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运用PDM配置功能管理技术状态的重叠和并存 |
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作者： |
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1. 前言
轮船、大型机械和兵器等大型复杂产品很难一次设计成功，通常要经历模样、初样、试样和定型等多个研制阶段，才能达到交付顾客的状态。研制人员会根据每个研制阶段的目标编制相应的图纸文件，指导试制工厂生产用于试验的样机，按照顾客的要求进行各种试验。设计师根据收集、分析的试验结果修改图纸文件，重新指导工厂生产新的样机。如此循环迭代，逐步趋近顾客的要求。这种传统的研制模式中，各研制阶段是严格串行的，互不重叠(图1)。只有在前一个研制阶段结束后，才会开始后一个研制阶段的工作。因此任何时刻在生产、试验现场只会有一个研制阶段的产品。与之对应的技术文件也只会有一个有效版本，即最新版本。所有参与研制工作的人员对生产、试验现场产品的技术状态不会有歧义。在进行质量监管、调试和检验等工作时，勿需设计师的帮助，只要根据产品代号和阶段就能准确找到需要的技术文件，如技术要求、验收大纲等。
2. 技术状态的重叠和并存
上述传统的模式在近年来有所改变。为了缩短研制周期、节省研制经费，研制阶段不再保持严格的串行顺序，而是出现了阶段重叠的现象。即前一个阶段还没有彻底完成之前，为了抢进度，后一个研制阶段就启动了(图2)，这就是技术状态的重叠。
这种情况下，在某一时刻（如图2中的A时刻）生产、试验现场可能有多个阶段技术状态的产品同时存在。按照文实一致的原则，同一时刻同一份技术文件也就有了多个有效版本。究竟哪个版本对应哪个状态是非常容易混淆的。这种情况还带来一个原有技术文件管理机制(底图、蓝图)解决不了的问题。就是这两个状态都在同一时间进行各自的研制活动，都有发生更改的可能。但根据底图\蓝图规定，底图只有一个最新状态，且更改必须从底图开始。这样的规定显然无法支持有两个有效状态同时更改的情况。因为次新状态是没有底图的，也就无法更改。实际工作中采取了一个凑合的处理方式，即最新状态采用更改方式，次新状态采用《技术通知单》的方式。但《技术通知单是》用说明的方式来描述变动，并不改动原有图纸，也不在图纸上留下任何痕迹。未来某个时刻我们需要查询历史的技术状态时，不会知道《技术通知单》存在，就必然发生错误。因此现有技术规定对《技术通知单》的使用进行了严格限制，规定了“在一定范围，一定时间内，和某些情况下才能使用”。而我们在这里的是使用无条件的，因为次新状态没有底图，除了使用《技术通知单》别无它法。这就是所谓的《技术通知单》滥用，必然导致历史状态的不可知。
除了上面描述的技术状态重叠会造成的技术文件识别困难外，还有另外一个现象也会造成技术文件辨识困难，那就是技术状态并存。下面以某产品从C阶段演化到S阶段来说明（图3）：
产品由一个组件（1）和两个部件（2、3）组成。图纸也是由一个总图册和两个分图册组成。设计师期望产品从C阶段技术状态演化到S阶段技术状态，但是近年来迫于成本和进度的压力，这种演变不再是一次达到的，而是逐步递进的。其演化大致一经过下列几步：
第一步是部件3成熟,进入S阶段(蓝色)。为抢进度，进行了一次试验。此时组件1和部件2仍是C阶段(黄色)，这就是著名的“初样产品，试样状态”。
第二步是部件2也成熟了,进入S阶段(蓝色)。这时候又需要进行另一次试验。但S状态的部件2和C状态的组件1接口不一致，需要一个临时的零件4来完成过渡。
第三步组件（1）和两个部件（2、3）才全部成熟，彻底进入S状态。
