基于PDM的产品开发过程管理方法的研究与实现

作者：范文慧 葛正宇 熊光楞

欢迎访问e展厅 展厅 3 PDM/PLM/CAPP展厅 图文档管理系统, CAPP... 引言 近年来，人们将注意力逐渐集中到产品开发过程上。过程及其管理比技术与工具更为重要。过程是方法、技术、工具和人员的集成，是企业产品开发的技术和管理框架。通过对过程的设计、改进和有效的管理更能有效地提高产品质量、缩短产品开发的周期和降低产品开发成本。 产品数据管理技术是管理产品数据及其过程的技术。它已经从单一的电子文档管理、版本管理和配置管理向企业级和企业间的产品数据管理方向发展。产品数据管理的主要任务之一是过程管理。过程管理的任务是对整个产品形成过程进行控制，并且使过程在任何时候都可以追溯。过程管理可以支持和改善所有与产品形成过程相关的人员协同工作，从整体上提高工作效率。在工作过程中，信息与数据的交换不再借助于企业内部的书面文件，而是利用计算机网络进行电子方式的信息和数据的交换。通过电子方式的数据与信息交换，可以使信息畅通无阻，同时也能大大缩短工作文档的传输和等待时间。过程管理不仅是向有关人员发送信息和下达工作任务，还对各种作业，如数据和文档的生成、更改等进行实时控制。在实际工作过程中，数据管理和过程管理是密不可分的，过程执行的每一个步骤都需要使用数字化的产品模型。 PDM系统的过程管理即工作流程管理。工作流程管理是一种统揽全局的管理工具。利用工作流程管理可以对各个业务流程进行控制，并能够将不同的业务流程纳入一个跨过程的计划中统一地加以管理。由于复杂业务流程依靠集成的信息交换和公司的环境，文档驱动、职工处理和反映的信息与知识储存在不同的文档中，其中包括表格、信、书、手册、记录等。因此，一个工作流管理系统应能自动提供对数据资源的访问，甚至是通过工作流的事例将新的信息文档传递到合适的地方。 工作流管理系统是企业级PDM系统的主要组成部分，可以进行过程管理。但是，PDM软件是框架型软件，PDM中的工作流管理系统仅是提供一个描述工具和执行机制，不能对企业产品开发过程进行自动有效分析与改进，不能保证产品的生命周期与工作流程管理的集成。基于PDM 的产品开发过程管理，关键是如何进行过程分析与改进，如何有效地组织产品开发流程和生命周期管理。 本文是基于PTC 公司的Windchill来实现齐齐哈尔铁路车辆集团有限责任公司的铁路货车产品开发过程管理，提出了产品开发过程的分析和改进方法，研究了产品开发过程中的生命周期与工作流程管理的关系。 1 工作流管理系统与过程管理 产品数据管理是一种支持对制造企业和工程设计公司中的数据和过程进行管理的方法。PDM 系统的数据管理模块对产品开发设计的结果进行管理，而过程管理模块则是对产生的工作结果的过程进行协调和控制。作为PDM系统的重要组成部分，过程管理即工作流程管理模块有很高的投入产出比。工作流是管理信息、任务、文档的过程，工作流程控制谁执行什么任务、哪个数据和结果什么时候传给谁(参见图1) 。工作流管理是将业务流程的各个工作步骤建立成一个过程模型并存放在计算机中。代替原来的书面形式的企业内部通讯方式，采用电子周转文件夹将有关的工作文档和信息传送到相应的工位。与该过程有关的人员可以通过电子邮件系统接受其工作任务。工作流中的结构元素是过程步骤或过程活动，具体工作流与产品开发过程的对应关系见表1。 如图2 所示，工作流程管理系统的实现首先要进行过程分析，进行过程的分解与改进分析，达到过程的优化，其次是过程的描述即工作流程建模，最后是建立工作流的模板。与工作流程的运行机制有关的有任务列表、任务内容、应用系统、工作流程监控等。与工作流程有关的业务对象是文档和零部件，文档包括任务书、表格、设计文档、标准等；零部件是产品数字化模型，包括图形、图像等。PDM认为不管是文档还是零部件都与产品直接相关，也都具有生命周期(生命周期是把产品看成生物体一样具有从生到死的过程) 。