史建成,杜小東,李劍勇,劉艷輝
(西南電子設(shè)備研究所,四川 成都 610036)
工程變更是電子裝備研發(fā)制造過(guò)程中的重要活動(dòng)。在電子裝備研制過(guò)程中,由于產(chǎn)品復(fù)雜、多品種、小批量且研制周期短,工程變更在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中是不可避免的工作,因此必須對(duì)工程變更進(jìn)行有效管理,在保證工程變更影響充分評(píng)估驗(yàn)證的同時(shí),充分考慮變更數(shù)據(jù)管理的一致性和變更信息傳遞的有效性,以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在研制過(guò)程中迅速響應(yīng)用戶(hù)需求、更快地改進(jìn)產(chǎn)品和縮短研制周期的目的。
工程變更涉及到設(shè)計(jì)、工藝、采購(gòu)、生產(chǎn)、物流、售后等產(chǎn)品全生命周期的多個(gè)環(huán)節(jié),一般需要研發(fā)、制造、物資、質(zhì)量、財(cái)務(wù)等多個(gè)專(zhuān)業(yè)協(xié)作來(lái)完成。工程變更的難點(diǎn)在于保持變更過(guò)程中產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性、變更影響分析和評(píng)估的充分性、變更信息傳播的完整性等3個(gè)方面。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)一致性的方面,需要對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的批次、版本、時(shí)效、關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行管控。王曉翠[1]對(duì)變更數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入研究,實(shí)現(xiàn)了變更數(shù)據(jù)與CAD、企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)的集成,可確保整個(gè)生命周期內(nèi)數(shù)據(jù)的一致性。在變更影響分析評(píng)估方面,需要對(duì)變更及其涉及的產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)、財(cái)務(wù)、質(zhì)量、交付周期等多維度的分析,確定企業(yè)可接受的變更方案。唐敦兵等[2]基于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣,建立了工程變更影響分析模型,提出對(duì)工程變更的直接與間接影響進(jìn)行分析的具體方法,并結(jié)合相關(guān)的變更影響計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)了分析工程變更影響程度的預(yù)測(cè)手段。陶芳等[3]研究了變更元素多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)圖,清晰地表示了變更元素之間的影響范圍,同時(shí),結(jié)合模糊層次分析法對(duì)變更任務(wù)之間相互影響的程度進(jìn)行了評(píng)估。在變更信息的傳播方面,重點(diǎn)對(duì)變更數(shù)據(jù)分發(fā)和推送的范圍和有效性進(jìn)行控制。韓健美[4]通過(guò)工程變更管理流程來(lái)保證與工程變更相關(guān)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行正確及時(shí)傳輸?shù)较掠尾少?gòu)、運(yùn)輸及線上使用跟蹤與管理,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上下游傳遞的單一性。方泳澤[5]等提出了基于有向圖的工程變更傳播分析方法。由于工程變更活動(dòng)的復(fù)雜性,目前仍然沒(méi)有一種企業(yè)通用的工程變更流程和方法。在企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中,工程變更造成的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的前后不一致、變更影響評(píng)估不足造成的產(chǎn)品不兼容、變更傳播不全造成的漏更改等問(wèn)題頻繁發(fā)生,給快速響應(yīng)顧客要求和產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)隱患。
