0 引言
飞机产品有上百万个零部件，这些零部件在设计、制造和使用过程中更改频繁，造成飞机产品的数据管理极其复杂。设计与制造中飞机的构型数据变更对型号、设计方案、工艺和加工有重大影响，在使用过程中主要是结构与版本的变化。飞机在服役的30年内，其零部件更替十分频繁，每隔一段时间会产生一个新的飞机结构版本，将其反馈给设计所来管理飞机历史版本，可以辅助改进设计、研制新型号，提高飞机的实用性和可靠性，但也因此影响了飞机整体结构的变化。本文采用简化构型(configuration)的管理方法，用表示飞机结构、基本信息、使用寿命和变更历史的单机构型管理飞机使用过程的构型，同时结合构型追溯对飞机构型进行有效性管理，从而及时跟踪和控制使用过程中的飞机构型更改，使构型变化时刻处于受控状态。
1 构型管理简介
构型是构型项在其研制过程中正式规定的、在产品使用过程中体现客户要求的功能特性和物理特性的完整表示。简言之，是反映客户对产品各种需求的产品结构表示。构型管理也称配置管理或技术状态管理，不同领域采用不同的名称，配置管理一般应用在普通的民用产品领域，如汽车、计算机、软件等领域；技术状态管理和构型管理一般应用于航天和航空领域。其中：技术状态管理是我国在军备方面一直采用的概念；构型管理则是当前飞机制造领域普遍采用的概念，其在管理的范围、功能和内涵上均有扩展。
飞机构型分为机型构型和单机构型，机型构型定义了飞机型号系列的产品配置，单机构型是每架飞机的实际物理组成。在生产阶段，生产厂家按机型构型的配置要求生产飞机，在总装阶段明确每架飞机的具体安装件，初始化单机构型。单机构型是机型构型的实例，单机构型之间的差异通过构型配置的有效性来区分，如图1所示。
图1 机型构型与单机构型的关系
飞机在服役阶段需要执行一系列维修保障业务，如大修、定期维修、排故维修和技术更改等，这些业务导致飞机单机构型发生更改，改变了飞机与机件的有效配置关系。因此，使用过程中的单机构型管理极为必要。
飞机使用过程中的构型管理是一种面向产品全生命周期，以产品结构为组织方式，将各阶段产品数据关联起来并对其进行管理和控制，进而保证产品数据一致性、有效性和可追溯性的管理技术。因此，构型管理的关键在于对更改的跟踪和控制，并将构型管理、业务变更、时间管理等各方面组成一个有机结合的统一整体；换言之，构型管理的实质是及时跟踪和控制更改，使构型项的变化时刻处于受控状态。在使用过程中，飞机构型受到一系列维修保障任务影响，例如：由定期检修、排故而进行的换件，来自制造厂商的技术更改而执行的硬件更改和软件升级，飞机和装机件使用寿命到达翻修期限而进行的翻修，以及地面测试或备件不足而引起的串件，使得飞机构型处于不断变化中，飞机构型更改流程图如图2所示。
图2 构型更改流程图
构型管理的基本要素是构型项，它可以是一个或多个单元的硬件、软件或集合体；在简化构型管理体系中，构型项由选型项(selection)、可选项(option)和模块(module)组成，它们将直接反映客户定制产品的构型。与传统研制过程中的构型管理不同，飞机使用过程中构型管理关注的是对构型项的有效性的管理，具体体现为对构型项的安装时间、拆卸时间与相关业务的管理。单机构型管理的构型项包括单机、系统、部件、机件及其与维护相关的标准工卡/工卡组，其中机件在飞机使用过程中的更换最频繁、数据量最大，其管理难度也最大。以机件为主要对象不但简化了单机构型管理的难度，而且对部件备件库管理、维修资源配置也具有重大意义。
2 单机构型管理
飞机结构在不同应用需求下提供不同的视图（如图3），如研发设计视图、生产装配视图、使用维护视图等。本文主要关注飞机的使用维护结构，即使用维护阶段的装配飞机组成结构。与其他飞机构型相比，使用过程中的单机构型涵盖了飞机从设计到制造的基础数据以及从服役开始到报废整个阶段的使用数据，是飞机及其结构的全寿命周期数据管理，包括各构型项的安装、拆卸、串换件历史信息等。飞机全寿命周期在时间上以飞机出厂时的构型为起点，起到飞机报废为止。
图3 不同阶段的飞机结构视图
单机构型的核心问题是构型项的建立与维护，通常将构型项和模块以及模块以上的产品纵使对应，模块以下的产品零部件组织将不再定义模型项，从而简化单机构型的管理。本文对单机构型的有效性管理通过版本有效性和时间有效性同时定义。版本有效性通过对产品版本的跟踪和控制，来区别和记录产品在发展过程中的变更历史，定义的规则是最新版本有效，版本有效性主要应用于机载软件的更新历史管理。时间有效性是通过每次变更开始时间和结束时间的管理，来准确记录产品演变过程、保证历史可追溯，其规则是当前时间有效，可应用于构型项的变更历史管理。
单机构型的不断变化特性使信息存储存在一定难度，若以完整构型的形式存储信息，则不但会因数据量以倍数量级增长面难以管理，而且从整架飞机到下层的每一个零部件管理方式大大增加了单机构型的深度，即增加了构型控制的复杂度和难度，由此增大了后续环节的失误。同时，在飞机使用过程中，频繁拆装变更的是飞机的装机件，构型上的系统和部件较少发生变更。基于以上原因，本文以逐层调用的方式实现单机的构型管理，飞机数据的存储采用递归方式。飞机的机件数量和规模巨大，以美国波音747大型客机为例，该机型每架飞机的零件数量多达600万件（包括标准件）。本文所实现的系统将装机件以拆装记录的方式单独存储，从拆装记录与部件节点的对应关系获取，以减少单机构型记录表的数据量，同时将机件的变更历史与构型的结构树分享，使管理对句更加清晰明确。本文所实现的系统的数据库设计如图4所示。