文实一致是我们基本准则。但在第一步和第二步试验状态时，是没有系统成套的文件与之对应的。它实际执行的文件在原来的技术文件管理体系中是看不到的，是一个C状态和S状态的混合体。可想而知，面对这么一个C和S阶段技术状态的混合体，计划、采购、质量、调试、检验和维护等部门的人员是非常容易搞错文件的。因为过去的惯例是按照产品代号和阶段这两个线索来确定文件的。而前面第一步和第二步时产品是由不同的阶段技术状态的组件组成的，这就是技术状态并存。
上面的描述情况已经够复杂了，但实际的演化情况比上面描述的还要复杂很多,通常是同时出现技术状态的重叠和并存两种现象。产品从C状态演化到S状态的过程并不总是象图3描述的那样，在一套产品上实现的。实际研制中，为抢进度，经常是同时投产多套产品，同时并行推进的（图4）。情况会复杂得多。图4中的A时刻同时就存在三种技术状态的产品，而每种技术状态又分别是C阶段技术状态和S阶段技术状态的不同组合。
因而现场的产品既不能和C研制阶段的技术文件完全对应，也不能和S研制阶段的技术文件完全对应，而是两个研制阶段技术状态的组合体。如图4中的A时刻。这时生产试验现场产品和技术文件的对应关系非常复杂。对应关系见表1。表1. A时刻产品技术状态的组成
 3. 我们面对的挑战
当技术状态重叠和并存同时出现时，计划、采购、质量、调试、检验和维护等部门的人员在进行工作时，要想找到准确的技术文件就不是那么容易了。必然给研制工作带来巨大风险，每一次文件的错用都可能导致事故的发生。为了保证不出错，计划、采购、质量、调试和检验等部门的人员在工作时都想方设法地拉上设计师。这样就出现设计师满天飞的现象。在合同谈判、元器件采购、质量报表填写、生产调试和外协验收等场合都会看到设计师的身影，甚至是由设计师唱主角的情况。四处应付、疲于奔命的设计师哪里还有时间认真思考产品的技术问题。
笔者研究了几份技术状态纪实报告，就非常吃惊地就发现了“实物与试样图纸状态靠近（但试样图纸某些功能在实物上没有实现）”的描述语句；发现了一套装备所属的零部件竟然同时使用了具有C、S、S(D)三个技术状态标识的技术文件。这样原来通过文件、图纸就能查清的产品技术状态已经变得模糊不清。唯有设计师才能说清楚了，所以业务部门干什么都要拉上设计师。但一位设计师也只能说清楚他负责的那一部分的技术状态，其他部分的状态也不了解。所以经常看到业务管理部门经理拉上一帮设计师参加各种会议的场景。总师为了掌握产品的技术状态，在大型试验前不得不要求设计师出具产品《技术状态纪实报告》。这种《技术状态纪实报告》是总师临场决断的依据之一，具有非常重要的作用。但笔者在调研过程中，从未发现编制于90年代的《技术状态纪实报告》。这从另一个侧面证明了技术状态重叠和并存现象是最近几年才出现的。面对“实物靠近试样状态”这样的措词；面对在一套产品中同时存在C、S(D)和S三个状态的复杂情况，设计师以外的人员如何能够准确地找到技术文件？ 这说明了当前的研制过程已经高度复杂，原有的底图蓝图技术文件管理机制已经落后，不能有效管理技术状态的重叠和并存，不能保证所有的技术人员准确及时地掌握产品的技术状态了，必须加以创新。
4. 运用PDM系统的配置功能
现在这种创新的使命就落到信息化的头上，落到PDM系统上。我们来看一下PDM系统是如何运用产品配置功能来解决这个问题的。北京机械设备研究所在PDM系统中分别建立了设计数据中心和制造数据中心。设计数据中心由windchill的设计视图构成，制造数据中心由windchill的制造视图和产品配置功能组成（图5）。
