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引言
在快速变化的市场环境下，机械制造企业为满足顾客日益个性化的需求，紧跟技术创新的发展，不可避免地面临着更多更复杂的工程变更。1999年一项香港的企业统计调查发现：企业在任何时间段都有5～60个工程变更正在进行，单个工程变更的处理时间是2—36人工作日。一项美国的调查也有类似发现：企业平均每月处理330件设计更改，每项变更的管理费用达1 400美元。工程变更的内容主要是设计更改，即修改产品设计或加工工艺，目前国内的中小型PDM系统主要支持设计更改的实施，而那些在变更实施前开展的变更申请、评估决策等活动则主要依靠各种人工组织，因此需要有多用户的决策流程支持环境。本文全面阐述了工程变更的特性和一般性的数字化管理方法，它的实现实例是中小型PDM系统项目研发及实施工作的一部分，在该系统中建设了多用户的工程变更决策流程支持环境。
1 工程变更的技术分析
提出工程变更请求的原因多种多样，并常常具有一定的紧迫性，一般可以归纳为：1)用户需求发生更改；2)替换难以获得的外购件；3)修正产品设计中的错误；4)提高可生产性，降低生产成本；5)改善产品性能；6)开发新产品需要多次修改、试验比较。可见，工程变更是产品开发和生产过程中难以避免的重要工作。但是，工程变更会对下游各环节如生产、采购、库存产生一系列影响，特别是在批量生产阶段。
实现一个工程变更还可能要求其他新的变更与之配套。例如，一个零部件的设计更改可能引起其装配体或者其他零部件的设计更改，产品设计方案的更改可能会引起其加工工艺的更改，技术数据的变更可能引起生产管理数据的变更。这种工程变更传播现象增多了需要变更的产品数据，增加了其管理的复杂性，应当正确判断和控制变更传播的范围，做好变更数据的管理。
为了避免遗漏变更数据和由于变更传播造成新的错误，较为有效的方法是从评估工程变更请求开始，就在变更请求单中完整地罗列待变更数据，通过规定流程提交给其它技术人员(尽可能提交给该产品原设计人员)审查、评估。这要求提供相应的集成软件环境，在变更请求单上可以直接调用浏览器查看所有待变更数据的详细内容，可以根据零部件的装配关系检索和查看相邻零部件的所有数据。零部件的数据包括零部件的设计图、工艺文件、管理文件等。本项目中数据概括为零部件和文档两类，以产品结构树组织起来。
2 工程变更的控制
对于已投入批量生产的情况，工程变更需经过工程变更请求、工程变更评估、工程变更实施3个阶段。本项目采用问题报告单、变更请求单、变更单、变更执行单的传递控制整个工程变更过程，如图1所示。 （图片）
图1 工程变更的控制流程 当设计、生产或销售的某个环节发现技术问题时，都可向技术主管部门提交问题报告单，描述发生的问题，包括出问题的零部件、原因、影响范围等，提出工程变更建议。技术主管部门审核问题报告单，并决定是否开展工程变更评估，具体有：组织相关的技术设计、生产管理、经济核算人员分析问题的原因；根据生产能力提出设计更改和生产调整的技术方案；评价其正确性、可行性；评估收益和费用。如果同意工程变更，则指派设计人员进行工程变更实施，否则提出其他处理意见。具体负责工程变更实施的技术人员按照变更决定，进一步审查、研究待变更数据，形成变更单，启动设计更改流程，对相关文档做设计更改，形成新的文档，并以此更新原产品数据，最后还要将记录了设计更改过程和数据的变更单发送给所有相关人员，待全部相关人员签收，工程变更的实施才完成。
本项目采用变更请求单作为变更申请及评估人员的用户界面，变更发起人制定了变更方案后，在“详细信息”页填写该变更的基本信息，主要包含变更请求单名称、类型、变更原因、优先级、解决方案等内容，将全部待变更零部件及其待变更文档添加到“受影响数据”页的列表中，然后通过选择“提交部门”和“提交人员”，将变更请求单提交给该相关人员做进一步评估、审核。系统以邮件到达提示的方式通过网络提示相关人员打开该变更请求单，查看变更请求单上的说明，在附件页添加评估意见，相关人员可以在该变更请求单上浏览相关文档，通过待变更零部件审查变更传播范围。也可以添加零部件及文档，确保变更数据的完整性、一致性。然后，根据需要可以将该变更请求单提交给其他相关人员，变更申请单、变更单采取了基于用户一数据一状态的动态访问控制，系统能够记录各数据的填报用户，并能够根据用户、任务和状态限定每个用户的读、写权限。
对于发生在小批量试制阶段的问题或简单问题，可以省略变更评估的内容，直接由设计人员填写变更单，经部门负责人审批后，进行设计更改流程，完成后发送变更单给所有相关人员。
3 基于版本的变更数据
零件装配成部件，部件装配成产品，当部件作为一个整体时部件等同于零件，而产品也可以看成是特殊的部件，因而在PDM系统中用零部件来统称零件、部件和产品。零部件数据指与产品相关的所有数据，包括各种设计图、工艺文件、BOM(Bill of Material)等，这些数据文件从不同侧面描述该零部件的详细信息，因此可以以零部件为中心通过链接将与其相关的所有文件管理起来。