图4 单机构型数据库设计
图4中，单机构型记录表以父节点、当前节点的关系实现自身的递归循环，用有效时间起、有效时间止完成构型节点有效性的判定。图中加粗方框标注的是单机构型和拆装记录数据表，该表以极其简单的数据结构存储了完整的单机构型各个构型项的基本信息和结构关系；双线方框标注的是飞机和机件数据表，该表记录了单机构型基本组成元素的详细信息；其余数据表记录了其他必要的构型项详细信息。至此构成了单机构型数据拆分存储以及频繁变更的装机件的拆装历史记录管理。应用本文方法实现的系统已在某飞机设计研究所进行实践，结果表明，这种数据存储和管理方式能够缩减数据表数量和视图数量，同时将该所原有的基础数据管理系统、外场数据管理系统、维修维护管理系统和备件管理系统的数据库导人本系统进行测试，能够满足数据的唯一性、一致性、完整性和可追溯性。
3 单机构型追溯
单机构型的管理已相当复杂，为保证飞机产品数据的完整性和前后一致性，并可反馈给飞机设计单位，作为改进飞机设计性能或飞机改型的重要依据，本文提供了构型的追溯方法，即将使用过程中飞机的全部信息都建立在单机构型中，通过后台代码逻辑使系统用时问有效性来判定安装记录中的某一装机件是否为某一时刻飞机的构型项，从而达到构型追溯的目的。
单机构型追溯建立在一种良好的构型管理方法基础上，难点在于获取飞机上所有在追溯时间点有效的构型项信息，前提条件为追溯的单机以及追溯的历史时间点。图5所示为单机构型追溯的设计流程图。
图5 单机构型追溯流程图
如图5所示，首先判定前提条件是否满足，即是否存在要追溯的单机，若存在则追溯开始；否则不存在该单机的构型信息，流程结束。另一前提条件是追溯的历史时间点，在具体查询单机构型数据表中的记录时，配合有效时间起、止才能追溯到当时的单机构型项。下面图解说明应用历史时间点追溯单机构型项的方法。
以图1中飞机JXX一2001的发动机31XO02和进气口320111机件为例说明。首先，发动机31XO02和进气口320111安装在飞机JXX一2001上，正常服役一段时间后，在t1时刻发生故障，拆卸发动机进行原件拆修；经过一段时间达到可用状态后，在t2时刻重新安装回飞机JXX-20Ol；t3时刻与飞机JXX一2002的进气口进行串件试验；t4时刻发动机31X002出现异常，但由于任务紧急，需要与飞机JXX-2002上的发动机31XO22串件以保证完成任务；t5时刻串件试验结束，进气口串件恢复；t6时刻对进气口320111进行拆卸检修；t7时刻发动机串件恢复，安装到飞机JXX一2001上；t8时刻进气口320111检修完毕，安装到飞机JXX一2001；t9时刻飞机进行大修，拆卸发动机和进气口。
同理，将机件拆装记录数据表中的所有数据按照时间和事件描述的内容，在时间轴上依次排列(起点是单机构型创建的有效时间起)，此处的数据必须是安装飞机为JXX-2001的记录。假设单机构型的追溯历史时间点为T时刻(如图6中的竖线)，所截取的时间轴上的机件构型项为进气口320121和发动机31X002，其他构型项的获取方法类似，则可获得JXX一2001飞机在历史时间点T 时刻的所有构型项。
单机构型中，飞机结构的层级关系通过父子节点体现，且父节点与子节点是一对多的关系，即一个机件不能同时安装在两个(或以上)位置上，而一个系统下可以有多个部件位置嘲。通过对单机构型数据表的递归调用，可以展开单机构型结构树，追溯到历史时间点的完整构型。实践证明，通过上述方法追溯到的单机构型结构树，与部队飞机履历副本上数据还原得出的单机构型一致，信息系统的优势在于，将功能集成于便于操作的按钮中，可大大减轻人员的计算时间和出错率，具有可推广性。
单机构型中，飞机结构的层级关系通过父子节点体现，且父节点与子节点是一对多的关系，即一个机件不能同时安装在两个(或以上)位置上，而一个系统下可以有多个部件位置。通过对单机构型数据表的递归调用，可以展开单机构型结构树，追溯到历史时间点的完整构型。实践证明，通过上述方法追溯到的单机构型结构树，与部队飞机履历副本上数据还原得出的单机构型一致，信息系统的优势在于，将功能集成于便于操作的按钮中，可大大减轻人员的计算时间和出错率，具有可推广性。
图6 装机件追溯法图示
4 结束语
本文在简化管理的基础上，对使用过程中的单机构型采用分层递归的方式进行存储管理。同时针对使用过程中飞机各项业务影响的构型变更，提出以时间为主线、在某一追溯时间点查询飞机构型项的方法，从而获得追溯当时的飞机构型项的集合，再按照构型树中的父子节点关系，还原出追溯当时完整的单机构型。这种管理和追溯方法使单机构型变化时刻处于受控状态，为设计维护单位提供了决策参考。
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本文标题：飞机使用寿命周期构型管理和追溯
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