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2011产品创新数字化峰会征文:PLM应用层次分析

2011/11/2    来源:e-works    特约撰稿人:段立东      
关键字:PLM  PDP  IPD  PLM数据模型  产品研发管理  商业智能  
什么是PLM?PLM系统可以管理哪些内容?如何结合企业研发管理实践深化应用PLM?PLM如何为企业创造价值?不论刚刚接触PLM系统的用户、还是企业内部的PLM管理员和信息管理负责人,包括PLM实施和咨询顾问,都会在学习和工作中不断思考这些问题。本文从PLM数据模型,PLM系统应用层次的角度对这些问题进行了详细阐述。

产品创新数字化峰会有奖征文火热进行中……

1 前言

    根据CIMDATA的定义,PLM是一种应用于在单一地点的企业内部、分散在多个地点的企业内部,以及在产品研发领域具有协作关系的企业之间的,支持产品全生命周期的信息的创建、管理、分发和应用的一系列应用解决方案,它能够集成与产品相关的人力资源 、流程、应用系统和信息。

    笔者认为PLM在企业内的应用可以定义为五个层次:

    1)PLM系统管理的基础内容可以包含一切与产品有关的数据和数据之间的关系。

    2)PLM系统控制产品数据从产生消亡经历的各种过程。

    3)基于PLM系统的落实企业产品研发管理制度。

    4)基于PLM系统采用先进的设计方法和理念。

    5)基于PLM系统为产品研发管理提供商业智能服务。

2 PLM应用层次描述

    数据、流程、制度、先进的设计方法、商业智能和辅助决策应用可能存在相互融合的过程,比如企业实施过程中,数据和流程管理往往是同步进行的,因为没有严格的流程控制,就难以保证数据的正确和准时。产品研发管理制度往往为实现先进的设计方法和理念提供保证。基于PLM的商业智能和决策辅助又帮助研发管理制度的改进和流程的优化。

    2.1PLM系统数据与关系管理

    PLM系统起源于电子图文档管理,图档和零部件是企业产品研发的基本数据,此外随着PLM系统应用的扩展和PLM理念的贯彻,各种类型的数据和关系都被纳入到PLM系统。

    2.1.1PLM数据模型定义

    PLM将企业工程数据以及其它与产品相关的数据抽象为系统中的对象,用户和系统的操作定义为类的方法,模拟现实中的用户对数据操作。典型的数据类型是文档和零部件对象。

    文档在进入PLM系统中,需要区分成业务项和数据项,业务项是对文档的关键信息的定义,数据项是对应的具体的物理文件,包括二维autocad图纸,三维CAD图纸,电子CAD文件、word文件、excel文件等。

    文档对象的属性可以分两类,一类是基于以前纸质管理对图纸管理必须的属性,比如过期日期,图纸存放位置等,更重要的是图纸中对于研发管理和后续利用必要的属性,比如图号、标题、项目代号、产品代号、表面处理要求等。这些关键信息可以认为是企业产品创新、产品后续制造、维护的需要的产品知识;属性的定义是数据组织和后续利用的基础,对于后续管理和使用必须的属性需要定义可以为必填项,保证数据的完整性。

    PLM系统中的零部件对象是产品研发的结果数据,作为是后续采购和制造的数据源头,零部件管理内容主要包括零部件编码、零部件分类、零部件版本等。

    数据进入系统后,不会一成不变,于是PLM中定义了变更管理对象,用来记录工程更改的数据版本、新数据版本、更改影响对象等。变更管理中的PR、ECR和ECN是企业工程变更管理的必备对象。

    PLM系统作为产品研发管理系统,需要按照不同角色、组织定义权限和其它业务逻辑,因此需要定义用户、组、角色类。

    随着PLM管理内容的向产品生命周期上下游扩展,需求管理中的需求对象、工艺管理中工厂、设备、刀具等也可纳入到PLM系统对象范畴。

型的PLM系统类体系结构

    图 1:典型的PLM系统类体系结构

 

