華琰，徐晶，陳新文，謝顯晨，丁亞軍

(揚州大學 機械工程學院，江蘇 揚州 225000)

0 引言

2018年首屆中國國際進口博覽會一位參展商指出他們的智能化生產(chǎn)線不生產(chǎn)批量產(chǎn)品，只針對客戶個性化定制。這表明現(xiàn)代制造業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的目標是能夠提供滿足客戶需求的產(chǎn)品，而代表客戶需求的訂單即成為現(xiàn)代制造企業(yè)尤其是離散型制造企業(yè)一切活動的驅(qū)動力。隨著產(chǎn)品全生命周期(product life-cycle, PLC)各階段的推進，客戶訂單在產(chǎn)品研發(fā)、采購、生產(chǎn)、銷售、售后等環(huán)節(jié)都起到非常重要的作用[1]，期間產(chǎn)品還會產(chǎn)生大量復(fù)雜的技術(shù)和商務(wù)信息，這對于企業(yè)而言，是一筆十分寶貴的財富。在目前全球化市場競爭愈演愈烈，新產(chǎn)品層出不窮的背景下，以產(chǎn)品PLC活動為主線，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建協(xié)同制造平臺，可以有效增加企業(yè)效益[2]。

隨著客戶需求越來越多樣化、產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜化，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的發(fā)展，越來越多的學者開始聚焦產(chǎn)品全生命周期管理(product life-cycle management, PLM)[3]，四部門聯(lián)合發(fā)布的《智能制造工程實施指南解讀(2016-2020)》也將PLM軟件列為智能制造核心支撐軟件的開發(fā)重點。在產(chǎn)品需求分析階段，崔劍等[4]運用了以客戶需求為中心的PLM系統(tǒng)需求信息管理理念，提出了面向PLM的需求信息管理模型。在產(chǎn)品方案設(shè)計階段，ZHANG J S等[5]應(yīng)用制造企業(yè)產(chǎn)品配置的建模與知識管理技術(shù)，建立面向訂單的產(chǎn)品配置模型。在產(chǎn)品生產(chǎn)制造階段，白俊杰等[6]研究了多種不同交貨期訂單并存時可重構(gòu)制造系統(tǒng)中VMC(虛擬制造單元)的構(gòu)建問題，構(gòu)造了面向訂單制造的多目標非線性0-1整數(shù)規(guī)劃模型。張正文等[7]分析了面向訂單設(shè)計型企業(yè)的特點，提出了一種適合面向訂單設(shè)計型企業(yè)的制造執(zhí)行系統(tǒng)功能模型。這些研究成果對企業(yè)訂單管理有一定的指導意義，很大程度上提高了企業(yè)訂單執(zhí)行的效率，但是研究均拘泥于PLC的某一階段，沒有面向PLC整個過程，無法高效整合企業(yè)所有信息資源。基于此，本文以真空機組為產(chǎn)品案例，梳理了訂單對真空PLC各階段的驅(qū)動關(guān)系，描述了真空PLM系統(tǒng)的主要功能，構(gòu)建了一個更為完善的系統(tǒng)體系架構(gòu)，并對真空PLM信息進行建模，為真空PLM的建立提供依據(jù)，最后開發(fā)了真空PLM系統(tǒng)并在真空產(chǎn)品制造企業(yè)進行試驗，驗證了研究的可行性。

1 訂單生命與真空PLC的聯(lián)系

1.1 訂單生命節(jié)點與真空PLC各階段的驅(qū)動關(guān)系

真空PLC是產(chǎn)品從無到有的全部生命歷程，在相關(guān)研究中，PLC通常被學者分為客戶需求分析、產(chǎn)品概念設(shè)計、詳細設(shè)計、生產(chǎn)制造階段及產(chǎn)品服務(wù)5個階段[8]，其中結(jié)合真空機組的實例后，具體內(nèi)容如下。

1)在客戶需求分析階段，企業(yè)市場人員需收集客戶對真空泵工作參數(shù)(工藝過程產(chǎn)生的氣體、工作介質(zhì)、背壓容器極限真空度、工藝過程中最大放氣量)、結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)信息及對產(chǎn)品大小、價格、售后服務(wù)等重要信息，并運用產(chǎn)品質(zhì)量屋[9]、質(zhì)量功能配置、設(shè)計手冊等方法將其轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式的需求方案[10]，為下一階段的工作打好基礎(chǔ)。

2)在產(chǎn)品概念設(shè)計階段，企業(yè)技術(shù)人員根據(jù)需求方案，結(jié)合行業(yè)工作經(jīng)驗及專業(yè)知識，設(shè)計真空機組技術(shù)方案，并與客戶對接。

