苗壯，江涌濤，楊錫森

（江蘇自動化研究所，江蘇連云港 222006）

隨著軍工院所現(xiàn)代化進程的快速推進，對高、精、尖型號系統(tǒng)裝備的可靠性、保障性、維修性、可靠性提出了更為苛刻的要求，因此,必須對產(chǎn)品整個生命周期進行數(shù)字化創(chuàng)新協(xié)同管理。部分軍工院所的產(chǎn)品研發(fā)模式[1-2]處于節(jié)點分散式運作狀態(tài)，科研人員無法把握產(chǎn)品的實時信息，制約了產(chǎn)品創(chuàng)新能力的提升，急需形成產(chǎn)品的全壽命周期管理，實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，為產(chǎn)品創(chuàng)新能力奠定基礎(chǔ)，以產(chǎn)品數(shù)據(jù)貫通帶動產(chǎn)品創(chuàng)新，以創(chuàng)新帶動智慧院所的建設(shè)，全面提升產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計創(chuàng)新能力。

對于一個產(chǎn)品，從需求分析、詳細設(shè)計、工藝設(shè)計、生產(chǎn)制造到后期維護，直至報廢的全流程管理方式被稱為產(chǎn)品全壽命管理[3-5]（Product Life-cycle Management，PLM）。它是一種以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management，PDM）[6-8]為中心，以面向服務(wù)架構(gòu)（Service Oriented Architect，SOA）[9-11]為系統(tǒng)架構(gòu)，以產(chǎn)品物料清單（Bill of Material，BOM）[12-16]為主干，對產(chǎn)品需求分析、技術(shù)設(shè)計、原型試制、產(chǎn)品試驗、服務(wù)保障進行全過程實時管控，實現(xiàn)研制流程信息化以及進一步的知識創(chuàng)新和應(yīng)用。推進業(yè)務(wù)的精益管理，提升流程自動化水平，形成精細化、透明、閉環(huán)的全過程管理，支持全過程的數(shù)字化協(xié)同和并行工程。

1 產(chǎn)品全壽命周期管理系統(tǒng)設(shè)計

1.1 功能模塊設(shè)計

PLM 系統(tǒng)包括零部件管理、圖文管理、BOM 管理、流程管理、更改管理、可視化管理、用戶和安全控制管理、工藝管理八個模塊，如圖1所示。

圖1 PLM總體功能架構(gòu)

PLM 系統(tǒng)具體功能構(gòu)成如下：

零部件管理：通過定制產(chǎn)品模型的方式，把所有系列產(chǎn)品都通過產(chǎn)品樹進行管理。支持不同產(chǎn)品類型、不同產(chǎn)品系列等建立不同產(chǎn)品的不同屬性，并進行維護。

圖文管理：實現(xiàn)對圖紙/文檔的版本管理與權(quán)限控制，不同的版本存儲各階段屬性信息，并支持文檔齊套性檢查，自帶不同類型文檔模板、不同尺寸圖紙圖框。

流程管理：提供圖形化的流程編輯工具，定義審批流程，支持查詢流程歷史記錄和正在運行的流程，并在流程結(jié)束后記錄流程審簽人員信息。

BOM 管理：支持科研人員創(chuàng)建和編輯零部件結(jié)構(gòu)，并且可對版本、版次進行管理，建立零部件與圖文檔、零部件間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對任意兩個BOM 進行比較，并生成產(chǎn)品配套明細表、匯總表等。

可視化管理：支持廣泛的CAD 源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和查看瀏覽，提供相應(yīng)的JT 轉(zhuǎn)換插件，使得來源于不同CAD 工具的數(shù)模能夠輕松錄入PLM，并組裝在一起，應(yīng)用于協(xié)同設(shè)計和模擬驗證等工程中。

用戶和安全控制管理：基于訪問規(guī)則列表的權(quán)限管理體系，支持對不同組織、項目、角色、人員的訪問管理，實現(xiàn)對特定數(shù)據(jù)的安全控制。

更改管理：實現(xiàn)設(shè)計變更的電子化，參與更改審核的角色可以在系統(tǒng)中完成審核、評估，并將更改單作為審核、評估對象。

工藝管理：支持對工藝資源庫進行分類創(chuàng)建，實現(xiàn)對工藝資源的增加、刪除、編輯等操作。實現(xiàn)機加、裝配、電裝等多種工藝類型的設(shè)計工作，能夠輸出工藝卡片、作業(yè)指導(dǎo)書。

