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數字化文章-重型裝備研發型制造企業PLM系統的關鍵技術 [ 2022-1-15] 點擊數量:36 [ 打印此文章 ]

重型裝備研發型制造企業PLM系統的關鍵技術

來源:互聯網    作者:邢宗緒  張栓印      
關鍵字:PLM  定制產品  研發設計管理  
PLM系統是重型裝備研發型制造企業信息化的重要集成平臺。根據重型裝備研發型制造企業的經營特點及需求,對PLM系統關鍵技術進行綜述,為今后企業實施PLM系統提供參考。
0 引言
       重型裝備具有種類多、生命周期長、設計驗證難度大、針對性強、運行環境與狀態復雜等特點。研發與制造企業經常面臨著產品定制設計、產品品種多樣化、設計資料版本管理亂、產品資料數據同源性難以保證、協同設計效率低、項目管理失控等現實問題。企業雖然已經有CAD、CAM、ERP等局部信息化工具或系統,但各個系統間缺乏有效銜接,缺乏頂層設計,實施效果不理想。
       PLM(Product Lifecycle Management)系統稱之為產品全生命周期管理系統,它是通過信息化管理支持平臺,對產品從創建到使用,更新到換代等全生命周期進行管理,能夠有效解決重型裝備研發與制造企業所面臨的問題。PLM的核心是產品數據的有序管理、設計過程的優化和資源的共享,是支持快速研發過程的協同管理的一個集成協同框架,在企業內部(可以是分散在多個地點的企業內部),支持產品全生命周期的信息的創建、管理、分發和應用,它能夠集成與產品相關的人力資源、流程、應用系統和信息。筆者針對重型裝備研發制造企業的特點,對PLM系統幾個關鍵集成技術進行探討。
1 重型裝備研發型制造企業的研制與經營特點
       重型裝備作為高端裝備,廣泛應用于能源、交通、船舶、工程機械、冶金、航空航天、軍工等重點行業和領域。重型裝備研制周期長,階段復雜,包括前期調研、設計、制造、采購、配套、安裝、調試、交付及質量控制與售后服務等,在這些過程中會產生大量的數據。通常重型裝備技術含量高,其制造需要較多的專用設備,因此,企業的經營更適合采用重研發、輕制造的經營模式,即企業在掌握和控制核心技術的前提下,主要依賴社會優質資源來實現制造。這種模式雖然有利于成本的控制,但給產品的全生命周期數據管理帶來許多問題。其主要特點概括如下。
       (1)個性化定制。重型裝備大多數屬于專用設備,用戶一般都有自己的工藝要求,變型設計類型相對較多,非標與定制特征明顯。雖然每個產品都需要重新設計,但設計對象的產品族特點明顯。通常變型產品在企業整個產品的設計制造中占有絕對比例,企業需要最大程度地利用定制產品之間在設計和制造工藝上的相似性提高設計效率和生產效率。
       (2)產品生命周期鏈不完整,但關注點突出。重型裝備研發型制造企業通常研發設計能力較強,生產制造能力相對較弱,企業關注的是對核心技術的掌控以及最終完成產品成套,其制造加工過程通過外協、外購來完成。除此之外,企業確實難以完成的某些關鍵技術還需要外包。因此,企業所掌握的產品全生命周期數據鏈并不完整。
       (3)高度重視協同設計。為獲得市場競爭優勢、適應市場需求的快速變化,企業的研發組織結構已經由過去的物理集中向物理分散轉變,無論在企業內部或外部,本地或異地,研發、設計、制造需要多家單位、不同機構之間的交流與并行工作,企業需要克服時間、空間等限制,形成一個便于群體相互協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同地完成工作,這種轉變只能依靠信息化系統支持才能實現。
2 重型裝備研發型制造企業面臨的主要問題
       在市場經濟環境下,重型裝備研發型制造企業是按訂單設計制造。產品類型多,項目階段多,并行項目多,造成研發管理比較復雜,通常面臨的主要問題如下。
       (1)難以保證產品數據的一致性:①產品數據版本信息管理不完善,缺乏過程版本,可追溯性差;②技術文件審核過程中,紙質文檔與電子文檔分離并同時存在,一致性難以保證;③圖紙查找困難,設計人員大量的時間花費在數據查找上;④安全保密無法保障,產品全部數據雖說存放在計算機中,但數據易受到非法的調用、復制、修改。