本文針對(duì)上述存在的問(wèn)題,提出BOM驅(qū)動(dòng)的工程變更管理方法,基于工程變更的總體模型,構(gòu)建工程變更的BOM驅(qū)動(dòng)控制機(jī)制,并在Windchill系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)施驗(yàn)證。
工程變更流程可分為4個(gè)階段,分別是變更申請(qǐng)、變更評(píng)估、變更執(zhí)行和變更實(shí)施,如圖1所示。
圖1 工程變更流程總體模型
變更申請(qǐng)是指針對(duì)產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段內(nèi)外部產(chǎn)生的變更需求,分析問(wèn)題的原因,展開(kāi)相應(yīng)的技術(shù)驗(yàn)證,制定變更方案。根據(jù)變更影響的大小,將變更申請(qǐng)按照變更影響從大到小分為一、二、三類(lèi)。變更評(píng)估是從技術(shù)、物料、質(zhì)量、成本、計(jì)劃等多個(gè)維度對(duì)變更方案進(jìn)行評(píng)估,依據(jù)評(píng)估結(jié)果確定變更的批次范圍。對(duì)于影響較小的三類(lèi)更改(一般不涉及實(shí)物更改),在通過(guò)變更分類(lèi)審核之后,可跳過(guò)變更評(píng)估階段,直接到變更執(zhí)行,以縮短變更周期。變更執(zhí)行是在變更方案被批準(zhǔn)之后,依據(jù)變更方案的要求和范圍對(duì)圖紙、模型、工藝等技術(shù)文件進(jìn)行更改、審核和會(huì)簽,會(huì)簽結(jié)束后進(jìn)行技術(shù)文件的歸檔和升版。變更實(shí)施是依據(jù)變更方案和變更后的技術(shù)文件,對(duì)涉及到的產(chǎn)品批次進(jìn)行處置。變更實(shí)施徹底與否的關(guān)鍵在于變更信息是否精確傳遞,避免因信息濫發(fā)和漏發(fā)而造成實(shí)物批次處置的不徹底。
變更申請(qǐng)首先需要明確變更需求,主要包括產(chǎn)品上級(jí)總體或產(chǎn)品用戶(hù)提出更改需求、設(shè)計(jì)工藝人員或發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的人員所提出的更改需求、生產(chǎn)改進(jìn)需求提出的更改需求3種。對(duì)變更需求進(jìn)行問(wèn)題識(shí)別、分析、驗(yàn)證后,發(fā)起變更申請(qǐng)。在變更申請(qǐng)中,一般需要對(duì)下述內(nèi)容進(jìn)行描述:變更涉及的項(xiàng)目、變更涉及的模型號(hào)/圖號(hào)、變更原因、變更的關(guān)聯(lián)性、變更前后的內(nèi)容對(duì)比、變更的技術(shù)驗(yàn)證結(jié)果、變更導(dǎo)致的BOM變化、變更的實(shí)物處置建議等。
變更評(píng)估借助信息系統(tǒng),自動(dòng)查詢(xún)變更方案所涉及的產(chǎn)品及其裝入的上級(jí)產(chǎn)品、涉及批次及制造階段、涉及采購(gòu)物料及庫(kù)存和供應(yīng)鏈的情況、涉及到可能的成本增加和研制周期延長(zhǎng),從而為多維度評(píng)估提供支撐。由于變更評(píng)估工作量大且專(zhuān)業(yè)性強(qiáng),可設(shè)置變更評(píng)估團(tuán)隊(duì)進(jìn)行。對(duì)于影響較大的變更申請(qǐng),應(yīng)觸發(fā)線上或線下的變更評(píng)審會(huì)進(jìn)行評(píng)估和決策,如圖2所示。
