以PLM实现技术状态管理

东莞孙师师 · 发表于 2010-1-16 11:50

如何准确、快速定位飞机全生命周期中任何时刻的技术状态；同时还能够追溯每项变更的历史和分析由此带来的影响便是技术状态管理的根本目标。

   航空工业的全生命周期特别长。其中设计生命周期通常在十年以上，制造生命周期一般也有二十年左右，使用生命周期则长达三十年。在如此长的生命周期中，飞机将经历不同的研制阶段、试飞阶段、零部件生产阶段、面对不同客户需要的总装阶段、不同环境和不同维修条件下的服役阶段。在不同研制和使用阶段由于各式各样的变更造成飞机的具体结构和相应的技术文档都会有很大的差别。如何准确、快速定位在飞机的预先研究、概念设计、详细设计、分析仿真、工艺设计、生产制造、飞行服役、维修保养、大修检查等全生命周期中任何时刻每一架飞机的技术状态，即该飞机的具体结构和相应的技术文档，同时还能够追溯每项变更的历史和分析由此带来的影响便是技术状态管理的根本目标。

   航天工业产品的生命周期时间长度和产品数量要小于航空工业，产品结构的复杂程度和先进性则接近或超过航空，研制过程也大致相似，因此技术状态管理在航天工业中一样重要。其它复杂产品、如船舶、机车、汽车、发电设备等行业也存在同样的问题。从产品开发流程角度来看，船舶、机车、汽车、发电设备等复杂产品同样要经历航空/航天产品研发的各种阶段。由于产品的复杂程度、生命周期的相对长度和行业标准的成熟度等相比要有利的多，变更数量和变更管理的难度也就远远小于航空/航天工业，因此产品技术状态管理就转变成单纯的配置管理。然而，从信息化技术的角度来看，软件应该提供的功能是一致的，差别只是在实施时管理的精细程度不同罢了。

技术状态管理发展历史
   文档管理。早期的产品技术状态管理的核心是文档。手工绘制的图纸和实物几乎是一一对应。因此人们自然而然将文档管理和产品结构管理混为一谈。在早期文档的编码是和产品对象一一对应，文档的版本就代表产品对象的版本。一旦产品研制到达阶段转换的时候，全部文档的编码也跟着转阶段，即文档的状态就代表产品的技术状态。在手工编制文档时代，每一份文档只保留最新版本，无从追溯文档的变化历史，也就不能跟踪产品变化的历史。

   产品数据管理。随着信息化技术的发展，新产品研发的速度大大提高，同时开展研制的型号成倍增加，再加上产品性能快速提升、结构极大复杂、技术不断更新，从而导致一个产品对象在整个发展历史上对应多个文档，同一个型号在研制过程不同阶段对应不同的结构。不同专业在协调过程中使用各自的版本管理规则，导致文档的技术状态已经无法描述产品的技术状态。由此产生以产品对象为核心的技术状态管理。产品对象的不同技术状态用相应的文档进行描述。整个产品技术状态管理的核心转化为产品结构定义的配置管理。在这个阶段产品对象包含的主要是产品定义数据，少量不完整的产品制造数据。

   产品全生命周期管理。在信息化推动工业快速发展的同时，最突出的表现是产品的变型设计大量出现，最大限度地满足客户个性化的要求已经成为不可阻挡的潮流。这种大批量定制的生产模式导致同样定型的航空产品又有各式各样的差别。另一方面随着生产力的大幅提升，原来的卖方市场逐步转变成买方市场，客户除了追求产品的性价比以外，更加重视产品的售后服务。飞机在后期的保养、维修、大修等过程中的技术状态管理也提到议事日程上。

   简单的产品对象管理模式很难区分不同用户在不同运行阶段的技术状态管理要求。于是产生产品的设计对象和物料对象为核心的新一代产品技术状态管理模式。设计对象是用来管理飞机定型以前的技术状态，物料对象是用来管理生产制造和使用维修过程中的技术状态。设计对象和物料对象之间通过关联关系可以追溯同一个设计对象用到哪些物料对象上，一个物料对象沿用的是哪个设计对象的数据。通过对产品设计对象结构的配置管理可以分清不同研制阶段下的产品技术状态。通过对产品物料对象结构的配置管理可以分清不同制造和使用阶段中的产品技术状态。

   通常设计对象包含的是产品定义数据，物料对象包含的是制造和使用维修的数据，因此只有在产品全生命周期管理系统中才能够彻底解决任何时候任何产品技术状态的定义和追溯。

变更导致技术状态管理
   技术状态管理的来由是变更。没有变更就不存在技术状态管理，产品在开发和使用的过程中变更是永恒的。变更的原因可以有以下几种。

   改错：由于设计错误或使用中发生的故障造成的大错，由于不同系统之间协调有误造成的配合错误，或由于笔误之类的小错可能引起文档和产品对象的版次或版本的改变。这种变更只有最新版次或版本有效；