1.2 集成接口設(shè)計

基于PLM 系統(tǒng)框架實現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計與工藝全面管控，打通與AutoCAD、Office、Cadence 等設(shè)計工具及PM、ERP、MES、MDM 等信息化系統(tǒng)的集成應(yīng)用。PLM 系統(tǒng)集成架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 PLM系統(tǒng)集成架構(gòu)

PLM系統(tǒng)與AutoCAD集成，科研人員在AutoCAD上進行二維工程圖的繪制，通過與PLM 系統(tǒng)的緊密集成應(yīng)用，實現(xiàn)設(shè)計過程中圖紙、BOM 等數(shù)據(jù)的傳遞，實現(xiàn)基于PLM 系統(tǒng)的業(yè)務(wù)過程緊密集成。

PLM 系統(tǒng)與Cadence 實現(xiàn)應(yīng)用集成，向PLM 系統(tǒng)同步原理圖、PCB 版圖等數(shù)據(jù)。

PLM 系統(tǒng)與Office 集成，實現(xiàn)科研人員在本地使用Office 編輯文檔后，上傳并保存到PLM，以及在Office 端打開PLM 中的文檔，實現(xiàn)文檔雙向傳遞。

PLM 系統(tǒng)與MDM 系統(tǒng)集成，實現(xiàn)基礎(chǔ)物料的集成應(yīng)用，包括人員、物料、項目、標準工序等，能夠保證數(shù)據(jù)的唯一性。

PLM 系統(tǒng)與ERP 系統(tǒng)、MES 系統(tǒng)集成，實現(xiàn)圖紙、BOM、工藝路線、更改通知單、問題報告、調(diào)試/檢驗細則等設(shè)計數(shù)據(jù)的集成，初步打通產(chǎn)品設(shè)計、工藝、制造各環(huán)節(jié)，實現(xiàn)設(shè)計工藝制造一體化。

PLM 系統(tǒng)與PM 系統(tǒng)集成，通過PM 系統(tǒng)向PLM系統(tǒng)同步項目任務(wù)及時間等信息,PLM 系統(tǒng)為PM 系統(tǒng)反饋任務(wù)的進度及結(jié)果，實現(xiàn)項目進度管控。

PLM 系統(tǒng)與軟件項目管理集成，實現(xiàn)對軟件項目文檔的集中管控。

PLM 系統(tǒng)與知識管理系統(tǒng)集成，實現(xiàn)在任務(wù)前推送知識，任務(wù)中應(yīng)用知識，任務(wù)后沉淀知識，達到知識與業(yè)務(wù)的深度融合，提高知識的重用率，提高設(shè)計效率和工藝的規(guī)范性。

2 產(chǎn)品全壽命周期管理系統(tǒng)實現(xiàn)

首先，項目負責(zé)人在PLM 中完成項目與項目計劃的接收與下發(fā)。然后，總體方案負責(zé)人在線上完成總體方案等文檔的編輯。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員通過CAD工具完成圖紙、BOM 等的設(shè)計工作。電氣設(shè)計人員通過PCB 工具完成電氣原理圖的繪制等工作。最后，工藝人員根據(jù)圖紙信息，完成工藝設(shè)計。數(shù)字化產(chǎn)品研發(fā)主流程如圖3 所示。

圖3 數(shù)字化產(chǎn)品研發(fā)主流程

2.1 項目/任務(wù)創(chuàng)建及下發(fā)

項目/任務(wù)創(chuàng)建及下發(fā)步驟如下：

步驟一：項目負責(zé)人在PLM 中接收項目管理系統(tǒng)同步的項目信息及項目計劃。

步驟二：由項目負責(zé)人組建項目團隊，并設(shè)置權(quán)限。

步驟三：項目負責(zé)人根據(jù)項目計劃，對任務(wù)負責(zé)人下發(fā)任務(wù)。任務(wù)負責(zé)人在接收任務(wù)和完成任務(wù)后，系統(tǒng)自動將任務(wù)進度反饋給項目管理系統(tǒng)。

步驟四：任務(wù)負責(zé)人根據(jù)任務(wù)的難易程度、工作體量進行任務(wù)細化，并將細化任務(wù)下發(fā)給下級任務(wù)負責(zé)人。下級任務(wù)負責(zé)人同樣在接收任務(wù)和完成任務(wù)后，系統(tǒng)自動將任務(wù)進度反饋給項目管理系統(tǒng)。

2.2 文檔在線編輯

文檔在線編輯步驟如下：

步驟一：任務(wù)負責(zé)人接收到文檔設(shè)計任務(wù)并確認后，系統(tǒng)將進度反饋給項目管理系統(tǒng)，調(diào)用項目文檔或技術(shù)文檔模板創(chuàng)建文件。