圖2 變更評(píng)估環(huán)節(jié)
設(shè)置變更評(píng)審的觸發(fā)條件如下:
(1)涉及對(duì)2個(gè)及以上派生產(chǎn)品的更改;
(2)更改造成的成本損失大于等于一定金額;
(3)涉及已交付顧客的產(chǎn)品更改;
(4)預(yù)計(jì)延遲超過(guò)一定天數(shù);
(5)涉及正在生產(chǎn)的產(chǎn)品超過(guò)一定批量的更改。
變更評(píng)審人應(yīng)包含但不限于變更申請(qǐng)人、產(chǎn)品負(fù)責(zé)人代表,客戶(hù)代表、設(shè)計(jì)代表、計(jì)劃代表、質(zhì)量代表,工藝代表、制造代表、財(cái)務(wù)代表、物資代表、服務(wù)保障代表。通過(guò)變更評(píng)審會(huì)的方式,對(duì)影響較大的變更申請(qǐng)進(jìn)行評(píng)估和控制,以避免給企業(yè)造成大的損失。其他影響較小的變更申請(qǐng)則由變更管理團(tuán)隊(duì)內(nèi)部進(jìn)行評(píng)估,以降低流程成本。
變更申請(qǐng)通常涉及到多份相關(guān)的技術(shù)文件的更改,變更申請(qǐng)由同一個(gè)流程發(fā)起,在變更申請(qǐng)被批準(zhǔn)后,變更方案范圍內(nèi)的多個(gè)技術(shù)文件同步進(jìn)行更改,變更執(zhí)行完成后,統(tǒng)一歸口進(jìn)行變更實(shí)施策劃,如圖3所示。需要多份技術(shù)文件同時(shí)更改的情況主要包括:(1)電性能指標(biāo)變更涉及的多個(gè)模塊組件的同步更改;(2)電子產(chǎn)品電訊模塊的更改影響到機(jī)械結(jié)構(gòu)的散熱等要求,導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)必須同步更改;(3)結(jié)構(gòu)件更改引起干涉,尤其隨著三維模型逐漸取代二維圖紙,相關(guān)的三維模型沒(méi)有同步更改,有可能導(dǎo)致因模型之間相互干涉而導(dǎo)致無(wú)法歸檔。變更實(shí)施需要在所有變更執(zhí)行任務(wù)完成之后再進(jìn)行總體策劃和實(shí)施任務(wù)的分解,以保證批次技術(shù)狀態(tài)的一致性,同時(shí)將產(chǎn)品中相似的變更問(wèn)題來(lái)一起處置,可提高實(shí)物處置的效率。
圖3 變更任務(wù)傳遞
(1)變更實(shí)施人員組織。變更實(shí)施是根據(jù)變更方案和技術(shù)文件進(jìn)行實(shí)物處置的過(guò)程,直接決定了技術(shù)文件變更是否能精確地落實(shí)到產(chǎn)品上。為了提高變更實(shí)施的效率和有效性,建立變更實(shí)施團(tuán)隊(duì)進(jìn)行實(shí)施策劃、任務(wù)分發(fā)和執(zhí)行。變更實(shí)施團(tuán)隊(duì)由變更管理團(tuán)隊(duì)、各生產(chǎn)車(chē)間變更員、生產(chǎn)班組構(gòu)成。其中變更管理團(tuán)隊(duì)同變更評(píng)估階段,在變更實(shí)施階段負(fù)責(zé)實(shí)施任務(wù)的總體策劃和任務(wù)分發(fā),并且對(duì)變更實(shí)施的反饋結(jié)果進(jìn)行審核;各生產(chǎn)車(chē)間變更員負(fù)責(zé)該車(chē)間變更業(yè)務(wù)的協(xié)調(diào)、排程、監(jiān)督實(shí)施;實(shí)物處置人依據(jù)變更方案和技術(shù)文件對(duì)在生產(chǎn)和已入庫(kù)的半成品、成品進(jìn)行處置,具體根據(jù)更改的情況,可對(duì)實(shí)物進(jìn)行返工、偏離或報(bào)廢,實(shí)物處置的結(jié)果需要在信息系統(tǒng)中進(jìn)行反饋,以進(jìn)行任務(wù)閉環(huán)。通過(guò)上述3個(gè)層級(jí)的變更實(shí)施人員結(jié)構(gòu),分別實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)、車(chē)間級(jí)、產(chǎn)品級(jí)的變更實(shí)施管理,避免變更實(shí)施任務(wù)的遺漏。