       (2)產品結構依靠手工管理:①需要手工整理產品結構信息,容易出現錯誤且效率低下;②產品結構沒有版本控制;③零部件的替代關系沒有有效地管理,不能有效地判斷零部件對應的替代件。
       (3)缺乏規范的編碼體系,難以保證零件信息的準確性:①同一個零件在不同的項目中可能有多個編碼值存在,導致編碼需要專門人員進行匹配識別;②編碼新增申請過程難以校驗,可能出現重復申請,存在一碼多物;③編碼的創建過程依靠手工操作,易產生導致數據不規范、不一致的情況。
       (4)流程管理費時耗力:最大的問題是管理以紙質為準,流程執行時間過長。
       (5)更改管理難以控制,差錯較多:①缺乏信息化系統支持的變更流程,變更請求和變更單多數仍為紙介質,傳遞、更改過程耗時長,并且經常造成數據錯誤;②對變更歷史缺乏有效的管理,不能有效地對變更進行追溯,缺乏對產品數據關聯關系的有效管理;③變更控制不嚴,導致設計過程和制造過程中頻繁出現變更,耗費了大量的時間和人力上的成本。
       (6)項目管理水平較低,計劃能力不強,執行效果較差:①項目計劃的管控模式無法支撐項目的全周期管控,設計、生產、質量等各種計劃數據流之間存在斷點;②項目計劃難以與最終的交付物進行緊密關聯,無法準確監控項目中每一個項目成員或節點的進度和任務執行情況;③現有管理模式無法支撐多項目監控與資源的平衡,多項目的執行情況沒有可及時更新的統計圖表,無法同時對比分析多項目的執行情況;④缺乏項目組人員工作負荷的統計監控,無法對工作量、工作強度進行平衡;⑤現有管理模式無法支撐項目風險的管控,缺乏項目風險的定義、分類和預警,無法在項目的關鍵節點、瓶頸資源處對已知風險做出提示。
       上述問題反映了重型裝備研發型制造企業對PLM系統的期望,即:統一和規范數據管理,建立完善的數據管理機制;統一變更管理和流程管理,固化業務流程,增強流程的反饋和查詢;規范設計方法;加強知識的共享與重用,研發人員可以方便的進行數據查詢和應用。
3 重型裝備研發型制造企業PLM系統的關鍵技術
       對重型裝備研發型制造企業來說,其關注的核心是企業研發能力的提高和研發管理能力的提升。企業對PLM系統的要求,主要是如何更好地支撐企業的研發業務,幫助企業實現提高交付質量、縮短交付周期、降低交付成本的目標。圍繞這一目標,PLM系統的關鍵技術在以下方面。
       (1)編碼管理 對產品設計數據和文檔等存在于PLM系統中的所有對象規定具有唯一性、擴充性、簡明性、適用性、規范性的編碼規則是實施PLM系統的基礎,科學合理的編碼規則也是企業用好PLM系統的保證,它保證了在研發設計過程中所有輸入與輸出對象的規范化。
       產品設計數據的編碼包括:①企業的信息碼。對于項目數據來說,需要區分有多個參與研發的單位的信息;②產品分類碼。包括產品分類、產品結構層級分類,以及制造件、外購件、企標件、標準件分類,等等;③細化分類碼;④規格識別碼;⑤特征碼;⑥流水碼。企業可根據具體情況予以規劃。
       文檔的編碼可視具體情況分類,一般應至少分為產品設計類文檔和普通文檔。產品設計類主要是對研發設計過程中各個階段的輸出文檔模板進行編碼規范;普通文檔對除產品設計類之外的其他文檔模板進行編碼規范。
       (2)系統集成 系統集成包括CAD、CAE、CAPP、CAM、ERP等集成,研發型企業可能更關注PLM系統與CAD、CAE的集成。企業在發展過程中因使用多種設計工具軟件積累了大量的歷史數據,這些數據是企業的知識與財富,需要通過系統集成、在PLM平臺上得到更好的利用,其難點在于:由于難以獲得軟件的開發信息以及存在技術瓶頸,實現各工具軟件與PLM系統之間的深度集成難度很大。解決這些難題,需要PLM系統的實施商家具有強大的技術集成能力。
       (3)產品數據庫管理 產品數據庫:按項目管理的要求,系統地、規范地管理項目的產品設計數據和文檔類數據,包括從項目輸入到實物正式交付的整個過程產生的所有資料,保證這些資料的唯一性和正確性。