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    2.1.2PLM关系模型定义

    PLM系统数据管理最大特点是除了管理数据对象,PLM系统还定义了关系类,用来代表实际业务对象直接的关联。典型关系包括图档和零件之间的关系,零部件之间的BOM关系等,关系类也具备自己的属性,比如BOM关系的数量,查找编号(Find Number)等。此外复杂的关系还包括数据对象和关系对象之间的关系,比如在产品配置模块中用到的BOM关系与变量条件之间的关系。

    如下图,在PLM系统中对BOM关系设置变量条件。

   为BOM关系设置变量条件

    图 2:为BOM关系设置变量条件

   模块变量与变量条件

    图 3:模块变量与变量条件

    设置完成后系统会创建一个变量条件对象,条件内容是(Module0012.'CountryOfSale'=澳大利亚 '),同时这个条件对象会与模块间的BOM关系建立“具备条件”关系。

    2.1.3PLM系统操作定义

    PLM系统建立数据和关系模型后,还需要定义用户对于数据的各种操作,可以为对象类和关系类定义各种方法,执行用户对数据的操作,如查询、创建、删除等。因为PLM系统需要适应各种客户的管理需要,所以提供了操作的插入点用来实现用户的个性化需求,常见的插入点包括,对话框初始化赋值、对象创建验证、对象创建的前处理、对象创建的后处理等。用户可以方便的利用这些插入点来实现个性化的需求。

   对象修订操作过程

    图 4:对象修订操作过程

    如图4所示典型的PLM系统操作图,用户在修订对象过程种,调用各种方法,这些方法为用户的个性需求提供了接口。比如在零部件修订后,希望继承该零件与工程图档的描述关系,即可重载DoRevisePost方法实现。

 

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    2.2PLM系统流程管理

    企业的数据处于不断变化的过程中,没有静止不动的数据,企业研发管理过程中一般都会定义严格数据审批发放流程,比如零部件的申请和发放过程,图纸的审签过程。

    流程中可以定义各种类型的任务,如图5典型的任务类型包括Do任务、审核任务、条件分支任务、通知任务等。

   PLM任务类型

    图 5:PLM任务类型

    流程中可以设置自动处理程序、流程中的操作权限、流程过期日期等。

    这些流程在实施PLM过程中,首先需要固化到PLM中,此外利用IT系统计算能力高、PLM系统基础的数据和数据之间的关系,还可以强化流程的管控能力和提高数据的准确。比如在流程检查零部件相关的图档状态,检查产品必要文档的状态,自动传递ECN关联的BOM到ERP等。

    流程中对于审核人员的选择,可以依据条件进行固化,避免人为选择的不准确,节约操作时间等。

    多个流程可以构成数据的生命周期变化过程,例如一个零件在整个生命周期过程经历的流程可能包括零部件申请流程、零部件检测流程、零部件升版流程、零部件变更流程、零部件作废流程等。

    2.3PLM系统保证研发管理制度的落实

    企业研发管理制度是伴随企业诞生就存在的,在长期运行过程中往往会出现效率低下,操作性差,规范模糊不清等问题,所以企业发展到一定阶段需要做产品研发管理制度优化。

    1986年,PRTM提出了产品开发流程的PACE(Product And Cycle-time Excellence,产品及周期优化法)这一概念。许多公司将其作为最实用模型用于改进产品开发流程。通过多年的发展和完善,现在PACE已经成为产品开发的事实上的标准的流程参考模式。它所提供的是一个通用框架,标准术语,适用于全行业的流程基准,一个更新最佳时间方法,以及一个持续完善的流程。

    PACE之所以能给公司带来的典型效益包括:

    ·产品投入市场时间缩短了40%-60%

    ·产品开发浪费减少了50%-80%

    ·产品开发生产力提高了25%-30%

    ·新产品收益(占全部收益的百分比)增加了100%

    著名公司HP和IBM分别基于PACE方法结合自身企业实践,使用PDP(产品研发过程管理)方法和IPD(集成产品开发)方法为制造业企业提供流程咨询服务。

    HP的 PDP方法的主要内容包括:将产品生命周期划分为P0(概念与定义)P1(调研与计划)P2(开发与设计)P3(验证 与测试)P4(生产交付)P5(成熟运营)P6(退市),每个阶段定义严格的交付物,阶段进入和退出条件;组建核心项目团队,包括研发、企化、制造采购人员组成核心项目团队对产品研发过程负责,解决跨职能团队,资源协调和信息同步的问题;规范的阶段评审方法,规定项目阶段评审参与人员、使用的工具、表决方式等;统一、一致的工具和语言,包括项目进度查看工具、资源负荷查看工具等。

    1992年IBM在激烈的市场竞争下,遭遇到了严重的财政困难,公司销售收入停止增长,利润急剧下降。经过分析,IBM发现他们在研发费用、研发损失费用和产品上市时间等几个方面远远落后于业界最佳。为了重新获得市场竞争优势,IBM提出了将产品上市时间压缩一半,在不影响产品开发结果的情况下,将研发费用减少一半的目标。为了达到这个目标,IBM公司率先应用了集成产品开发(IPD)的方法,在综合了许多业界最佳实践要素的框架指导下,从流程重整和产品重整两个方面来达到缩短产品上市时间、提高产品利润、有效地进行产品开发、为顾客和股东提供更大价值的目标。

    目前国内许多大型企业(华为、Haier、联想等),按照HP和IBM的流程咨询方案,对自身业务流程进行了梳理和优化。

    PLM系统可以作为研发管理制度落实的工具,提供项目管理一致的管理手段,进行阶段和流程的严格控制,保证研发管理制度的落实。主要的应用模块包括PLM系统的项目管理模块、流程管理、项目管理与工程数据集成化管理。

 

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    2.4PLM系统支持先进的研发技术和方法

    目前在产品研发领域推行的先进设计方法包括:

    ·QFD方法

    ·自顶向下设计

    ·DFX设计

    ·DFSS设计

    ·模块化设计

    ·CMII方法

    2.4.1QFD方法

    QFD把顾客的需求转化为产品特性,定义产品的设计质量, 直到把这个体现为各功能部件的质量、结构部件的质量或流程要素并系统地展开与其之间的关系。

    PLM系统中可以将需求作为对象管理,建立其与产品对象、零部件对象、说明文档的关系,保证需求到交付产品的落实。

    2.4.2自顶向下设计方法

    自顶向下(TOP-DOWN)设计是指从已完成的产品进行分析,然后向下设计。将产品的主框架作为主组件,并将产品分解为组件、子组件,然后标识主组件元件及其相关特征,最后了解组件内部及组件之间的关系,并评估产品的装配方式。掌握了这些信息,就能规划设计并在模型中总体设计意图。

    TOP_DOWN 设计有很多优点,它既可以管理大型组件,又能有效地掌握设计意图,使组织结构明确,不仅能在同一设计小组间迅速传递设计信息、达到信息共享的目的,也能在不同的设计小组间同样传递相同的设计信息,达到协同作战的目的。这样在设计初期,通过严谨的沟通管理,能让不同的设计部门同步进行产品的设计和开发。

    TOP-DOWN设计工作需要CAD+PLM协作完成,PLM系统需要定义所需数据模型,如二维布局(Layout)、主控件(Master Part),此外PLM系统的产品结构管理模块为自顶向下的结构提供了必要的支持。

    2.4.3DFX设计

    面向“X"设计(Design For " X",DFX)是一种设计哲理,隐于产品及其工艺的设计过程中。这里的"X”可以是制造、装配、检测性、可靠性、服务、再利用性等,则DFX即是面向制造的设计、面向装配的设计等等,表达了设计是为了“X”制造、装配、检测性、可靠性、服务、再利用性等)的意图。DFX的哲理表现了在产品的设计阶段就尽量的考虑与产品相关的“X”的因素的约束。在设计初期即做到针对性的优化,从而使产品的开发周期缩短、成本下降。