(2)變更實(shí)施信息系統(tǒng)。工程變更主線流程以PDM系統(tǒng)為平臺(tái),在設(shè)計(jì)系統(tǒng)、CAPP、ERP、MES等的支撐下完成工程變更的全過(guò)程,如圖4所示。在PDM系統(tǒng)上發(fā)起變更申請(qǐng),同時(shí)發(fā)出相關(guān)的任務(wù)凍結(jié)指令給ERP系統(tǒng),在ERP上暫定相關(guān)的采購(gòu)活動(dòng)、凍結(jié)相應(yīng)訂單,并通過(guò)MES執(zhí)行凍結(jié)活動(dòng)。在變更評(píng)估階段,主要依據(jù)ERP對(duì)變更范圍、變更成本、變更對(duì)計(jì)劃進(jìn)度的影響進(jìn)行評(píng)估。在變更執(zhí)行階段,在設(shè)計(jì)系統(tǒng)和CAPP上更改技術(shù)文件,并在PDM上歸檔。在變更實(shí)施階段,變更有可能導(dǎo)致新下生產(chǎn)訂單、撤銷(xiāo)生產(chǎn)訂單、外協(xié)要求變化、采購(gòu)要求變化、現(xiàn)有產(chǎn)品的返工等任務(wù),上述任務(wù)在ERP中進(jìn)行管理,并在MES上執(zhí)行訂單。
圖4 變更實(shí)施信息系統(tǒng)架構(gòu)
工程變更需要在變更過(guò)程中記錄技術(shù)狀態(tài)的變更,并監(jiān)控和驅(qū)動(dòng)變更執(zhí)行和實(shí)施情況,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品研發(fā)制造過(guò)程由變更引起的一系列連鎖反應(yīng)的記錄和追蹤。BOM作為系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)紐帶,同時(shí)也是變更信息記錄、傳播和追蹤的有效載體。通過(guò)BOM中定義變更申請(qǐng),依據(jù)BOM結(jié)構(gòu)樹(shù)支撐變更評(píng)估、執(zhí)行和實(shí)施。
工程變更一般從工程BOM發(fā)起,變更業(yè)務(wù)涉及到的BOM視圖主要包括工程BOM、工藝BOM、制造BOM和實(shí)做BOM。工程BOM根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求劃分而成的結(jié)構(gòu)組成關(guān)系,工藝BOM在工程BOM的基礎(chǔ)上,以產(chǎn)品的工藝流程為主線可進(jìn)行重構(gòu),增加制造所需的工藝信息,如工裝夾具、輔料、工藝路線等,表達(dá)各工序的邏輯關(guān)系及其工序的物料要求。制造BOM是在工藝BOM的基礎(chǔ)上增加產(chǎn)品的制造任務(wù)書(shū)、批次、數(shù)量等制造任務(wù)信息,并針對(duì)具體批次、項(xiàng)目要求進(jìn)行配置,用于指導(dǎo)產(chǎn)品制造的全要素和全過(guò)程。實(shí)做BOM記錄產(chǎn)品的制造過(guò)程和實(shí)際的裝配關(guān)系,以產(chǎn)品序列號(hào)或批次號(hào)構(gòu)成結(jié)構(gòu)樹(shù),是半成品、成品的數(shù)字映射。變更信息從工程BOM開(kāi)始進(jìn)行連鎖式傳播,通過(guò)工藝BOM更改、制造BOM更改,最終落實(shí)到實(shí)做BOM上。
在變更申請(qǐng)階段主要在工程BOM上定義變更需求,包括BOM的增加節(jié)點(diǎn)、減少節(jié)點(diǎn)、替換節(jié)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)調(diào)整等。