根据零部件之间的相互装配关系，整个产品的结构可以用产品结构树表示，其中的每个节点代表产品中的一个零部件。整个产品的全部数据都可以通过产品结构树组织起来。
工程变更时，修改了一个零部件的数据，变更形成的新数据要么覆盖变更前的数据，要么需要作为该零部件数据的新版本与旧数据都保存，新旧版本名称虽相同但版本号不同，传统上采用版本产生的序号作为版本号，如A、B、C……数据的一个版本包括以下信息：1)该数据本身要表达的信息；2)该数据的完整版本标识，在系统数据库中应有唯一性；3)版本的属性 在PDM系统中版本属性通常有：版本的来源、版本的状态、版本的有效性等。版本的来源记录该数据变更的历史；版本的状态标志该数据所处的处理阶段；版本的有效性表示不同版本的适用范围，如时间有效性、批次有效性等。本项目使用基于动态引用的版本组织方法，通过有效性匹配的方法，可以确定数据的不同版本中的生效版本。
基于版本和产品结构树的概念，本项目进一步把数据定义为“文档版本”、“文档”和“零部件版本”、“零部件”4种数据类型。“文档”和“零部件”分别是“文档版本”和“零部件版本”的类。文档版本节点的数据结构包括：文档版本的完整版本标识、文件指针、文档版本属性。根据用途分类，文档可归纳为设计文档、工艺文档、其他文档三大种类。“零部件版本”是产品结构树上的节点，它由这三大种类的文档版本描述。在技术实现上，每个零部件版本都具有一个自己的文档版本队列，队列中的每一个元素记录该零部件版本所使用的一个文档版本的完整版本标识。因此，零部件版本节点的数据结构包括：零部件版本的完整版本标识，文档版本队列，零部件版本属性，父节点零部件指针，子节点零部件指针。
改变一个零部件的设计，会产生新的零部件版本与设计文档版本；而不改变一个零部件的设计，但改变它的加工工艺，也会产生新的工艺文档版本，即从而产生新的零部件版本。即零部件的每一个文档修改都会导致该零部件新版本的产生，本项目变更数据的管理模型支持动态引用，当下级零部件的变更不影响上级零部件时，上级零部件可以不升版，这样可减少版本的数量。
4 变更数据的操作
4.1 变更数据的查看
在PDM系统中设置电子仓库(data vault)，即零部件库和文档库。通过用户查询界面可以直接打开零部件库和文档库检索、浏览。工程变更时，变更请求单或变更单中的零部件及文档列表中的项都用指针链接到产品结构树上。用户可以直接将零部件及文档名称添加到变更请求单或变更单的列表中，双击即可调用浏览工具查看零部件的属性、零部件间关系和文档内容。
4.2 数据新版本的创建（图片） 本项目采用变更单组织变更实施过程。变更单的作用是：1)罗列和存储变更对象，方便使用和检查；2)定义设计更改流程，如，设计更改、校对、审核、批准、发布等环节及各环节的执行人；3)启动设计更改流程，在更改流程各环节实施人员间传递变更执行单，执行设计更改流程；4)设计更改完成后发送变更单给所有相关人员，待全部相关人员签收后，变更对象及该变更单存档。
变更单包括变更基本属性描述、变更数据、设计更改流程定义、变更通报对象定义与签收。变更数据集中显示将要更改的零部件和文档，可以在变更单上调用浏览和圈阅工具对更改文档中的更改内容做圈阅标注和说明；通过零部件可以在变更单上查看整个产品的结构，也可以进行它的下级零部件版本节点的增、删等操作，通过增、删、改它们的文档修改零部件版本数据属性有“工作”和“参考”两种，“工作”表示在设计更改流程中必须更改与发布的变更对象，“参考”表示在设计更改流程中不需更改和发布，仅仅为了方便相关人员全面地理解设计更改问题与方案而采用。
在变更单上启动设计更改流程时，生成变更执行单，并在PDM服务器建立变更工作区，将全部变更数据复制到变更工作区，成为变更临时对象。变更执行单是相应变更单的副本，它是运行更改设计流程的载体，设计更改完成后将被删除，其用户界面与对应变更单基本相似，主要区别在于变更执行单的变更数据是原变更数据在变更工作区的拷贝。变更执行单按已定义的设计更改流程，通过消息驱动引擎在PDM系统的不同客户端传递，各设计人员完成流程各环节所规定的工作后，送档案管理员发布，再按上述算法将存储在变更工作区的修改结果存回PDM电子仓库。在变更实施期间，系统对PDM系统电子仓库中的变更对象的状态加以标示，向其他用户表明它们正处于设计更改流程中。
5 结论
本项目采用以零部件为中心，以零部件、零部件版本、文档、文档版本为主要数据类型的变更数据组织方法和相应的算法，可以支持变更实施，实现各版本变更数据的有效管理；本项目采用变更请求单较好地满足了部门沟通协调、待变更数据汇集等需求，保证变更数据的一致性、完整性和变更评估的进行；对于小批量的更改，依靠变更单可以有效地实现快速变更流程和各版本变更数据的管理。
11/9/2010
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