3)在產(chǎn)品詳細設(shè)計階段，企業(yè)技術(shù)人員依據(jù)真空機組技術(shù)方案，列出詳細的零部件信息并設(shè)計出完整的工藝BOM。

4)在產(chǎn)品生產(chǎn)制造階段，企業(yè)相關(guān)人員將工藝BOM轉(zhuǎn)化為制造BOM，安排好真空機組準備、采購、加工、裝配、調(diào)試等過程，并監(jiān)控生產(chǎn)全過程，確保產(chǎn)品的可靠性。

5)在產(chǎn)品服務(wù)階段，按照客戶需求，為客戶安排物流，企業(yè)服務(wù)人員進行售后操作。

客戶訂單與真空PLC有著頗大的關(guān)系，真空PLC各階段都是隨著客戶訂單狀態(tài)的變更逐步推進的，它們的對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

1.2 訂單生命周期的演變流程

真空制造企業(yè)的一切活動都是圍繞真空產(chǎn)品訂單展開的，如圖2所示，訂單經(jīng)過錄入、審核、拆分、配置、調(diào)度等一系列操作后，直到客戶確認收貨方可結(jié)束生命周期。

圖2 訂單生命周期演變流程

2 真空PLM系統(tǒng)的主要功能及體系架構(gòu)

真空PLM系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)庫、云計算、無線傳感等計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為基礎(chǔ)，實現(xiàn)將離散的資源統(tǒng)一管理[11]，可以有效地提高不同訂單需求的產(chǎn)品研發(fā)效率，縮短研發(fā)周期，實現(xiàn)研發(fā)過程的協(xié)同工作，并大大縮短產(chǎn)品的上市周期，降低產(chǎn)品成本。

2.1 真空PLM系統(tǒng)的主要功能

通過對真空PLC各階段內(nèi)容及真空機組制造企業(yè)工作人員工作類型的調(diào)研和分析，本文提出了如圖3所示的真空PLM系統(tǒng)的主要功能，它們貫穿于真空PLC的各個階段。

圖3 真空機組PLM系統(tǒng)的主要功能

1)訂單管理提供客戶訂單信息的輸入與查詢操作，所述訂單信息包括當前及以往所有客戶個人信息、客戶來源信息、真空訂單信息以及客戶與企業(yè)交流中關(guān)于產(chǎn)品的所有記錄信息。

2)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理是對真空機組本身的數(shù)據(jù)信息、PLC中的研發(fā)設(shè)計、產(chǎn)品模型、生產(chǎn)裝配、運行調(diào)試等各種信息的管理等，它可以提供上述信息的寫入、調(diào)用、替換等功能。

3)供應(yīng)鏈管理包括庫存管理、采購管理、物流管理等，主要用來監(jiān)控企業(yè)倉庫內(nèi)所有物品的來源、型號、數(shù)量及質(zhì)量等重要信息以及采購計劃的制定、采購訂單的發(fā)起、采購件質(zhì)量的檢驗、供應(yīng)商的管理等。

4)組織協(xié)同管理是對不同部門的工作流管理，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)對象可及時觸發(fā)相應(yīng)的工作流，縮短部門間等待時間，保證信息流通的便捷性、高效性和可靠性。

5)資源管理是對客戶、企業(yè)技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備、防故障預(yù)案等資源的管理，保證企業(yè)生產(chǎn)的可靠性以及企業(yè)發(fā)展的持續(xù)性。

6)系統(tǒng)安全管理實現(xiàn)用戶身份驗證、權(quán)限管理、系統(tǒng)日志記錄管理的功能。包括為登陸用戶分配操作權(quán)限，監(jiān)視系統(tǒng)中發(fā)生的事件，防止惡意攻擊等。

2.2 真空PLM系統(tǒng)的體系架構(gòu)

目前，在軟件系統(tǒng)的體系架構(gòu)設(shè)計中，最常用的是1種3層分布式B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器)系統(tǒng)架構(gòu)，簡化了客戶端計算機的負擔，帶給用戶的操作體驗更好。如圖4所示，B/S的3層體系結(jié)構(gòu)自頂而下分別為界面表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。

圖4 真空PLM系統(tǒng)的體系架構(gòu)

界面表示層為客戶提供一種良好的人機交互界面，用于接收用戶輸入的請求并返回用戶需要的數(shù)據(jù)。

業(yè)務(wù)邏輯層位于數(shù)據(jù)訪問層和界面表示層之間，它負責處理與業(yè)務(wù)相關(guān)的部分，包括定義業(yè)務(wù)中的對象、業(yè)務(wù)規(guī)則、業(yè)務(wù)流的邏輯關(guān)系等內(nèi)容。