生命周期管理系统具有阶段(phase) 和关口(gate) 两部分，阶段是生命周期的状态，而关口是生命周期在进行状态转移过程时必须满足的条件。阶段和生命周期都是由相关的工作流组成的。文档与零部件都属于固定项目，随着项目赋予给文档和零部件，则相应的角色映射为用户或组。 2 过程分析与改进 首先，过程分析与改进是过程分解。过程分解包括两方面内容，一是指系统/ 项目的子系统/ 子项目分解(下称子系统分解) ，子系统分解使系统的开发分步实施，从而简化了系统的开发管理。二是对某个子系统/ 子项目的开发活动的分解(下称活动分解) 。其次，将子系统开发与其生命周期各阶段相对应，通过对活动的进一步分解，寻求活动间关系的可放松环节，或者通过增加资源，尽可能使活动并行化，目的是缩短时间。 产品开发活动的改进是通过企业活动的重组来达到的。企业活动的重组包括活动的删除、活动的合并、活动的重叠和活动的增加等，最终达到各个活动协调、综合、统一起来形成一个有机的整体。 (1) 活动的删除：从管理角度来看，采取事前管理，减少不必要的审核、检查、控制等活动。从组织角度来看，建立多功能产品开发团队，删除不增值的活动。从信息集成角度来看，利用标准如STEP 标准实现CAx 系统之间信息集成，可以消除不必要的信息处理环节和人工费时的信息处理方式(不增值的环节) 。 (2) 活动的合并：从信息流角度，分析过程中每个活动的信息流输入与输出关系，对于冗余的信息流，可以合并相关的活动。用源信息集代替它所能达到的中间结果，这个中间结果往往又是另一个活动的部分源信息集，这样使原信息集和目的信息集之间的各个处理或活动合并成一个活动。 (3) 活动的重叠：从各个活动执行的时间段来看，有些活动可以在前面的活动没有完成时启动，从而减少总的产品开发时间。这也是并行产品开发过程的重要形式。 (4) 活动的控制：从控制角度来看，即在产品开发的早期加入正反馈和负反馈。增加正反馈即信息预发布和负反馈即设计变更次数等，可以保证尽量在产品开发的早期消除设计的错误，达到产品开发一次成功。从信息技术来看，在产品开发的早期阶段增加DFx 和CAE 技术的应用，可以实现在设计的前期就考虑到后期的因素。在产品开发过程中采用工作流技术可以实现预发布。 (5) 活动的增加： 在开发过程中引入如CAx、DFx、PDM、QFD(质量功能展开) 、网络技术与协同工作环境等技术，可以提高产品开发的并行与协同的效率。 改进后的铁路货车开发过程(并行) 如图3 所示。铁路货车开发过程在设计的早期阶段，就能够充分考虑冲压件、铸钢件等类零件的可制造性问题和铁路货车的结构强度、刚度及动力学品质等产品性能问题，从而能够尽量减少设计错误，提高设计质量。同时增加DFx ，使得在产品设计阶段即可考虑产品加工、装配和工艺等问题，提高一次设计成功的可能性。 在方案设计和结构设计的一定阶段向冷热工艺处等下游活动提前进行信息预发布，一方面及时得到信息反馈，以提高工艺性，可加工性等，另一方面，由于工艺部门提前介入，使得下游过程及时体会设计意图，同时可以在适当的时候进行工艺或生产准备。实现工艺和工装的并行开发，精简设计过程，制造系统与产品开发过程不构成大循环，从而能缩短产品开发周期，提高产品质量与水平。 3 工作流流程管理环境的建立 3. 1 用户、用户组和数据域的建立方法 为测试各项功能首先创建系统测试环境中所有的用户。这里创建的系统用户如表2 所示。在用户建立的过程中，应当一并给出其中每一个用户的电子邮件地址，以便在发生相关事件时，可以通知其对应的用户，同时也可以使得在系统中，用户之间可以以电子邮件进行通讯联系。 在企业的具体业务中，这里拟订如下的数据域，用来对企业的各种信息资源进行管理。在所有的访问控制中，这里设定：其拥有者和开发决策者成员具有所有的权限，其他组成员则只具有读的权限。此外有关域的通知规则初步定为：将对象从域中删除时通知各部门的领导，实现对系统安全性的保证；将对象检入域中时，通知后续部门的用户，从而后续部门可以准备相应的工作。 