数字设计与制造的鼻祖项目DCAC-MRM

2019-07-16 10:53

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【中文条目】飞机构型定义、控制和制造资源管理

【英文条目】DCAC/MRM(Define and Control Airplane Configuration/Manufacturing Resource Management)

工业新概念解读

飞机构型定义、控制和制造资源管理DCAC/MRM项目,是波音公司从精简化(Simplification)、现代化(Modernization)和柔性化(Flexibility)三个方面彻底改造原有的技术和生产管理体系结构,建立基于PDM的全新计算机技术信息管理系统,支持飞机构型生成、工艺计划和制造资源管理几大部分内容进行集成、彼此协调并统一管理。

一、什么是DCAC/MRM项目(What)

这个项目诞生在1994年,预期结束时间为五年,然而实际时间却用了十年。通过这个项目,波音在数字化设计与制造,大大提升了一个台阶。随后空客也不得不跟进。这个项目所确立的原则,成为后来制造业的标杆实践。

通过DCAC/MRM项目,波音公司期冀达到飞机研制周期缩短50%、出现问题减少一半、成本降低25%以及较大地提高客户满意程度的目的。

在二十世纪九十年代早期,针对计算机技术引起的信息爆炸,和手工处理着大量的纸质文件来控制产品数字化信息的严重不协调状况,波音决定实施一系列具有突破性的飞机制造战略性计划。它提出了三大突破性技术措施:造/买决策、精益生产和DCAC/MRM,其中造/买决策实际上就是大协作生产组织模式,其中包括国际间协作。精益生产是一整套旨在消除公司内部制造过程和支持服务过程中的一切浪费和无用(非增值)环节的原理和策略。而DCAC/MRM项目,则是波音公司在设计中推进产品三维数字化建模(实体模型)和在生产组织管理中贯穿并行工程。

DCAC/MRM项目于1994年由波音商用飞机公司(BCAG)的总裁吴达德提出,预计花费十亿美元,用十年时间对其全部机种完全实施该计划。

DCAC/MRM按照自顶向下的需求、自底向上的执行原则进行整个计划的实施,即先从最基础的材料支持厂到基本零部件制造厂,再到单元装配件供应商至最终的飞机产品的顺序进行实施,其间经历5个版本,即0.5、1.0、A1、A2和B版本,第一期项目结束于2001年,历时7年,同年转入第二期,历时5年。其中波音757从2002年1月2日开始实施,其他机型则分别从2002年12月到2003年3月开始实施。

DCAC/MRM与产品三维数字建模、数字产品的并行定义(并行工程)一起相辅相成、彼此促进,并称为波音公司推动数字化技术在飞机制造中应用的三部曲,也代表着当时世界航空制造业的发展方向。

二、为什么要实施DCAC/MRM项目(Why)

在上世纪末(90年代),波音公司面临着巨大的挑战:一方面航空公司强烈要求制造出飞行更快、性能更好和价格更便宜(faster-better-cheaper)的飞机,并且要求大幅度地缩短飞机交付期。另一方面来自同行之间的竞争压力,如空中客车公司的崛起,威胁到波音公司在民机领域的领先地位。军机领域波音公司与洛克希德·马丁公司为争夺JSF(Joint Strike Fighter)的制造权进行着激烈的竞争。同时波音公司也逐步发现企业内部在技术和管理上存在着严重问题,难以维持波音目前在飞机工业中的地位,从而迫使波音公司改革。

一方面是全球化快速发展带来的问题。20世纪末飞机制造业已经成为跨公司、跨地区、跨国家的全球性行业,波音公司商用飞机的制造供应商分布在全世界60多个国家和地区。因此,一架完整的现代化飞机的制造工作需要一个高度统一、集成的技术管理系统来保障,在当时,不仅波音公司,世界各飞机制造公司还都没有这样一个完整的信息化(计算机)集成系统。

而飞机特殊研制要求带来的复杂制造问题,也在折磨着飞机制造商。

现代飞机不仅其外形具有严格气动要求,而且设计更改频繁,产品构型众多,材料和形状各异,零组件数量巨大。同时,飞机不同于一般产品的按批次生产,它是按架次进行组织生产的,即每架飞机按客户需求制造,相互之间存在着较大差异。所有这些都给飞机的制造工作及技术信息管理带来了很大的困难。

还有一个问题是,现有落后信息系统带来的数据孤岛。20世纪末波音公司应用的计算机信息系统大多始建于20世纪70年代,受限于当时技术条件,这类系统都是各自独立设计的,所用软硬件环境也不统一,导致各分系统信息结构也不相同,而且分系统数量众多,过于分散。如波音商用飞机公司(BCAG)的分系统就达800多个,且分系统难以集成,导致产品的数据和信息流动不畅。

这其实也是一个工业软件支撑能力的问题。数字化设计、跨地域制造等新业务模式的出现,导致当时大多数工业软件满足不了复杂飞机的三维建模和分布式制造的管理需求。如数字化定义(CAD)不能支持完全三维设计中数字模型过于庞大的问题。产品数据管理(PDM)和企业资源计划(ERP)更是无法适应分布式飞机制造和管理模式。

面对上述问题,波音商用飞机公司提出DCAC/MRM项目,将精益思想贯彻到飞机产品的设计与生产中,对各部门的每一步工作过程进行精益化分析、评估与优化重组,彻底改造原有的技术和生产管理的体系结构,建立全新的计算机技术信息管理系统,组织和管理整个波音公司大范围联网和分布式数据库的、跨地域的飞机设计构型、工艺计划、生产制造和服务支持的全过程。在达到降低成本和缩短生产周期的目标基础上,成功实现整个波音公司的业务改造。

