邢宗緒，張栓印

(蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司，甘肅蘭州 730050)

0 引言

重型裝備具有種類多、生命周期長、設(shè)計(jì)驗(yàn)證難度大、針對(duì)性強(qiáng)、運(yùn)行環(huán)境與狀態(tài)復(fù)雜等特點(diǎn)。研發(fā)與制造企業(yè)經(jīng)常面臨著產(chǎn)品定制設(shè)計(jì)、產(chǎn)品品種多樣化、設(shè)計(jì)資料版本管理亂、產(chǎn)品資料數(shù)據(jù)同源性難以保證、協(xié)同設(shè)計(jì)效率低、項(xiàng)目管理失控等現(xiàn)實(shí)問題。企業(yè)雖然已經(jīng)有CAD、CAM、ERP等局部信息化工具或系統(tǒng)，但各個(gè)系統(tǒng)間缺乏有效銜接，缺乏頂層設(shè)計(jì)，實(shí)施效果不理想。

PLM(Product Life-cycle Management)系統(tǒng)稱之為產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)，它是通過信息化管理支持平臺(tái)，對(duì)產(chǎn)品從創(chuàng)建到使用，更新到換代等全生命周期進(jìn)行管理，能夠有效解決重型裝備研發(fā)與制造企業(yè)所面臨的問題。PLM的核心是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的有序管理、設(shè)計(jì)過程的優(yōu)化和資源的共享，是支持快速研發(fā)過程的協(xié)同管理的一個(gè)集成協(xié)同框架［1］，在企業(yè)內(nèi)部(可以是分散在多個(gè)地點(diǎn)的企業(yè)內(nèi)部)，支持產(chǎn)品全生命周期的信息的創(chuàng)建、管理、分發(fā)和應(yīng)用，它能夠集成與產(chǎn)品相關(guān)的人力資源、流程、應(yīng)用系統(tǒng)和信息。筆者針對(duì)重型裝備研發(fā)制造企業(yè)的特點(diǎn)，對(duì)PLM系統(tǒng)幾個(gè)關(guān)鍵集成技術(shù)進(jìn)行探討。

1 重型裝備研發(fā)型制造企業(yè)的研制與經(jīng)營特點(diǎn)

重型裝備作為高端裝備，廣泛應(yīng)用于能源、交通、船舶、工程機(jī)械、冶金、航空航天、軍工等重點(diǎn)行業(yè)和領(lǐng)域［2］。重型裝備研制周期長，階段復(fù)雜，包括前期調(diào)研、設(shè)計(jì)、制造、采購、配套、安裝、調(diào)試、交付及質(zhì)量控制與售后服務(wù)等，在這些過程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。通常重型裝備技術(shù)含量高，其制造需要較多的專用設(shè)備，因此，企業(yè)的經(jīng)營更適合采用重研發(fā)、輕制造的經(jīng)營模式，即企業(yè)在掌握和控制核心技術(shù)的前提下，主要依賴社會(huì)優(yōu)質(zhì)資源來實(shí)現(xiàn)制造。這種模式雖然有利于成本的控制，但給產(chǎn)品的全生命周期數(shù)據(jù)管理帶來許多問題。其主要特點(diǎn)概括如下。

(1)個(gè)性化定制。重型裝備大多數(shù)屬于專用設(shè)備，用戶一般都有自己的工藝要求，變型設(shè)計(jì)類型相對(duì)較多，非標(biāo)與定制特征明顯。雖然每個(gè)產(chǎn)品都需要重新設(shè)計(jì)，但設(shè)計(jì)對(duì)象的產(chǎn)品族特點(diǎn)明顯。通常變型產(chǎn)品在企業(yè)整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造中占有絕對(duì)比例，企業(yè)需要最大程度地利用定制產(chǎn)品之間在設(shè)計(jì)和制造工藝上的相似性提高設(shè)計(jì)效率和生產(chǎn)效率。