在變更評(píng)估階段,BOM對(duì)變更評(píng)估的支撐作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:其一,通過(guò)工程BOM結(jié)構(gòu)樹(shù)及PDM的BOM數(shù)據(jù)庫(kù),支撐變更節(jié)點(diǎn)在其他BOM上的共用情況來(lái)確認(rèn),如果存在共用件,需要組織用到該產(chǎn)品的所有產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)進(jìn)行評(píng)估;其二,基于BOM結(jié)構(gòu)樹(shù)及其信息在工程BOM、工藝BOM、制造BOM和實(shí)做BOM上的傳遞關(guān)系,識(shí)別變更影響到正在生產(chǎn)的批次、產(chǎn)品,和追溯到已裝配了變更產(chǎn)品的交付產(chǎn)品,以支撐對(duì)變更范圍的評(píng)估。涉及到交付產(chǎn)品變更的,根據(jù)變更的影響程度確定是否召回。
變更執(zhí)行和變更實(shí)施在實(shí)質(zhì)上是變更數(shù)據(jù)在工程BOM、工藝BOM、制造BOM、實(shí)做BOM數(shù)字線上傳播的過(guò)程,上游EBOM變更有可能產(chǎn)生連鎖反應(yīng),導(dǎo)致下游工藝BOM、制造BOM隨之變更。為了保證工程變更的順利執(zhí)行,必須將變更信息傳遞至制造部門(mén)使用的制造BOM中。變更信息在BOM中的傳遞主要通過(guò)以下方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(1)變更量的提取。為了快速準(zhǔn)確地獲得工程變更的變更量,采用BOM比對(duì)算法,提高了變更量獲取的效率與準(zhǔn)確性。采用BOM比對(duì)法對(duì)新版和舊版的BOM結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對(duì),從而獲取產(chǎn)品的變更信息。產(chǎn)品EBOM變更主要包含物料數(shù)量的改變、物料的替換、物料的增加和物料的刪除,而PBOM變更內(nèi)容主要是改變工藝。通過(guò)對(duì)新舊EBOM的物料對(duì)比,根據(jù)兩者的差異可以得出以下3種結(jié)果:
①物料數(shù)量的變更:指某個(gè)相同的物料在單個(gè)產(chǎn)品中的數(shù)量即相對(duì)數(shù)量,在2個(gè)版本的BOM中不一樣,從而說(shuō)明該物料的數(shù)量發(fā)生變更。
②物料增加:指在新版BOM結(jié)構(gòu)中存在某個(gè)物料,而在舊版BOM結(jié)構(gòu)中不存在,說(shuō)明可能是增加了該物料或替換了舊版中的某個(gè)物料。
③物料刪除:指在舊版BOM結(jié)構(gòu)中存在某個(gè)物料,但在新版BOM結(jié)構(gòu)中不存在,說(shuō)明該物料在變更過(guò)程中被刪除。
④結(jié)構(gòu)變化:指雖然新版與舊版的BOM相比,其物料種類(lèi)、數(shù)量相同,但是樹(shù)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變更。
PBOM變更主要是工藝方法的改變,即工藝版本號(hào)的修改。工藝方法改變是指在2個(gè)版本的PBOM結(jié)構(gòu)中,某個(gè)相同物料的工藝版本號(hào)不一樣,說(shuō)明該物料的工藝方法發(fā)生變更。MBOM變更除了繼承EBOM、PBOM變更量之外,還有工藝屬性等發(fā)生變更,也可歸為工藝變更量。
應(yīng)用BOM比對(duì)算法后輸出物料數(shù)量變更的集合WN,工藝變更的集合WP,增加物料的集合WI,刪除物料的集合WD,這樣4個(gè)集合之和即為產(chǎn)品變更量的總集合,為后續(xù)工程的變更信息的傳遞提供數(shù)據(jù)源。
(2)特殊節(jié)點(diǎn)處理。變更信息在BOM多視圖間的傳遞過(guò)程中,變更量集合中的各種類(lèi)型的特殊節(jié)點(diǎn)有不同的處理方法,傳遞過(guò)程須對(duì)這些特殊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的處理。系統(tǒng)自動(dòng)處理變更量時(shí),如果沒(méi)有對(duì)特殊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別和處置方法定義,則將導(dǎo)致系統(tǒng)卡死或者處置錯(cuò)誤。
