一个完整的产品创新过程通常有总体规划、详细设计、工艺准备、生产制造、维护支持等五个阶段,以往这五个阶段都有独立的信息系统进行支撑,但系统与系统之间缺少集成,打个通俗的比方,这些系统之间有很多墙,信息要跨墙而跃,把墙拆掉的办法,就是应用PLM系统。

PLM高级顾问莫欣农

1     项目背景

    第一次世界大战结束以前,美国的航空技术大大落后于的英、法、德等国。在20世纪20年代美国开始由仿制转向本国设计,重点发展攻击机。30年代初马丁公司研制出速度达每小时333公里的B-10轰炸机,速度超过当时美国任何型号的战斗机。在30年代末和40年代初,美国战斗机的最大时速达600公里,其技术性能开始赶上甚至超过了德国和英国,引发喷气发动机的战斗机研发**。

    第一代是首批采用喷气发动机的战斗机,出现时间大约在19441953年,以苏联的米格-15、米格-17、美国的P-80F-86为代表。第二代是20世纪50年代至60年代研制的战斗机,典型代表有苏联米格-21、米格-19、苏-7/-9/-11,英国"闪电",美国F-8F-11F-100F-102F-104F-105等。第三代是19601970年出现的战斗机,典型代表有苏联的米格-23、米格-25、苏-15、苏7,法国的"幻影"III,英国的"鹞式"以及美国的F-4F-111等。当时面对战斗机的价格暴涨,美国军方开始将不同用途战斗机的任务合并,结果美国F-4战斗机被美国空军、海军、海军陆战队和其他国家的军队广泛使用,成为目前唯一一种同时被美国三军使用过的作战飞机。由于战斗机价格的持续增长和F-4所取得的空前成功,20世纪70年代至90年代初研发的多用途战斗机称为第四代战斗机。典型机型包括前苏联的米格-23、米格-29、米格-31、苏-27,法国"幻影"2000,英国的"狂风",以及美国的F-14F-15F-16F/A-18等。随着20世纪80年代至90年代微电子和计算机技术的迅猛发展,在不改变气动特征下采用了有限的隐身构型,形成现役的第四代半最新战斗机。可以归入四代半战斗机有欧洲四个国家联合研制的"台风",瑞典的JAS-39,俄罗斯的米格-35、苏-30/-33/-34/-35/-37,美国的F/A-18E/F"超级大黄蜂"F-15EF-1650/52批次之后的飞机等。第五代是目前正在研发的最先进的一代战斗机,飞机采用内置武器的隐身设计,同时还带有能降低飞行员工作载荷、提高其状态感知的综合航电系统。第五代战斗机的特点有超声速巡航、低可探测性、使用维护简便等。目前第五代战斗机只有美国的F-22F-35这两种。其中F-22200512月达到初始作战能力,F-35则于200612月完成了首次飞行。另外俄罗斯也正在研制第5代战斗机。

        067月,美国洛克希德·马丁公司F-35的首架系统发展演示飞机正式亮相并被正式命名为"闪电"12月首飞成功标志由研制发展向定型生产阶段的转变。同时美国有史以来最大的军机采办项目也取得了重大阶段性进展。目前,已有荷兰、澳大利亚、英国、加拿大等国与美国签署了参与F-35生产、持续保障和后续研制(PSFD)阶段的谅解备忘录。目前估计,F-35项目总费用将达2570亿美元(其中研制费为457亿美元),包括出口在内的总产量可能高达50006000架。

    在"适应信息化战争"的作战需求牵引研发的F-35型第五代战斗机在项目开始阶段命名为联合攻击机,简称JSF

4.1  产品全生命周期管理(PLM)

    在该系统中包括10个来自不同软件供应商(参见每个工作任务模块的右下角)的独立信息管理系统和一个统一的PLM系统:

需求管理:负责收集、分类、关联各种需求,保证用户的需求、法律法规的要求、设计方案的技术指标、工艺设计的加工要求、使用和培训的说明、维修保养的规则等需求变更能够及时传到每一个应该接收的地方。同时,任何变更可以通过该系统反向追溯变更的缘由,便于总结经验,减少差错。