步驟二：雙擊打開文檔模板，進行文檔編輯。

步驟三：文檔編輯后，發(fā)起在線流程審批，并確認完成任務(wù)，系統(tǒng)自動將任務(wù)進度反饋給項目管理系統(tǒng)。

2.3 圖紙在線設(shè)計

圖紙在線設(shè)計步驟如下：

步驟一：任務(wù)負責(zé)人接收到結(jié)構(gòu)圖紙設(shè)計任務(wù)并確認后，系統(tǒng)將進度反饋給項目管理系統(tǒng)。

步驟二：任務(wù)負責(zé)人打開CAD 工具，通過集成菜單登陸PLM 系統(tǒng)，并進行圖紙初始化操作。

步驟三：圖紙初始化后，選擇“級類型種”向主數(shù)據(jù)系統(tǒng)申請圖號，并編輯標題欄，繪制圖紙；編輯明細欄，保存圖紙并上傳至PLM 系統(tǒng)。

步驟四：登陸PLM 系統(tǒng)查看圖紙和BOM 是否有誤，若沒有問題，提交在線審批流程。

如圖4 所示，通過“PLM 接口功能”實現(xiàn)了圖紙模板的初始化、標題欄在線編輯、編輯明細欄等工作，達到了標準化、快速化繪制圖等目標。

圖4 圖紙在線設(shè)計

圖紙審批流程采用五級審批，即圖紙所有者、小組領(lǐng)導(dǎo)、工藝人員、標準化人員、部領(lǐng)導(dǎo)五人審核。每級審核人員均可完成對圖紙的圈閱，圈閱內(nèi)容作為新圖層存儲在圖紙附件上，不影響圖紙原內(nèi)容；每級審核人員對圖紙不通過審核，均將圖紙退回給圖紙所有者，需要作者重新作圖，并發(fā)起流程，避免了圖紙被重復(fù)審核退回；圖紙所有者還可以選中多張圖紙，選擇一個審批流程模板完成圖紙的批量審批，避免對圖紙的逐一審批。

2.4 工藝在線設(shè)計

工藝在線設(shè)計步驟如下：

步驟一：若做加工工藝，需要完成加工工序、指派工藝資源、創(chuàng)建數(shù)控程序、創(chuàng)建加工工步。

步驟二：若做裝配工藝，需要添加工藝件、創(chuàng)建裝配工藝、創(chuàng)建裝配工序、指派消耗件、創(chuàng)建裝配工藝。

步驟三：在完成加工/裝配工藝后，系統(tǒng)將生成工藝卡片，并發(fā)起工藝審批。

步驟四：工藝批準后，PLM 將BOM、工藝路線及文件同步給ERP，供生產(chǎn)管理人員完成采購、投產(chǎn)、生產(chǎn)計劃制定、工時定額等工作。PLM 系統(tǒng)將工藝路線、作業(yè)指導(dǎo)書等通用文件同步給ERP，供操作工完成生產(chǎn)作業(yè)。

圖紙發(fā)布后，系統(tǒng)自動將對應(yīng)的設(shè)計BOM（即EBOM）同步給下游系統(tǒng)。然后工藝人員對圖紙進行編輯工藝，同時會對EBOM 增加工藝件、增加緊固件、變更原材料等操作，用于完成裝配或加工工藝。因此，在工藝完成審批后，系統(tǒng)將工藝BOM（即PBOM）同步給下游系統(tǒng)，EBOM 和PBOM 組成如圖5所示。

圖5 EBOM和PBOM組成

3 系統(tǒng)上線達成效果

PLM 系統(tǒng)上線前完成技術(shù)文檔、圖紙、工藝的在線設(shè)計、在線簽署、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)自動匯總、變更管理、設(shè)計庫管理與應(yīng)用等功能開發(fā)。針對PLM 涉及的企標件命名規(guī)則、結(jié)構(gòu)BOM與電氣BOM層次關(guān)系、技術(shù)更改管理、轉(zhuǎn)階段管理等業(yè)務(wù)流程，確定方案并完成系統(tǒng)功能開發(fā)、測試。對比上線前的業(yè)務(wù)現(xiàn)狀，如表1所示。

表1 PLM系統(tǒng)上線后達成效果

4 結(jié)論

通過分析建設(shè)產(chǎn)品全壽命周期管理系統(tǒng)的必要性，研究產(chǎn)品全壽命周期管理系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)，通過對零部件管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、流程管理、變更管理等模塊的設(shè)計，打通與ERP、MES、MDM 等信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)流，打破數(shù)據(jù)孤島，創(chuàng)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)研制平臺。通過一年上線運行，證明了該文研究成果的可行性、可用性和優(yōu)越性。