數(shù)據(jù)訪問層給系統(tǒng)賦予了可通過RFID、二維碼、傳感器技術(shù)、視頻網(wǎng)絡(luò)、GPS追蹤技術(shù)、激光掃描等數(shù)據(jù)感知技術(shù)采集到的數(shù)據(jù)。

3 訂單驅(qū)動的真空PLM信息模型

客戶訂單的差異性，導致真空產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)具有復(fù)雜性，為了及時響應(yīng)客戶需求，實現(xiàn)真空PLC不同階段信息的交流與共享，需要以真空機組PLM系統(tǒng)的功能為基礎(chǔ)建立PLM信息模型，為PLM系統(tǒng)的開發(fā)提供依據(jù)。

3.1 全局管理信息模型

以訂單形式，分別保存對應(yīng)真空PLC信息，不僅方便企業(yè)追蹤訂單狀態(tài)，還使得客戶信息和產(chǎn)品信息的搜尋更加便捷。根據(jù)李有堂等[12]提出的終端建模原理中模塊細分原則，建立的真空PLC信息全局結(jié)構(gòu)模型如圖5所示。

圖5 真空PLC全局信息模型

依據(jù)子模塊是對父模塊實現(xiàn)功能細化的原則，以訂單i模塊為例，將其劃分為5個階段，然后將這5個階段再進行劃分。上述的子模塊有些可細分為其他模塊，例如在產(chǎn)品詳細設(shè)計階段，工藝BOM設(shè)計模塊還可細分為加工工藝BOM、設(shè)計和裝配BOM設(shè)計2個子模塊；在產(chǎn)品服務(wù)階段，維護模塊可細分為客戶交互信息、安裝培訓、產(chǎn)品保養(yǎng)及維修3個子模塊。

3.2 訂單管理信息模型

在真空機組PLM信息中，與客戶訂單相關(guān)的信息最為重要，因為客戶訂單是企業(yè)寶貴財富，訂單中不論是客戶的個人信息，還是客戶與真空機組的交互信息，都是企業(yè)改進產(chǎn)品、開拓市場的助力器。為了幫助企業(yè)對訂單資源進行有效管理，本文使用統(tǒng)一建模語言(UML)建立如圖6所示的訂單管理信息模型。

圖6 訂單管理信息模型

4 真空機組PLM系統(tǒng)開發(fā)

根據(jù)上述提出的真空機組PLM系統(tǒng)的主要功能、更為完善的體系架構(gòu)及信息模型，借助Java編程語言、MyEclipse編輯器、Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、JavaScript腳本語言、HTML網(wǎng)頁描述語言、Tomcat服務(wù)器和Windows操作系統(tǒng)等工具開發(fā)基于Web的真空機組PLM系統(tǒng)。該系統(tǒng)開發(fā)完成后，于江陰某公司進行試驗，該公司是依據(jù)客戶需求對真空機組進行研發(fā)、生產(chǎn)的科技型公司，屬于一種基于訂單驅(qū)動的經(jīng)營模式。經(jīng)試驗，發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)能夠完整保存客戶訂單的所有信息和追蹤真空機組PLC信息，為企業(yè)積累經(jīng)驗、發(fā)現(xiàn)不足、改善創(chuàng)新提供寶貴資源。其中，真空機組PLM系統(tǒng)登錄界面如圖7所示，已完成訂單信息基本內(nèi)容如圖8所示。

圖7 PLM系統(tǒng)登錄界面

圖8 已完成訂單信息基本內(nèi)容界面

5 結(jié)語

本文在離散型企業(yè)客戶訂單復(fù)雜多變的背景下，以真空機組為產(chǎn)品案例進行了研究：

1)梳理了訂單對真空PLC各階段的驅(qū)動關(guān)系，描述了真空機組PLM系統(tǒng)的主要功能，構(gòu)建了更為完善的系統(tǒng)體系架構(gòu)。

2)基于模塊細分原則對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了劃分，并對訂單管理信息建立了UML靜態(tài)模型，為PLM系統(tǒng)的開發(fā)提供了依據(jù)。

3)開發(fā)了一個真空機組的PLM系統(tǒng)并在真空產(chǎn)品制造企業(yè)進行試驗，證明本文研究具有可行性。

在與企業(yè)生產(chǎn)實際接洽過程中，發(fā)現(xiàn)企業(yè)基于訂單驅(qū)動的生產(chǎn)情況比較混亂，無法根據(jù)訂單優(yōu)先程度有序安排生產(chǎn)和得出可靠真空產(chǎn)品加工方案，這將作為下一步研究工作的重點。