可视化技术:将不同的CAD系统设计的三维几何模型,通过各自的转换器转换成统一格式(JT)的轻量级模型。利用轻量级模型进行装配、干涉检查、尺寸测量、运动仿真、质量分析和图形批注等功能,解决虚拟企业中异地异构CAD系统的协同设计同一个产品的问题。

标准件管理:在虚拟企业中各个设计、制造部门有不同的标准件使用规范和编码。通过代码对照和统一规范可以实现降低成本和便于维修的目的。

设计工具:在JSF项目中诺斯罗普·格鲁门CAD系统采用UG,洛克希德·马丁采用CATIA。通过CATIAPLM系统的集成,自动生成工程EBOM

制造资源规划:洛克希德·马丁自己开发的MRPⅡ 软件,主要用于生产进度表以及用于存货目录的项目需求管理I

车间管理:为了加强全球范围生产制造过程管理,统一采集车间生产的数据,生成建造BOM,为后期服役的维修BOM提供原始数据。

工艺计划:在PLM统一管理产品数据的环境中,从工程EBOM转换成制造MBOM

材料管理:飞机设计和制造对材料有极其严格的要求。统一管理各种材料的性能和来源是确保产品质量的关键。

仿真:产品设计的仿真在设计工具中完成。这里的仿真主要针对工厂/生产线布置仿真,验证生产车间的设备、工装、刀量夹具和对应的加工零件是否能够满足设计生产和维修的要求。

后勤保障:在2025年的生产制造过程中,保证全球范围的加工制造能够同步开展,零部件、组建和分系统的供应协调一致;在每架飞机投入使用后的2530年内保证零备件在平时和战时能够得到充分的供给,及时得到关键部件维修的技术资料。

PLM系统:上述的各项功能模块独立使用是肯定无法完成其使命,只有将它们集成到TeamcenterPLM系统中,保证从用户需求、详细设计、数字样机、生产计划、工艺规程、加工仿真和维修服务等阶段的产品数据存放在一个公共的数据平台上,统一管理设计BOM、制造BOM、建造BOM和维修BOM,从而实现JSF项目降低成本、缩短周期、易于维修的目标。

4.2            商务支持功能

        JSF项目计划销售5000架,商务的压力肯定很大。为此洛克希德·马丁在搭建PLM系统的同时,并行搭建当时可能的商务平台:

文档管理:管理各类与商务相关的文件。

访问门户:为了加强和用户的信息交流,访问门户在当时通过一个友好的用户界面,互相交流信息。

成本计划:JSF项目涉及到30多个设计中心和1000多个供应商,日常的财务和计划管理是件非常重要的事情。

商务支持功能:上述三个方面都需要和PLM系统集成,及时获取产品设计、分析、制造、仿真的阶段的产品信息,有力地支持整个商务运作。

5         异地协同网络环境

    洛克希德·马丁在1997年建立全球范围的异地协同网络是一个很大的挑战。当时的PDM体系网络结构如下图:

3 JSF项目PDM体系网络结构图

    该协同网络的核心部分是建立在洛克希德·马丁的虚拟处理中心。整个网络系统中核心的关系型数据库Oracle设在虚拟处理中心,统一管理全球各地产生的每一个数据。洛克希德·马丁(LM)诺斯罗普·格鲁门(NGC)、英国宇航系统(BAE)、澳大利亚宇航(GKN)等合作伙伴各自有自己的工作组服务器,可以存放当前正在使用的数据。每天全球各地产生的新数据分别按照指定的时间统一汇总到虚拟处理中心。

诺斯罗普·格鲁门内部及外部的合作伙伴通过VPN建立独立安全保障的DMZ区域。内部和外部之间设有防火墙。各个项目成员通过局域网、广域网和互联网经过防火墙关联到虚拟处理中心。在1997年的PLM系统称之为Metephase,即现在的Teamcenter Enterprise

6         关键技术

    面对JSF项目的要求,PLM系统必须解决以下关键技术:

1)      数字化枢纽。虚拟处理中心是JSF项目的数字化枢纽,统一管理和协调全球范围内设计、工艺、制造和维修的数据。一旦飞机交付使用,PLM系统中对应的全部数据就要准备服务30年。因此,在这个数字化枢纽中必须建立一个统一的产品全生命周期数据模型,以便管理来自各地的各类数据。

2)      超大规模的用户。战斗机的研发涉及35个软件开发流程,其中包括90类,400种软件工具。目前正在参与设计的用户有5000人,参与生产的用户1500人。未来进入大规模生产和维修服务支持的高峰期,PLM的最终用户可能达到50000个。

3)      极其安全和即时访问。大量用户在统一的环境中工作,必须符合美国国际武器贸易条例ITAR)的要求。让世界上万人协同工作,从洛克希德的设备一直到它的合作伙伴以及供应商的现场,跨越了各种网络,特别是因特网,在虚拟环境中开展设计的考察和评估,使得项目的进展更快、更省钱。

4)      适应局域网、广域网、企业()网和因特网。PLM系统的权限管理必须适应各种网络环境的安全保密要求。对于任何会生产的技术漏洞,PLM系统均应提供相应的解决办法。

5)      与任何CAD系统兼容。目前首架F-35试飞成功涉及7个国家,跨越9个时区的130多个站点。PLM系统必须适应管理异构CAD系统的能力。

6)      大规模数字样机。面对异构的CAD系统开展协同设计,唯一的方法就是采用中性的可视化图形技术构造数字样机,使得有关人员能够在还没有实际样机的情况下就及早地介入了项目,加速了项目的进程,降低总成本。

7)      系统规模任意配置。项目最终发展将包括1000供应商的支持。参与F-35生产的单位地处三十多个国家,跨越17个时区,历时50年。因此系统的规模必然会有增有减。

8)      全面跟踪每一个部件。JSF项目在实施Teamcenter时设立了具有五兆兆位产品信息的存储区域网络(SAN),用来存储所有用户的工作流程、设计过程和数据。项目参与人员在本地存储数据以改善响应时间。目前每天有 64,000 条数据项被Teamcenter15,000个位置复制到虚拟处理中心。其中包括53000JT格式的可视化图形文件,11000个非JT文件。每周有75GBCATIA数据复制到6个不同的中心。复制规模如此庞大,JSF项目成为世界上Teamcenter复制功能的最大用户。

7         实际结果

    目前有 6,500 Teamcenter 用户处于设计与生产中,洛克希德·马丁称在F-35设计的周期已经缩短了35%时间,为该项目节省了上亿美元资金。预计在制造时间缩短的幅度将高达66%,在刀具设计方面节省的时间最为显著,所需的备件将会大大少于其他机群所需的数量

    由于在整体项目效率方面呈现了数量级的改进,因此JSF项目不仅承诺要生产出二十一世纪全新的战斗喷气式飞机,而且还要成为世界上最成功的PLM项目,实现跨越大洋、时区与公司,在超过三十年的期间里开发、建造并维护产品。

    经过十年的开发,在首架F-35战斗机试飞成功的今天,洛克希德·马丁回顾已经走过的历程认为,“ 数字化技术是 JSF 成功实施的核心问题。没有它,洛克希德·马丁团队不可能完成它所承担的目标。它的制造和支持系统也不可能被精确地调整,必须经过更多次的反复和权衡。” 来自洛克希德·马丁的 Mestad 总结到:“如果说 JSF 项目是由一种灵丹妙药来支持运作的话,那么这个灵丹妙药就是软件。”

 

发表于: 2007-07-03 10:38 莫欣农的博客 阅读(5255) 评论(7) 收藏 好文推荐

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评论列表
# re: 世界上最大的协同创新案例-JSF
引用
2007-07-05 16:18 | bincoo3 | 1楼
莫老师您好,为什么在JSF的这个项目中,要采用PTC Windchill infoangine这个东西作为商务门户?起什么作用?
达索最近推出了一种3Dlive的轻量化在线3d协同智能软件,相当于一种看板,这两者是否为同一种定位的软件呢?

