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數字化文章-PLM的產品結構管理在電路模塊產品應用研究 [ 2022-1-15] 點擊數量:40 [ 打印此文章 ]

PLM的產品結構管理在電路模塊產品應用研究

   來源:互聯網    作者:程琨  汪飛燕      
關鍵字:產品結構管理  電路模塊  PLM  
本文介紹了PLM中產品結構管理在電路模塊產品應用過程中存在的問題,闡述了電路模塊產品研發結構管理,以及在產品全生命周期管理方面的應用。
1 因素分析
       1.1 電路模塊產品的自身特點
       電路模塊行業具有不同于整機和民用電子行業的顯著特點,主要包括以下方面:
       (1)在產品特點方面,電路模塊結構相對簡單,通常采取單層的元器件明細表來實現BOM的功能。
       (2)在行業特征方面。軍工電路模塊產品屬于典型的多品種小批量業務,客戶在整個產品生命周期過程中具有強大的話語權,產品以定制開發為主。研制周期短,產品通用性差。
       (3)在產品體系方面。電路模塊研制單位一般有多個產品門類,每個門類下積累了眾多產品系列,甚至部分產品不成系列。
       (4)在質量管理方面,具有嚴格的狀態管控要求,設計定型后很難進行產品的改良、改進,很少產品出現定型后的版本更新。
       (5)在產品研發方面,一般是小團隊開發為主,甚至部分單位以單個實際是獨立研發為主,很少有設計的分工。
       1.2 一般應用方式與電路模塊的差異分析
       產品結構管理一般是通過產品結構樹的建立。對產品結構層級、相關的文檔關系和版本進行管理,通過多層的產品結構展開,逐層管控到物料。但產品結構管理的傳統方式很難直接適用于電路模塊產品。主要包括:
       (1)傳統的產品結構樹是基于實物結構建立的。電路模塊本身就位于整個系統結構樹的底層。很難再去對它進行拆解。產品結構管理應用的目標之一是通過產品的分解,實現設計分工、派工。而在元器件單位產品基本不再實施分層派工,一般由一個設計師獨立完成整個產品的設計。如圖1所示
產品結構樹模型
圖1 產品結構樹模型

       (2)整機行業的產品一般是在低版本產品上衍生出來,存在大量的整件、部件、零件借用關系。元器件由于受到用戶產品狀態管控的要求,很難進行產品自主升級。大量的客戶化定制,產品差異化明顯。
       1.3 問題分析
       模塊電路研制單位普遍存在以下問題:
       (1)研發周期難以滿足客戶需求模塊電路產品由于多由設計師獨立完成,新產品設計每次都需要從單元電路設計、整機設計、整機驗證等活動。對于差異化定制的模塊電路產品,個體在同類型產品上能夠積累的經驗是有限的。產品設計周期基本由設計師自身的設計能力決定。而這種個體設計能力很難量化評估和準確判斷。且無法形成統一的工作標準,所以產品的研制周期波動較大,難以滿足用戶需求。
       (2)研發質量管控難度大一方面產品研發依靠個體力量完成,產品對企業的知識利用不充分,產品驗證難以保證充分;另一方面在外邊技術支持方面,相關技術人員沒有有效地參與到項目研制中。無法在設計評審和項目指導中給予深人有效的意見和建議。兩方面造成產品研制的質量難以保證。
       (3)企業知識利用不充分模塊電路研制單位產品技術檔案的保持與使用一般通過紙質圖文檔實現,即使部分單位使用了PDM系統進行管理,也多是對產品整件圖紙的管控。整件圖紙在其他產品研制中的復用和借鑒相對困難,需要設計人員先掌握源產品的基本設計思路,從中找出可借鑒的信息。這也導致模塊電路研制單位圖紙在新產品設計過程的設計調用很少發生。更多地依靠設計師個體間的互動交流來獲取知識。這就造成模塊電路研制單位產品研制周期失控、研發質量失控、知識管理失效等突出問題。
2 產品結構管理的基本方法
       產品結構指用于描述各種零部件如何組成產品的結構。產品結構體現了零部件之間的裝配關系。產品結構管理是產品數據組織和管理的一種形式,它以數據電子倉庫為其底層支持。以材料明細表為其組織核心,定義最終產品數據的組織、管理與控制,并在一定的目標或約束下,向用戶或應用系統提供產品結構的不同試圖和描述。主要包括產品結構層次關系管理,基于文件夾的產品一文檔關系管理和產品版本管理等。
       2.1 產品結構樹管理
       產品根據裝配的層級,按照單機、組件、部件、器件、元件等層級逐級分解形成的分層樹狀結構稱之為產品結構樹,如圖2所示。產品結構樹管理的原理就是通過將各層級及其之間的邏輯關系來描述以產品結構模型為基礎的整個產品信息,再對各層級的對象進行編碼、命名、屬性管理和版本管理。通過產品樹的建立向分層單元的設計組織派工,按照統一的標準規范開展分層研制,并通過產品結構樹對整個項目進行跟蹤管控。
產品數管理模型
圖2 產品數管理模型