(2)產(chǎn)品生命周期鏈不完整，但關(guān)注點(diǎn)突出。重型裝備研發(fā)型制造企業(yè)通常研發(fā)設(shè)計(jì)能力較強(qiáng)，生產(chǎn)制造能力相對(duì)較弱，企業(yè)關(guān)注的是對(duì)核心技術(shù)的掌控以及最終完成產(chǎn)品成套，其制造加工過程通過外協(xié)、外購來完成。除此之外，企業(yè)確實(shí)難以完成的某些關(guān)鍵技術(shù)還需要外包。因此，企業(yè)所掌握的產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)鏈并不完整。

(3)高度重視協(xié)同設(shè)計(jì)。為獲得市場(chǎng)競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)、適應(yīng)市場(chǎng)需求的快速變化，企業(yè)的研發(fā)組織結(jié)構(gòu)已經(jīng)由過去的物理集中向物理分散轉(zhuǎn)變，無論在企業(yè)內(nèi)部或外部，本地或異地，研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造需要多家單位、不同機(jī)構(gòu)之間的交流與并行工作，企業(yè)需要克服時(shí)間、空間等限制，形成一個(gè)便于群體相互協(xié)同工作的共同工作空間，使異地多部門、多單位人員能夠并行協(xié)同地完成工作［3］，這種轉(zhuǎn)變只能依靠信息化系統(tǒng)支持才能實(shí)現(xiàn)。

2 重型裝備研發(fā)型制造企業(yè)面臨的主要問題

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，重型裝備研發(fā)型制造企業(yè)是按訂單設(shè)計(jì)制造。產(chǎn)品類型多，項(xiàng)目階段多，并行項(xiàng)目多，造成研發(fā)管理比較復(fù)雜，通常面臨的主要問題如下。

(1)難以保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性:①產(chǎn)品數(shù)據(jù)版本信息管理不完善，缺乏過程版本，可追溯性差;②技術(shù)文件審核過程中，紙質(zhì)文檔與電子文檔分離并同時(shí)存在，一致性難以保證;③圖紙查找困難，設(shè)計(jì)人員大量的時(shí)間花費(fèi)在數(shù)據(jù)查找上;④安全保密無法保障，產(chǎn)品全部數(shù)據(jù)雖說存放在計(jì)算機(jī)中，但數(shù)據(jù)易受到非法的調(diào)用、復(fù)制、修改。

(2)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)依靠手工管理:①需要手工整理產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤且效率低下;②產(chǎn)品結(jié)構(gòu)沒有版本控制;③零部件的替代關(guān)系沒有有效地管理，不能有效地判斷零部件對(duì)應(yīng)的替代件。

(3)缺乏規(guī)范的編碼體系，難以保證零件信息的準(zhǔn)確性:①同一個(gè)零件在不同的項(xiàng)目中可能有多個(gè)編碼值存在，導(dǎo)致編碼需要專門人員進(jìn)行匹配識(shí)別;②編碼新增申請(qǐng)過程難以校驗(yàn)，可能出現(xiàn)重復(fù)申請(qǐng)，存在一碼多物;③編碼的創(chuàng)建過程依靠手工操作，易產(chǎn)生導(dǎo)致數(shù)據(jù)不規(guī)范、不一致的情況。

(4)流程管理費(fèi)時(shí)耗力:最大的問題是管理以紙質(zhì)為準(zhǔn)，流程執(zhí)行時(shí)間過長。

(5)更改管理難以控制，差錯(cuò)較多:①缺乏信息化系統(tǒng)支持的變更流程，變更請(qǐng)求和變更單多數(shù)仍為紙介質(zhì)，傳遞、更改過程耗時(shí)長，并且經(jīng)常造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤［4］;②對(duì)變更歷史缺乏有效的管理，不能有效地對(duì)變更進(jìn)行追溯，缺乏對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的有效管理;③變更控制不嚴(yán)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程和制造過程中頻繁出現(xiàn)變更，耗費(fèi)了大量的時(shí)間和人力上的成本。