       模塊化數據庫:模塊化包括標準件、外購件和企標件,標準件和外購件主要針對常用的種類與型號、規格,企標件是設計中經常重復引用、并具有相似特征的系列自制零部件,企標件為快速的變型設計提供了極大方便,縮短了設計時間。
       (4)信息共享 以PLM系統創建產品研發設計的協同工作平臺和多種檢索機制,解決過去電子設計數據缺乏有效管理、準確性不高、檢索困難、信息共享度低、數據存儲及利用存在諸多隱患及弊端等問題,使設計人員在系統中能快速、準確、方便的查閱和利用歷史數據,提高工作質量和設計效率。
       (5)產品結構管理 企業需要具有面向用戶的產品快速配置能力,因此通過PLM系統完成零件、產品結構搭建與快速配置是企業關注的重點。在PLM系統建立統一的BOM數據管理平臺,實現對產品以結構化數據方式進行管理,實現通過單一的變量BOM來快速派生同系列的變形產品。
       產品設計過程中,當產品結構搭建與配置完成后,即可自動形成產品的裝配關系數據。無論是圖面上的明細欄還是綜合明細表、外購件匯總表、標準件匯總表都可以自動完成,改變過去手工編制匯總表費時耗力、并且容易出錯的問題。
       對市場銷售而言,產品結構搭建與快速配置管理為銷售人員快速定義用戶的個性化需求提供選項。根據用戶個性化要求對產品模型進行變型,通過參數化CAD系統的幫助,為用戶提前展示該個性產品,并提供報價。用戶如果滿意,它可以生成可供制造的產品模型并可投入生產;如果用戶需求不能得到滿足,它向設計人員提供最好的設計實例,使定制設計有較高的起點,縮短工作時間。
       (6)流程管理 在PLM系統中,流程管理重點需要滿足:①實時,即數據與決定必須立即傳送給相關的人;②完整,即將所有工作必需的相關信息,傳給所有必要的人;③記錄,即流程之中所發生事件的原因、動作、變化、結果及相關作業者,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速度;⑤監控,即對于流程目前的狀態、進度,管理者必須能夠完全監控,并且在必要的時候,作適當的管理操作,如加速、暫停、中斷等。為此,需要理順和優化設計研發業務流程,明確劃分必須的業務階段、工作要求、輸入輸出文檔,以及相關職責,建立企業標準的研發業務流程規范,并在PLM系統中予以固化。
       (7)變更管理 企業可以根據自身情況設置研發設計變更分級。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,控制要求不嚴格;重要變更過程涉及范圍廣,影響大,需要進行變更影響分析。
       在PLM系統中,變更程序主要包括:確認問題;定義/批準變更申請;定義/批準變更通知;執行變更指令;確認變更/自動通知等。系統根據變更分類自動選取相應流程,通過完整的數據模型評估變更的影響范圍并記錄評估結果。變更過程以電子流程的形式進行管理,變更結果以結構性數據形式進行管理。變更評審在PLM系統中自動通知相關人員(亦可參與評審),更改完成后系統自動借用新版本(亦可繼續引用舊版本)。
       (8)項目管理 項目管理從管理角度為企業研發工作組織提供了解決方案,它主要是對整個產品開發過程的狀態進行透明化監控,監控范圍包括計劃、進度、資源、成本、文檔、問題、風險、協同等要素,保證研發項目在可控狀態下執行。項目管理的核心是項目計劃的制定、執行與跟蹤,項目管理的關鍵則是計劃要求下的職責與權限界定、任務與資源分配以及狀態評估與風險控制。
4 結語
       研發管理是重型裝備研發型制造企業戰略經營的核心。PLM系統為企業提供了一個協同、統一的協同研發管理平臺,提高了企業對研發數據、過程、結果以及工作質量和效率的管控能力,實現了企業發揮團隊優勢、加快響應市場信息速度、提高經濟效益的管理目標,解決了制約企業持續發展的瓶頸問題。通過對上述關鍵技術的探討,對重型裝備研發型制造企業規劃建設適合企業經營特點、滿足自身需要的PLM系統有一定的指導作用。



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