3. 2 新产品开发过程管理的实现方法 企业的宏观业务流程，以及产品开发决策，是产品设计人员、冷热工艺部门的有关人员在这一业务流程中，围绕整个产品对象开展具体业务活动的一个内容逐步细化丰富的过程。在这一过程中，所有的有关人员基于Windchill 来完成其各自的活动，而这些活动通过组合方式构成了企业的总的业务流程。 生命周期在系统初步设计时，由系统管理员在系统中规划。如图4 所示，业务对象的生命周期也可以分成若干不同的阶段。比如就整个产品而言，可以将其划分为产品开发决策阶段、产品开发设计阶段，工艺制定和产品试制阶段等；就某类零(部)件而言，可以将其生命周期划分为：工作中和已发布两个阶段。采用这种方法，可以更加清晰地分别规划业务对象所对应的每一个不同阶段的工作流程，并且更为重要地，系统提供了在创建业务对象时，通过将该对象与恰当的由系统管理员根据企业实际定义的生命周期相关联，来自动启动对该对象在不同阶段进行不同处理工作的业务流程，而不必由人来进行干预。在实际的操作过程中用户只需要根据系统预先的定义，针对不同的业务对象选用不同的生命周期(产品选择产品的生命周期，文档选取文档的生命周期，零部件选用零部件的生命周期) ，即可在创建这一业务对象时，启动有关的业务流程，并给有关人员下达不同的任务。 新产品：包括规划(对应产品开发决策过程) 、设计(对应产品设计流程) 、正在测试(对应产品试制及工艺过程) 、已发放等4 个阶段，其中的每一个关口用升级流程来实现。 所有文档： 包括运行( In Work) 和发布( Released) 两个阶段，其中两个阶段之间的关口用升级流程来实现。 所有零部件： 包括运行( In Work) 和发布(Released) 两个阶段，其中两个阶段之间的关口用升级流程来实现。 为完成这一任务，在系统规划和设计时，以产品的生命周期为主线，将产品的决策流程、开发设计流程、工艺设计和测试流程分别同产品生命周期的各个阶段相对应。在用户进行工作流程中的每一步具体活动时，为了完成流程指定的工作，该用户可能会需要创建文档从而对产品的某个零部件进行具体地描述或说明并提交相应的报告。在用户创建某些需要他人审查/ 评审的文档时，该用户需要创建与该文档相关联的WTDOCUMENT (这里为定制后的QCDOCUEMT) 。在创建过程中，该用户通过将其与根据齐车公司实际规定的某一特定生命周期以及相关的项目相联系，来启动对该QCDOCUEMT 进行审查/评审的工作流程，从而达到系统自动在工作列表中显示该文档，并允许其他有关用户对其进行处理的目的。实际上，由于涉及到将有关工作流程的角色与生命周期的角色和项目中的角色相关联的目的，因此也就涉及到角色映射的问题。 4 产品开发过程管理的实例 根据图5 所示的产品开发决策模型的用例(Use Case)图，实现了如图6所示的基于Windchill 系统的产品开发决策的工程流程。根据图7 的产品开发设计过程的用例(Use Case) 图，实现了图8 的基于Windchill 系统的产品开发设计过程的流程。下面的流程中的所有活动均是以整个产品为单元的活动，是指某一阶段同一种活动，如所有零部件的工作图或所有工艺方案等。 5 结论 产品数据管理(PDM) 是一种对制造企业产品形成过程中的有关信息和过程进行统一管理的技术。本文提出了基于Windchill PDM 的产品开发过程管理方法，研究了产品生命周期和工作流程的关系，同时还提出了产品开发过程分析与改进方法，并且对具体的铁路货车产品开发过程进行了分析与改进。在此基础上，进一步提出了基于PDM的过程管理的实现方法，包括用户、组、数据域、产品生命周期、工作流程定义等。经过实践证明，基于PDM的产品开发过程管理方法是有效和可行的，具有广泛的推广应用价值。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/10/2006)