(6)項(xiàng)目管理水平較低，計(jì)劃能力不強(qiáng)，執(zhí)行效果較差:①項(xiàng)目計(jì)劃的管控模式無法支撐項(xiàng)目的全周期管控，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、質(zhì)量等各種計(jì)劃數(shù)據(jù)流之間存在斷點(diǎn);②項(xiàng)目計(jì)劃難以與最終的交付物進(jìn)行緊密關(guān)聯(lián)，無法準(zhǔn)確監(jiān)控項(xiàng)目中每一個(gè)項(xiàng)目成員或節(jié)點(diǎn)的進(jìn)度和任務(wù)執(zhí)行情況;③現(xiàn)有管理模式無法支撐多項(xiàng)目監(jiān)控與資源的平衡，多項(xiàng)目的執(zhí)行情況沒有可及時(shí)更新的統(tǒng)計(jì)圖表，無法同時(shí)對(duì)比分析多項(xiàng)目的執(zhí)行情況;④缺乏項(xiàng)目組人員工作負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)監(jiān)控，無法對(duì)工作量、工作強(qiáng)度進(jìn)行平衡;⑤現(xiàn)有管理模式無法支撐項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的管控，缺乏項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的定義、分類和預(yù)警，無法在項(xiàng)目的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、瓶頸資源處對(duì)已知風(fēng)險(xiǎn)做出提示。

上述問題反映了重型裝備研發(fā)型制造企業(yè)對(duì)PLM系統(tǒng)的期望，即:統(tǒng)一和規(guī)范數(shù)據(jù)管理，建立完善的數(shù)據(jù)管理機(jī)制;統(tǒng)一變更管理和流程管理，固化業(yè)務(wù)流程，增強(qiáng)流程的反饋和查詢;規(guī)范設(shè)計(jì)方法;加強(qiáng)知識(shí)的共享與重用，研發(fā)人員可以方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和應(yīng)用。

3 重型裝備研發(fā)型制造企業(yè)PLM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

對(duì)重型裝備研發(fā)型制造企業(yè)來說，其關(guān)注的核心是企業(yè)研發(fā)能力的提高和研發(fā)管理能力的提升。企業(yè)對(duì)PLM系統(tǒng)的要求，主要是如何更好地支撐企業(yè)的研發(fā)業(yè)務(wù)，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)提高交付質(zhì)量、縮短交付周期、降低交付成本的目標(biāo)。圍繞這一目標(biāo)，PLM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在以下方面。

(1)編碼管理 對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和文檔等存在于PLM系統(tǒng)中的所有對(duì)象規(guī)定具有唯一性、擴(kuò)充性、簡明性、適用性、規(guī)范性的編碼規(guī)則是實(shí)施PLM系統(tǒng)的基礎(chǔ)，科學(xué)合理的編碼規(guī)則也是企業(yè)用好PLM系統(tǒng)的保證，它保證了在研發(fā)設(shè)計(jì)過程中所有輸入與輸出對(duì)象的規(guī)范化。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的編碼包括:①企業(yè)的信息碼。對(duì)于項(xiàng)目數(shù)據(jù)來說，需要區(qū)分有多個(gè)參與研發(fā)的單位的信息;②產(chǎn)品分類碼。包括產(chǎn)品分類、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層級(jí)分類，以及制造件、外購件、企標(biāo)件、標(biāo)準(zhǔn)件分類，等等;③細(xì)化分類碼;④規(guī)格識(shí)別碼;⑤特征碼;⑥流水碼。企業(yè)可根據(jù)具體情況予以規(guī)劃。

宣傳引導(dǎo)不到位，沒有形成社會(huì)共識(shí)，各地州、縣市層面的經(jīng)驗(yàn)交流不充足。另外，需要加強(qiáng)對(duì)貧困戶的教育引導(dǎo)，需要從思想上解決問題，讓貧困戶主動(dòng)脫貧。