设计数据中心中以产品结构为线索把所有的技术文件都组织起来。所有文件、图纸的全部版本都挂在产品结构的下面。其中的“已发放”版本对应产品的不同技术状态。它完整地记录了产品的进化过程。研制过程中经历的所有产品技术状态都能在其中找到对应地依据文件。设计师使用起来非常方便。但是，对于计划、采购、质量、调试、检验和维护等部门的人员，通常在某一时刻只围绕对某一个产品技术状态来工作，对技术状态的演化历史并不关心。如果让他们也从设计数据中心的产品结构树上去查找相应的文件，将是非常困难的。为此，我们设计了制造数据中心，在其中为对应的投产批次建立生产配置，建成一棵仅和该生产批次对应的产品结构树。把和该生产批次的有关的技术文件的版本都挂对应的产品节点下。这样计划、采购、质量、调试、检验和维护等部门的人员只要掌握产品的投产批次，就可以找的相应的产品配置，进而取得准确的技术文件，不再需要拉住设计师一起干活了，因为挂在产品配置的产品结构树上技术文件只有一个版本，没有搞错的可能。
如果设计师更改了设计数据中心的文件，则系统会启动一个流程产生一个新版本的产品配置，而这个新版本产品配置的产品结构树上挂接的就是更改后的新版本文件了。
仔细观察设计数据中心，和制造数据中心的配置，可以发现下面几点：
1.制造数据中心的生产配置上的文件的编号和版本绝大部分都来都能在设计数据中心找到，根据PDM的原理，编号和版本一致就是同一个数据对象，这就保证了设计师在设计数据中心看到的文件和其他人员在制造数据中心看到的文件是同一份。
2.设计数据中心的产品节点和制造数据中心对应产品节点编号一样，但版本序列方式不一样，说明它们不是同一个数据对象。PDM系统规定不同的数据对象是不能有相同编号的。这时PDM系统启动了一个视图机制，分别设立了设计视图和制造视图。分别放在这两个视图空间的数据对象就可以有相同的编号了,只是版本的序列方式不能一样，保证不会出现相同编号、相同版本的数据对象。这说明设计师在设计数据中心看到的产品节点和其他人员在制造数据中心看到的产品节点不是同一个数据对象。以此来表达设计和制造时关于产品组成的主观差异性，即设计BOM和制造BOM等。
3.技术通知单在设计数据中心是找不到的。原因是该技术通知单仅和产品的某一次投产有关。为避免混乱该文件只和制造数据中的产品节点关联。
5．实施中的特别注意
产品配置是PDM系统中一个非常重要的功能。主流的PDM系统都有这个模块，功能大同小异。但是这个功能最初并不是为管理复杂产品技术状态的重叠和并存而设计的，而是为解决普通产品的客户化定制需求而设计的。这也是当前生产配置功能运用较多一种情况。所谓客户化定制指的是工厂为客户事先准备了多种可选的产品选项，如颜色、款式等。供客户在订购产品时按照自己喜好来选择，即在事先列好的选择菜单中选定想要的颜色和款式等。工厂按客户的要求进行生产组装，最大限度的满足客户愿望。这种模式在汽车行业和计算机行业比较普及，如汽车的选装件和计算机中不同的板卡等。
普通产品的客户化定制和复杂产品的技术状态重叠和并存都是使用PDM系统的产品配置功能来管理的。软件功能基本是一样的，但其中含义差别很大，为帮助大家加深理解,正确实施。总结对比如下（表2）。表2. 配置功能的对比
 从表中可以看到，最大的区别在于复杂产品生产配置是一个过程，贯穿生产始终，可能会更改，因而有版本，有更改流程。普通产品生产配置代表的是客户的订单，不会更改（既便客户变卦，处理的方式也是作废旧订单，重建新订单，不会采用更改方式），因而没有版本。
6. 结语
由于进度和成本的双重挤压，现在复杂产品的研制过程中采取了一些非常规的做法，导致阶段技术状态将不再是严格的串行排列。出现了技术状态重叠和技术状态并存两种现象。技术状态重叠直接导致技术通知单的滥用，间接导致历史状态的不可知。技术状态并存直接导致技术文件辨识困难，间接导致人力资源紧张。面对这样的情况，原来的底图蓝图管理机制已经不能满足管理的需求。而PDM系统的产品配置功能为解决这个问题提供了创新的管理方案。(end)
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(4/23/2011) |
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