊把軟件部件作為產品定義和配置過程中的一個“零件”來跟蹤和管理，可以創建并管理一個產品的各個電子控制單元（ECU）、ECU與ECU、ECU與軟件以及軟件與軟件組件之間的依賴關系，管理任何ECU通信結構的信號和消息，同時可把服務問題追溯到產品的ECU、二進制軟件和源代碼，促進了跨產品生命周期各階段的變更管理、問題報告和發布追蹤。

圖8：嵌入式軟件管理框架

　　航空產品結構復雜，零部件數量巨大，這對工程數據的管理提出了嚴格的要求。PLM中的工程數據管理為飛機設計過程的數據和在線協同設計，提供了有效的保障手段，作為構型管理的數據基礎。