文檔的編碼可視具體情況分類，一般應(yīng)至少分為產(chǎn)品設(shè)計(jì)類文檔和普通文檔。產(chǎn)品設(shè)計(jì)類主要是對(duì)研發(fā)設(shè)計(jì)過程中各個(gè)階段的輸出文檔模板進(jìn)行編碼規(guī)范;普通文檔對(duì)除產(chǎn)品設(shè)計(jì)類之外的其他文檔模板進(jìn)行編碼規(guī)范。

(2)系統(tǒng)集成 系統(tǒng)集成包括 CAD、CAE、CAPP、CAM、ERP等集成，研發(fā)型企業(yè)可能更關(guān)注PLM系統(tǒng)與CAD、CAE的集成。企業(yè)在發(fā)展過程中因使用多種設(shè)計(jì)工具軟件積累了大量的歷史數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是企業(yè)的知識(shí)與財(cái)富，需要通過系統(tǒng)集成、在PLM平臺(tái)上得到更好的利用，其難點(diǎn)在于:由于難以獲得軟件的開發(fā)信息以及存在技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)各工具軟件與PLM系統(tǒng)之間的深度集成難度很大。解決這些難題，需要PLM系統(tǒng)的實(shí)施商家具有強(qiáng)大的技術(shù)集成能力。

(3)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理 產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫:按項(xiàng)目管理的要求，系統(tǒng)地、規(guī)范地管理項(xiàng)目的產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和文檔類數(shù)據(jù)，包括從項(xiàng)目輸入到實(shí)物正式交付的整個(gè)過程產(chǎn)生的所有資料，保證這些資料的唯一性和正確性。

模塊化數(shù)據(jù)庫:模塊化包括標(biāo)準(zhǔn)件、外購件和企標(biāo)件，標(biāo)準(zhǔn)件和外購件主要針對(duì)常用的種類與型號(hào)、規(guī)格，企標(biāo)件是設(shè)計(jì)中經(jīng)常重復(fù)引用、并具有相似特征的系列自制零部件，企標(biāo)件為快速的變型設(shè)計(jì)提供了極大方便，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。

(4)信息共享 以PLM系統(tǒng)創(chuàng)建產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的協(xié)同工作平臺(tái)和多種檢索機(jī)制，解決過去電子設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)缺乏有效管理、準(zhǔn)確性不高、檢索困難、信息共享度低、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及利用存在諸多隱患及弊端等問題，使設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)中能快速、準(zhǔn)確、方便的查閱和利用歷史數(shù)據(jù)，提高工作質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。

(5)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理 企業(yè)需要具有面向用戶的產(chǎn)品快速配置能力，因此通過PLM系統(tǒng)完成零件、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)搭建與快速配置是企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。在PLM系統(tǒng)建立統(tǒng)一的BOM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)方式進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)通過單一的變量BOM來快速派生同系列的變形產(chǎn)品。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)搭建與配置完成后，即可自動(dòng)形成產(chǎn)品的裝配關(guān)系數(shù)據(jù)。無論是圖面上的明細(xì)欄還是綜合明細(xì)表、外購件匯總表、標(biāo)準(zhǔn)件匯總表都可以自動(dòng)完成，改變過去手工編制匯總表費(fèi)時(shí)耗力、并且容易出錯(cuò)的問題。

對(duì)市場(chǎng)銷售而言，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)搭建與快速配置管理為銷售人員快速定義用戶的個(gè)性化需求提供選項(xiàng)。根據(jù)用戶個(gè)性化要求對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行變型，通過參數(shù)化CAD系統(tǒng)的幫助，為用戶提前展示該個(gè)性產(chǎn)品，并提供報(bào)價(jià)［5］。用戶如果滿意，它可以生成可供制造的產(chǎn)品模型并可投入生產(chǎn);如果用戶需求不能得到滿足，它向設(shè)計(jì)人員提供最好的設(shè)計(jì)實(shí)例，使定制設(shè)計(jì)有較高的起點(diǎn)，縮短工作時(shí)間.