對(duì)于BOM視圖中的特殊節(jié)點(diǎn)識(shí)別如下:
①外協(xié)件:需定義外協(xié)屬性,生成外協(xié)任務(wù)及相應(yīng)處置;
②外購(gòu)件:需定義外購(gòu)件屬性,生成采購(gòu)任務(wù)及相應(yīng)處置;
③工藝合件:識(shí)別合件下的節(jié)點(diǎn)是否已有生產(chǎn)任務(wù);
④工裝:對(duì)工裝類(lèi)型進(jìn)行識(shí)別,不同類(lèi)型分別處置;
⑤成套件:查詢(xún)各件所對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目及需求量,再相應(yīng)處置。
(3)變更信息傳遞。工程變更信息BOM多視圖傳遞實(shí)現(xiàn)變更信息在制造企業(yè)的順利流通,如圖5所示。
圖5 變更信息在BOM上的傳遞途徑
變更信息的傳遞流程如下:
①首先從EBOM中提取變更量,啟動(dòng)傳遞程序,調(diào)用EBOM到PBOM的變更信息傳遞算法,生成PBOM的變更量,PBOM的更改要經(jīng)過(guò)相關(guān)審核發(fā)布;部分變更類(lèi)型信息可以不經(jīng)由EBOM直接傳遞到PBOM,如工藝變更等。
②啟動(dòng)傳遞程序,調(diào)用PBOM到MBOM的變更信息傳遞算法,生成MBOM的變更量,MBOM的更改要經(jīng)過(guò)相關(guān)審核發(fā)布;部分變更類(lèi)型信息可以不經(jīng)由PBOM直接傳遞到MBOM,如零部件的數(shù)量變更等。
③啟動(dòng)傳遞程序,將MBOM數(shù)據(jù)傳遞到ERP,通過(guò)變更量處置算法,對(duì)變更進(jìn)行處置,形成計(jì)劃變更量,并經(jīng)過(guò)計(jì)劃調(diào)度,進(jìn)入生產(chǎn)執(zhí)行。查詢(xún)到實(shí)做BOM對(duì)應(yīng)產(chǎn)品或批次,對(duì)實(shí)物進(jìn)行變更之后,實(shí)做BOM要相應(yīng)的進(jìn)行升版。
本文提出的模型和方法在西南電子設(shè)備研究所的PDM系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)施,并與CAPP、ERP、MES等信息系統(tǒng)集成,實(shí)現(xiàn)了BOM驅(qū)動(dòng)的工程變更管理。實(shí)施后的流程時(shí)間與2017年全年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)間對(duì)比,可知提出變更單后至到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間縮短46%,得到明顯加快。在流程實(shí)施后,基于BOM實(shí)現(xiàn)了變更數(shù)據(jù)的有效傳遞,實(shí)現(xiàn)了批次級(jí)和序列號(hào)級(jí)變更狀態(tài)的管理,有效減少了變更失控的情況。
工程變更管理是企業(yè)進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)管理的重要手段,BOM作為連接工程數(shù)據(jù)和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的橋梁,是進(jìn)行工程變更管理的主要抓手。本文研究了BOM驅(qū)動(dòng)的工程變更管理方法,在工程變更總體模型的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了變更信息在BOM上的傳遞方法。工程變更的實(shí)施與企業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)模式有著緊密的聯(lián)系,隨著近年來(lái)制造成熟度在企業(yè)的逐步應(yīng)用,制造成熟度作為產(chǎn)品研發(fā)制造模式評(píng)定的依據(jù)也逐步被認(rèn)可,針對(duì)不同制造成熟度的產(chǎn)品來(lái)制定相適應(yīng)的工程變更管理方法,將是企業(yè)實(shí)施工程變更的重要關(guān)注點(diǎn)。