    PLM项目管理强调跨部门的团队、工程数据强调在权限许可范围的共享,流程的并行设计更是为下游部门参与前期设计提供了帮助,从而使DFX的理念得到切实贯彻。

    2.4.4DFSS设计

    传统6 Sigma理论是在产品开发后期和量产阶段对产品的缺陷或失效进行管理,分析,提升和监控。DFSS理论将关注点提前到产品研发和设计阶段,在开发成本较低的早期对产品缺陷进行严格控制,强调对‘客户之声’ 及需求的把握 。

    PLM研发流程可以融合DFSS研发流程,并提供完善的数据和工具支持,结合PLM系统的流程任务管理固化DFSS流程。

    2.4.5模块化设计

    当今制造业企业一方面必须利用产品的批量化、标准化和通用化来缩短上市周期、降低产品成本、提高产品质量,另一方面还要不断地进行产品创新使产品越来越个性化,满足客户的定制需求。这样,如何平衡产品的标准化、通用化与定制化、柔性化之间的矛盾,成为赢得竞争的关键能力。平台化、模块化的产品设计和生产可以在保持产品较高通用性的同时提供产品的多样化配置,因此平台化、模块化的产品是解决定制化生产和批量化生产这对矛盾的一条出路。

    模块化设计过程需要建立多个产品平台,每个平台中使用复杂的配置方法,配置产生最终的产品BOM,对于复杂的平台可选模块、变量条件等的管理需要PLM产品配置功能的支撑。

    此外模块化设计不可避免带来组织结构的变化,PLM系统中固化组织和流程可以有效保证这些变化的具体实施。

 

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    2.4.6CMII方法

    CMII对企业变更管理的要求主要体现在以下几个方面:面向整个产品生命周期的数据对象;不断改进的变更过程;文档数据等更加清晰、简明、有效;采用闭环的交流过程;有效的衡量监督。

    CMII方法中强调的产品基线、变更管理流程目前已经在很多PLM系统中落实。如图6典型PLM系统种变更对象管理模型。

   PLM变更管理模型

    图 6:PLM变更管理模型

    2.5基于PLM的商业智能和决策辅助

    商业智能(BI,Business Intelligence)技术是一种能够帮助企业迅速地完成信息采集、分析的先进技术。

    PLM系统中具备大量的数据和流程信息后,为企业产品知识利用,和辅助创新提供了必要的基础。目前具体得应用方向包括:

    1.零部件管理分析

    包括零部件重用性分析,包括零部件重用次数、零部件重用时间分布、产品重要性分布。

    2.变更管理分析

    按时间段(从年月日到年月日)统计全部ECR的通道选择比率,并抽样分析通道选择的正确性,得出分析结论(Y/N)。分析结论是基于现有通道选择规则分析CA是否按规则选择通道,而通道占比则作为CRB评估现有通道规则是否合理的依据(与行业标准比较)。

    按时间段(从年月日到年月日)、按产品部分析各种变更原因、各项目阶段、各产品大类/系列/型号等条件下的变更单数量,作为改进和评价产品设计、采购供应和工艺设计质量的依据。

    3.项目组合分析

    对项目进行分组、观察、分析和管理,以确保在组织资源约束的情况下最大化实际的业务结果。

    随着PLM系统应用的深入,各种基于PLM的商业智能分析将不断涌现。

3 结论

    目前大部分企业应用PLM对产品数据和流程进行了有效管理,部分企业进行了产品研发流程控制和先进设计方法的推广,商业智能方面目前多以报告的形式提供数据支持。

    随着企业信息化的推进,制造业企业工业化和信息化的融合,用户的观念和企业文化的转变以及PLM系统本身的不断进步。PLM将成为企业未来发展的必须品,帮助企业在复杂的竞争环境中脱颖而出。

责任编辑:赵蔓
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