       2.2 圖文檔管理及版本管理
       在產品結構樹下建立相應的文件夾,在文件夾下歸集產品相關的設計圖紙、BOM清單、工藝文件、檢驗規范、設計說明等文件。對相關文件進行結合項目研制的階段和變更規則。進行版本管理。如圖3所示。
圖文檔管理模型
圖3 圖文檔管理模型

       這些文檔都將存放于PLM系統服務器的電子倉庫,系統支持多維度的查詢,并支持對電子文檔的借用管理,將跨產品間的文檔借用建立關聯關系,以便于質量追溯。
       但傳統的產品樹一般是基于實物的分層管理,對各層的屬性、邊界可以自上而下地進行約定。各實物層可以容易形成標準的CBB模塊,便于為其他項目研制借用、借鑒。從而形成企業的知識平臺。
3 應用研究
       電路模塊產品結構相對簡單,一般由基板(PCB版、陶瓷基板)、外殼、阻容器件、各類芯片、導線、變壓器\電感\傳感器等功能器件組成。組裝方式一般是按照一定的工藝順序將各類器件組裝在基板或直接裝配在外殼上。形成一個具有特定功能的電路模塊。實物層幾乎可以看成一個平面。但實際上任何一類電路模塊都會有若干個功能單元與結構件組成,只是這些功能單元是通過固化在基板上電路與器件組合而成,且功能單元大多共用基板,部分甚至會共用器件,不易進行實物分割。對于電路模塊產品可以通過功能單元的分解建立虛擬化的功能層。再向下分解器件,來建立產品結構樹。
       3.1 電路模塊產品結構樹的建立
       電路模塊產品以功能單元加實物單元組合的方式建立產品結構樹。其中功能單元主要來源于電路模塊產品的設計原理和設計規范。以DC/DC變換器模塊為例,DC/DC變化器從電路功能角度來分,可以分為以下幾個部分:輸入濾波、控制部分、功率變換、整理濾波、反饋回路及變壓器,它們共同組成了一完整的DC/DC變化器的電路結構,實現閉環控制。功能框圖如圖4所示。
DC/DC電源模塊功能框圖
圖4 DC/DC電源模塊功能框圖

       根據DC/DC變換器的功能單元,向下分解出元件物料,形成產品結構樹。DC/DC電源可以是多路組合,可以在各自的功率單元下進行分別描述。如圖5所示。
DC/DC電源模塊結構樹模型
圖5 DC/DC電源模塊結構樹模型

       3.2 對功能單元進行分類建庫
       每個功能單元一般會有相對固定的實現方法,需要將這些實現方法整理、分類,通過對每一類電路模塊產品的功能單元定義,約定名稱、編碼、特征等管理要素。形成同類產品的設計模型庫,如圖6所示。在此模型庫下,通過項目的積累不斷地豐富庫的內容,逐步形成企業的產品知識平臺。
DC/DC電源功能分解模型
圖6 DC/DC電源功能分解模型

       3.3 對功能單元實施圖文檔管理
       通過設計規范,對功能單元進行定義,明確該功能單元項下應歸集的文檔類型,分支下的物料歸屬界定,設計的相關說明文檔,形成功能單元的文檔管理規范。
4 產品結構管理的應用
       通過產品結構管理和設計模型庫的建設,對新產品設計提供極大的支撐,如圖7所示為產品結構管理對產品全生命周期中的支持模型。
產品結構管理在產品全生命周期的支持模型
圖7 產品結構管理在產品全生命周期的支持模型

       (1)設計師接受新的研發任務時,可以調閱客戶歷史的需求。掌握客戶偏好和特殊需求。
       (2)在確定設計方案時可以快速地從已建立的設計模型控制選擇現有的功能單元設計方案,組合形成新項目的設計方案。也可以查詢相近產品的設計方案,在此基礎上修改完善。
       (3)在單元電路設計時,可借鑒所有歷史曾經歸集的單元電路設計案例,其中包括經過專家評審確定CBB模塊。
       (4)在設計技術和驗證活動中,由于所引用的功能單元已經經過相應的設計計算和功能驗證,相關數據可以直接引用,只需在此基礎上豐富完善即可。
       (5)在評審階段,可將該產品引用的各功能單元電路原作者邀請加入評審組,由于對各自的功能單元比較了解,對原功能單元電路存在出現的問題和潛在的故障有直接的認識,能夠給予新產品設計真實、有效的反饋意見。
       (6)產品設計優化同時也可以按照對設計數據庫的不斷優化完善。并可對已設計的產品提出同步改進意見。
       (7)產品定型時,各功能單元電路同步歸檔,不斷豐富產品設計模型庫。
       (8)在產品定型后,出現質量問題,相關的整個措施,可以通過功能單元的借用關系進行反追溯到其他產品,分析影響,實現真正的舉一反三。
5 結語
       基于PLM系統的產品結構管理,在制造業已經大量應用并取得成效。在軍用電路模塊產品應用研究將有效地提升研發的效率、改善研發質量、加速設計人員成長、構建企業技術知識體系。



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