   改进：由于技术进步或环境变化对原有的设计或产品结构进行改进。此类改进必然生成新的版本，而且不同版本在不同条件下分别有效；

   改变：由于用户的不同要求，或不同地区法律规定造成设计和产品结构的不同版本。这些不同版本必然是针对不同情况下同时有效。

   技术状态管理中必须完整记录下每种变更的原因，便于日后跟踪检查。

   变更的复杂性。航空工业对产品的可靠性提出最为严格的要求，因此对各类变更进行详细的分类。例如设计图纸的改善、试飞中的严格要求在交付时可能撤销、各项测试和试验中的装置在交付时也要拆除、零件的替换和替代、工艺的替代、标准的替换、生产中发生的替代或替换、交付前后的变更、使用中维修工作带来的变更等等都会对产品技术状态产生不同的影响。

   变更的有效性。文档在变更的过程中，文档的作者可以提交不同版次的文档，因此需要合理地管理不同版次文档的有效性。一旦文档经过批准，可能进入下一阶段的工作，比如采购、加工、试验、投产等。这就意味着该版次文档的版本已经自动归档。如果再要发生变更就必须生成新的版本。新旧版本的有效性自然需要根据变更的原因来设定。产品对象的变更也需要对版次和版本的有效性进行分别管理。

   技术状态管理的数据。根据产品全生命周期管理的要求，技术状态管理的数据包括以下四方面。通过技术状态管理将四方面的数据有机地关联起来，保证任何时候针对任何一架飞机都能快速查询当前和历史变更中相应的文档、生产质量、装配结构、实验与试飞结果、维修记录等数据。

   各类需要：法律法规、总体性能、技术方案、用户特殊要求、试飞条件、实验环境等；

   原始设计：分析计算、详细设计、仿真验证、实验数据、工艺设计、人机工程、加工仿真等；

   生产物料：材料合同、生产质量、装配结构、测试数据、试飞结果、交付清单等；

   使用维修：保养计划、维修执行、变更记录等。
   由上可见技术状态管理不仅要找到制定时刻的产品的具体结构，而且要找到该结构中全部产品对象所处的开发或使用的阶段、状态及其相关联的各类文档。

建立全生命周期管理系统
   为了彻底解决航空/航天工业产品技术状态管理问题，唯一的出路就是建立适合航空/航天工业的产品全生命周期管理系统(PLM)。该系统的关键技术有四个方面：面向产品全生命周期的单一产品数据库；建立符合技术状态管理要求的业务流程；灵活易用的版次、版本有效性管理机制以及面向各类BOM的配置管理和统计报表。

   单一产品数据结构。非结构化的产品数据通过以产品结构为核心的方式被改造成结构化的文档管理系统。在产品结构中每一个节点都代表一个真实或虚拟的产品对象。每个产品对象必然包含一个或多个产品对象实例。每个产品对象实例中包含该实例在全生命周期中相关的全部文档。

   产品对象分成设计对象和物料对象。因此产品对象实例也分成设计对象实例和物料对象实例。设计对象管理产品定义类数据，物料对象管理制造和使用维修类数据。任何数据在PLM系统中保持唯一性，从而保证任何人使用的数据都是当前有效的数据。

   为了有效地管理产品数据，各种需求数据、分析计算、仿真结果、设计模型、工程图纸、工艺流程、物料跟踪、质量统计、使用记录、维修执行等均要转换成面向对象的管理模型，即每条需要、每个模型、每道工序、每批物料、每次维修等均属于对应类型的对象，具有唯一的对象标识、专门的属性列表、统一的版次与版本管理规则和相同的存储方式。从而保证设计、制造、采购、装配、检验、使用、维修等各类人员使用的是同一个数据，既有利于数据共享和协同，又提高数据的一致性和工作效率。

   变更业务流程。航空/航天工业对变更有着最严格的控制。因此在技术状态管理中的变更业务流程必须和对应变更对象紧密关联起来，保证变更过程按照行业规范按部就班地执行。

   版次和版本管理。版次：在提交审批前对文档对象或产品对象的修改用版次加以区分，保证当前只有一个版次有效。当前有效版次代表该对象处于当前阶段的工作状态。一旦提交审批，该对象自动被冻结而处于当前阶段的审批状态。历史上的版次可以全部或部分保留。保留的版次允许查阅，一旦被重新激活有效后，原来有效的版次自动变成历史版次。版本：在提交审批后文档对象或产品对象的当前版本及版次就永久地固定下来。不同阶段的审批流程固定下来的版本标致该文档对象或产品对象处于该阶段结束的技术状态。