(6)流程管理 在PLM系統(tǒng)中，流程管理重點(diǎn)需要滿足:①實(shí)時(shí)，即數(shù)據(jù)與決定必須立即傳送給相關(guān)的人;②完整，即將所有工作必需的相關(guān)信息，傳給所有必要的人;③記錄，即流程之中所發(fā)生事件的原因、動(dòng)作、變化、結(jié)果及相關(guān)作業(yè)者，必須有完全的記錄，以便在流程之中及將來均可追蹤考查;④加速，即通過并行流程加快整體的研發(fā)速度;⑤監(jiān)控，即對(duì)于流程目前的狀態(tài)、進(jìn)度，管理者必須能夠完全監(jiān)控，并且在必要的時(shí)候，作適當(dāng)?shù)墓芾聿僮?，如加速、暫停、中斷等?］。

為此，需要理順和優(yōu)化設(shè)計(jì)研發(fā)業(yè)務(wù)流程，明確劃分必須的業(yè)務(wù)階段、工作要求、輸入輸出文檔，以及相關(guān)職責(zé)，建立企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的研發(fā)業(yè)務(wù)流程規(guī)范，并在PLM系統(tǒng)中予以固化。

(7)變更管理 企業(yè)可以根據(jù)自身情況設(shè)置研發(fā)設(shè)計(jì)變更分級(jí)。通常情況下，變更過程可分為一般變更和重要變更，一般變更過程涉及的范圍小，影響小，控制要求不嚴(yán)格;重要變更過程涉及范圍廣，影響大，需要進(jìn)行變更影響分析。

在PLM系統(tǒng)中，變更程序主要包括:確認(rèn)問題;定義/批準(zhǔn)變更申請(qǐng);定義/批準(zhǔn)變更通知;執(zhí)行變更指令;確認(rèn)變更/自動(dòng)通知等。系統(tǒng)根據(jù)變更分類自動(dòng)選取相應(yīng)流程，通過完整的數(shù)據(jù)模型評(píng)估變更的影響范圍并記錄評(píng)估結(jié)果。變更過程以電子流程的形式進(jìn)行管理，變更結(jié)果以結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)形式進(jìn)行管理。變更評(píng)審在PLM系統(tǒng)中自動(dòng)通知相關(guān)人員(亦可參與評(píng)審)，更改完成后系統(tǒng)自動(dòng)借用新版本(亦可繼續(xù)引用舊版本)。

(8)項(xiàng)目管理 項(xiàng)目管理從管理角度為企業(yè)研發(fā)工作組織提供了解決方案，它主要是對(duì)整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程的狀態(tài)進(jìn)行透明化監(jiān)控，監(jiān)控范圍包括計(jì)劃、進(jìn)度、資源、成本、文檔、問題、風(fēng)險(xiǎn)、協(xié)同等要素，保證研發(fā)項(xiàng)目在可控狀態(tài)下執(zhí)行。項(xiàng)目管理的核心是項(xiàng)目計(jì)劃的制定、執(zhí)行與跟蹤，項(xiàng)目管理的關(guān)鍵則是計(jì)劃要求下的職責(zé)與權(quán)限界定、任務(wù)與資源分配以及狀態(tài)評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)控制。

4 結(jié)語

研發(fā)管理是重型裝備研發(fā)型制造企業(yè)戰(zhàn)略經(jīng)營的核心。PLM系統(tǒng)為企業(yè)提供了一個(gè)協(xié)同、統(tǒng)一的協(xié)同研發(fā)管理平臺(tái)，提高了企業(yè)對(duì)研發(fā)數(shù)據(jù)、過程、結(jié)果以及工作質(zhì)量和效率的管控能力，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)發(fā)揮團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)、加快響應(yīng)市場(chǎng)信息速度、提高經(jīng)濟(jì)效益的管理目標(biāo)，解決了制約企業(yè)持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。通過對(duì)上述關(guān)鍵技術(shù)的探討，對(duì)重型裝備研發(fā)型制造企業(yè)規(guī)劃建設(shè)適合企業(yè)經(jīng)營特點(diǎn)、滿足自身需要的PLM系統(tǒng)有一定的指導(dǎo)作用。

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