三、如何实施DCAC/MRM项目(How)

整个DCAC/MRM项目系统由五大部分组成:商业需求、产品定义、飞机生产、产品支持和商业资源。其根本目的就是以单源产品数据库为基础,以精简作业流(Tailored Business Streams,TBS) 为主线,重新考虑并从根本上精简与飞机构型定义和生产相关的全部过程。

数字设计与制造的鼻祖项目DCAC/MRM

图1:四大关键要素图

涉及精简作业流(TBS)、简化构型管理(Simplified Configuration Management,SCM)、单一产品数据源(Single Source of Product Data,SSPD)和改进物料管理(Tailored Materials Management,TMM)四个关键要素和国际上四个大型商品化软件(Commercial Off-The-Shelf Software,COTS)。

1、精简作业流

在波音公司原有作业系统中,即使每一架飞机间大部分零部件是相同的,仍然需要重新编号,导致大部分重复性工作未解决重复使用的问题,因此提出了作业分流的想法。把大部分零部件划作精简作业流TBS1,在这一作业流中将基本和稳定的零部件与人员、工艺过程和相关工艺装备有机地组织在一起,无需任何更改,直接组织和安排生产。精简作业流TBS2则是针对根据用户选型确定的、无需作设计更改、可直接投入生产线零部件,一般可由承制商供货。而把由客户选型唯一确定的,需要重新进行工程设计、工艺计划和生产制造等一系列工作的零部件归为精简作业流TBS3。从而解决了大部分产品定义数据的重用性,实现了波音公司工作组织方式的根本性调整。

2、简化构型管理

简化构型管理以选项、模块和零部件为构型管理的核心要素,通过业务流程的重组,以零部件为中心,基于模块来控制飞机产品构型。所谓的模块化就是从系统的观点出发,根据市场和用户的需求,研究产品系统的构成形式,利用优化、分解和组合的方法,建立产品模块体系,通过模块之间的标准接口组合成不同产品的全过程,从而形成多样化产品,提高产品的标准化和客户定制水平。同时采用基于零件号的构型方法,在飞机零部件已模块化的基础上,由模块组成飞机构型表,表中定义了该架飞机有哪些零部件构成,零部件与模块相联系。从而不再需要对原有图纸重新标记有效性,大幅度地降低了重复性工作和出错率。

3、单一产品数据源

SSPD是波音公司在采用精简作业流和模块化组织方式后,使用四个商品化大软件Trilogy公司的产品构型软件BUILDER、Baan公司的制造资源管理软件Baan Ⅳ(该软件后来几经转手,现在成为Oracle的资产)、CIMLINC公司的计算机辅助工艺设计软件Lingkage、SDRC公司的产品数据管理软件Metaphase(后来被UG收购,现在属于西门子软件的TeamCenter)代替过去800多个应用系统,支持提取满足工程设计、生产过程、制造装配、备件预测和最后安装在飞机上的、不同视图(Views)的产品数据能力,满足企业从客户选型直至交付飞机和服务支持等各方面对数据需要。通过建立单一产品数据源(SSPD),不仅管理整个飞机的构型工作,而且实现庞大的 DCAC/MRM 计划的系统结构及其软件功能,用来支持整个波音公司分布在72个不同场所的45000名雇员在40000台各种工作站上进行工作。

4、简化物料管理

波音公司过去是使用一个复杂系统来处理所有物料的复杂性和可变性。而现在仅需采用与三个精简作业流相匹配的物料管理方法,产品的大部分物料通过TBS1和TBS2系统处理,这两个系统因基本没有变化导致物料管理都相对简单。而仅少量的新设计零部件通过TBS3作业流,尽管此过程物料管理系统复杂些,但它们的数量较少,所以从整体上看,物料管理系统复杂性大幅度地简化,便于实施适时生产技术。在精益生产原理的驱动下,简化物料管理(TMM)为公司提供了有力的工具,便于建立完整的制造模型,简化制造资料管理,便于集中对过程的改进,直至简化飞机的装配和安装工作。

四、DCAC/MRM项目的意义

波音公司庞大的DCAC/MRM项目在当时是有史以来最大的有关计算机技术信息系统的实施项目,其后,欧洲空中客车公司、英国罗罗公司、美国洛克希德马丁公司先后开展了信息化系统改造工作,其中,由法国宇航公司、德国戴姆勒·克莱斯勒宇航公司、英国宇航公司和西班牙CASA组成的新的空中客车公司,组建了空中客车并行工程(Airbus Concur-rent Engineering,ACE)领导小组,提出了空中客车技术信息系统(Airbus Technical Information System,ATIS),开始解决如何使产品设计、制造、工程分析的CAD/CAM/CAE软件集成,如何管理合作者之间的产品数据和公司在世界范围内的供应链等一系列严重问题。

在DCAC/MRM项目的带动下,全球制造业强国都开始加强信息化在制造业领域的大规模应用,新一轮信息技术对工业设计、工业自动化产业以及工业过程控制等生产性服务业的带动作用由此拉开了序幕。因此,DCAC/MRM项目关系到的不仅是波音公司单个企业,其影响更是波及到世界飞机制造业和其它高技术产业。

小结

波音这个惊心动魄的数字设计与制造的改造,整整经历了两期十二年的时间,大大出乎初期决策者的预料。这中间最大的困难,不在于技术的困难,而是它引起的组织上的变化和思想上的冲击。随着当下中国智能制造轰轰烈烈地推动,再回头看一下这个二十多年前所启动的项目,仍然具有非常大的参考价值。

作者:范玉青 陶剑

  作者简介

  范玉青:北京航空航天大学教授,博导

  陶 剑 :金航数码科技有限责任公司副总工程师,博士,研究员


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