   配置管理。配置管理是技术状态管理的核心。配置管理的关键技术是定义产品对象的有效性。不同版本的产品对象实例描述的是同一个产品对象在不同条件下的表现。因此产品对象和产品对象实例的有效性有二种表示方式：

   参量表示法：针对一个出产品对象设定若干个有效性变量及其允许的取值范围。有效性条件可以分成二类。第一类是用来规定该产品对象的整体有效性。在该产品对象有效性定义域用有效性变量及取值范围的布尔表达式作为有效性条件。符合条件则该产品对象出现，否则不出现。没有布尔表达式的产品对象被视为缺省有效的。第二类是定义出现的产品对象中真正有效的版本。在每个产品对象下均包含可能出现的全部不同版本的产品对象实例，每个版本的产品对象实例分别用有效性变量及取值范围的布尔表达式作为有效性条件。在多个产品对象实例同时存在的情况下必须设定每个版本的实例对象有效性条件。针对制定的配置规则，系统自动遍历每条有效性布尔表达式，按照配置规则制定的有效性变量值来筛选产品对象和产品对象实例。

   有效性配置项：在产品结构可能发生变型的节点下面增加一个有效性配置项。针对每个配置项定义一个或多个可选项。每个可选项中规定下属有效的产品对象结构，或嵌入其它可选项。有效性条件放在配置项和可选项之间的链接上。针对具体的改型起始通知，每个配置项只能对应一个可选项。有效性分成二类。现有可用有效性用来确定可选项或零部件在那些架次的飞机中可以被选择，主要供客户选配。应用有效性用来标识某个可选项或零部件已经或即将装配到那些架次的飞机上，也就是记录已生产或当前生产的飞机上装配了那些可选项或零部件。

   上述二种有效性定义方法各有特色。第一种逻辑性强，便于掌握每个产品对象和对象实例的变化历史和应用情况，但使用不够直观。第二种使用直观，但只有产品对象实例的有效性。对于产品对象的变化历史分散在各个可选项中不易追踪。

管理系统功能
   产品技术状态管理在整个生命周期的任何时刻都需要。比如需要开展虚拟样机模拟试验时，首先要确定当前虚拟样机的技术状态是否达到模拟试验的要求。又比如正在运营的产品需要进行大修，首先也是确认当前的技术状态，即了解产品当前的配置、每个关键零部件和设备的原始资料和维修历史。由此可见技术状态管理是贯串产品全生命周期管理的重要功能之一，其主要功能如下：

   配置确定：确定所有的产品配置对象以及相关文档；

   配置控制：控制产品配置的更改和它相关的文档；

   配置状态的统计：记录、存储和获取整个型号周期中，有关产品配置以及相关文档的信息；

   配置审计：由主合同商和子合同商定义的计划数据校验所交付的产品配置与型号需求定义的一致性和质量。

应用现状
   目前国内正在从以文档管理为背景的技术状态管理向产品数据管理的方向发展。然而国际先进国家正在走向以产品全生命周期为背景的技术状态管理。其主要差别在于单一产品数据模型是否包含需求管理、工艺流程、制造物流、使用记录、维修变更等知识。其次在于配置结果中的产品对象是否和上述单一产品数据模型紧密关联，便于查询和更新。再其次在于全部变更流程和对应的项目管理是否密切相关，相互联动。上述三方面是当前我国航空工业与发达国家之间关于技术状态管理的主要差距。

   国际上技术状态管理的主流产品必然是建立在PDM/PLM的平台上。离开PDM/PLM平台，单纯的产品配置不能解决该产品配置对应的需求、设计、制造、使用、维修等文档的管理和使用。例如飞机需要进行日常的维修保养，除了知道当前飞机的实际配置，还需要知道每个关键设备的运行数据、维修的历史和对应的维修保养条例，否则一旦飞机出了故障就无从人手，无法重返蓝天。

Teamcenter的特点
   产品数据模型完整：设计对象和物料对象满足产品全生命周期管理的要求。由设计对象构造的产品结构树详细描述各种可选项和当前有效项之间的约束关系。由物料对象构造的产品结构树更加直观地描述每批架次飞机的当前具体装配结构；

   有效性定义严格：产品对象和产品对象实例的有效性综合定义，全面记录产品变更的全部历史；

   项目管理和流程互动：产品技术状态的变更取决于流程。流程的启动取决于项目计划和资源的分配。流程结束标致项目计划的任务状态发生变化。因此二者互动有利于追溯技术状态变更的时间、地点和人员。

香瑾莛 · 发表于 2010-1-28 17:19

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kuxingze · 发表于 2010-3-2 09:55

以PLM实现技术状态管理。谢谢楼主

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