# re: 世界上最大的协同创新案例-JSF
引用
2007-07-05 16:33 | bincoo3 | 2楼
还有另外不太明白比较弱智的问题,teamcenter现在分为两种,engineering和enterprise,这两者的定位和区别在哪里?
另外,engineering的前身是iman,iman的前身是什么?
enterprise的前身是什么?
历史上的metaphase又是什么?

engineering和enterprise在底层结构上是否不同?对用户而言有什么影响?

见笑了,盼赐教!

# re: 世界上最大的协同创新案例-JSF
引用
2007-07-11 00:20 | 莫欣农的博客 | 3楼
抱歉回信太晚。

1.JSF项目计划生产5000架,生产周期约20年,最后一架飞机的寿命约30年,加起来JSF项目的飞机,即F-35的有效寿命约为50年。在这50年里有大量的买卖合同、技术服务等商务活动及相应的商务文件。因此JSF项目特地在PLM系统外增设一个商务管理系统来管理5000架飞机的商务活动。在电子商务越来越发达的时代,商务门户已经变成不可或缺的一个组成部分。1997年的Windchill正是属于这一领域的骄骄者。
2.Teamcenter分成两种,你已经知道这两种的前身,看来你也很专业。至于这两种还有什么前身,我还第一次听到这个问题。我在1990年就听说有iman的产品。
3.这两种PDM系统的底层结构肯定不一样。但是,他们都支持萧塔纳教授关于PDM系统的三层结构的产品数据模型,可以描述复杂产品、复杂状态、复杂配置、复杂过程的产品数据模型。由于这两个系统依靠的大用户不同,管理理念也有差异。有的侧重复杂流程、有的侧重产品配置变形、有的侧重文档过程管理、有的侧重图形数据的协同、有的侧重集中管理、有的侧重分布式管理,等等。因此用户在选择时需要结合自身产品的特点,发现管理的重点,充分发挥系统的长处。当然,如果把两者的优势集合到一个系统中,那就会产生一个功能更加完备的系统,给用户带来更加多的帮助。

以上意见供参考。

# re: 世界上最大的协同创新案例-JSF
莫老师对PLM的热情真是令人敬佩啊!Metaphase就是现在的Teamcenter Enterprise,那是SDRC还在的时候的名字。

# re: 世界上最大的协同创新案例-JSF
引用
2007-07-26 09:56 | newway | 5楼
前天在模型标准会上有幸听到了莫老师的讲解,回来在Teamcenter里面实践了一下,认识又有了一些提高。莫老师提到的软件开发、实施、使用标准化的观点让人印象深刻。国内的概念、理论讨论很热,但是实践差得太远。相对于软件公司,国内的企业用户过于强势,而软件又不够灵活。标准会之路可谓任重道远。

# re: 世界上最大的协同创新案例-JSF
InforEngine这里应该被做为中间件做集成之用。国家地理拍的《战机争霸战 X-Plane》详细描述了波音与洛马在JSF中的竞争过程,值的一看。

# re: 世界上最大的协同创新案例-JSF
您好,借您的博客和人气以发布下面的信息..谢谢!
第八届清华大学运营/生产总监班招生已开始..
完成学业可获得清华大学和美国培训认证协会(AACTP)的双证
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最新评论

莫老师说的真好。--ewklxl
嗯 很不错 谢谢分享!--longlong899
莫教授,您好,想请您讲课,您的联系方式多少?--【匿名用户】:E-works热心网友
莫教授,您好,想请您讲课,您的联系方式多少?--【匿名用户】:E-works热心网友
莫教授,您好,想请您讲课,您的联系方式多少?--【匿名用户】:E-works热心网友
莫教授,您好,我们是一家国内大型集团制造企业,最近要上PLM/PDM项目,希望聘请您为我们的选型专家,不知如何联系您?

谢谢!--【匿名用户】:鲁征
真知灼见--吴宇昊
信息化实施,基础工作非常关键,但是往往被忽略,莫老师的总结浅显易懂!--李翔
学习了!!!--asanmi
非常同意莫老师的意见。
也有不少人问过我这个问题,我觉得实施PDM,目的一定要明确,就像行军打仗,出发之前,敌人都不知道在哪里,这仗想不败都难。--愤怒的公牛

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