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PLM系统产品数据管理方案和应用
刘宝东 刘小博
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PLM(Product Life Management)—产品生命周期管理是当代企业面向全球客户和市场，充分利用企业资源配置，实现整体利益最大化的先进管理理念。产品全生命周期管理系统是针对扩展型制造业的企业解决方案，可以与现有企业信息系统如企业资源计划(ERP)、供应链管理(SCM)客户关系管理(CRM)等进行协同运作，在企业内部各个部门、企业与客户、企业与合作伙伴之间共享产品数据，对整个协同过程起调配作用。产品的生命周期，就是指从人们对产品的需求开始，到产品淘汰报废的全部生命历程。本文介绍的是某公司实施PLM系统进行产品数据管理的解决方案和应用介绍。
一、企业在产品数据管理方面管理存在的弊端和方案的提出背景
1．近年来，在机械制造加工行业，CAD应用及企业信息化建设方面已取得了臣大成效，企业逐渐积累了大量的图纸、文档等技术资料。这些电子图档是企业产品设计的主要信息资源，为企业今后进一步实现信息化集成打下了良好的基础。但目前我们以及国内绝大部分企业还只停留在单纯使用CAD进行产品设计的初期阶段，也没考虑到如何对大量的设计技术图档进行合理、有效、安全的管理；存在着：设计资料的重用率低、设计人员对图档的重复设计、设计数据的传递仍然通过传统的文件传递方式来完成等弊端；因此对数据安全性无法保证，对图文档的分类管理无从谈起，图档版本混乱，更无法实时监控图档的整个设计流程。
2．项目制造型企业的产品一般都是关系国家经济命脉的装备类产品，为其它制造企业提供装备或工作母机。其生产组织方式不同于制造业其它产品的生产方式，是极为特殊和复杂的一种；产品完全依客户需求而设计，属于按订单设计(Engineer To Order)，简称ETO。产品结构复杂、生产周期长、生产组织难度较高。由于是按客户的要求进行设计、制造，因此项目前期的报价和订单承诺很重要，取得订单一般都集中在价格高低和交货期长短上。价格方面，由于产品结构十分复杂，因此要在客户需求明确后给出准确报价有一定的难度。在交货期方面，对于企业而言，由于单件生产的管理、组织非常复杂，因此交货期也很难把握。如果报价过低，将直接影响收益，价格过高则有可能在竟标中失败。随着市场经济的发展和竞争的加剧，客户对交货期的要求也越来越短，因此企业要想在激烈的竞争中获胜，没有先进的管理信息系统的支持几乎很难实现快速反应、科学管理。
所以，基于上述原因，我们提出了一套面向产品全相关数据管理的方案，来优化企业的数据管理模式。
二、PLM的产品数据管理解决方案简述
以产品结构为主线的产品相关数据管理和以项目管理为主线的工程数据管理是PLM系统管理的两条主线。围绕这两条主线，在基于产品全生命周期的优化的产品数据模型下，建立企业级全局的信息资源体系，提高企业产品零部件设计的重用性与通用性；通过在PLM系统中构建设计和工艺一体化数据模型和过程管理模型，建立以产品结构为核心的数据全相关管理，来确保数据的完整性、借用件的有效管理和数据变更管理，从而缩短新产品设计准备周期与变型设计准备周期，支持业务过程的协同运作，实现设计和工艺一体化协同工作平台。
本方案主要分以下方面：
1．搭建有效的数据管理平台
对产品的相关数据采取分类管理，搭建数据管理平台，在数据模型上采用对象分类模型和关联模型作为产品信息的基础构架；产品数据被封装成一个一个的对象，一个对象包含一组彼此之间关联的信息，通过关联管理确保数据的正确性、完整性和一致性。
2．基于产品结构的图文档管理
图文档管理是PLM系统的重要组成部分，其管理的对象包括从设计阶段产生的AutoCAD图纸的数据文件、3D实体造型的数据文件、工艺流程卡，到制造阶段可能产生的变更单等，达到取代人工方式管理电子文档、使用户能够更方便、快捷、安全地存取、维护和处理各种产品的文档的目的。
PLM系统中的数据安全不仅体现在安全保存大量的电子文档数据上，同时管理系统自身的安全性也是一个很重要的问题。任何一种不合适、不严谨的安全策略都会造成PLM系统的安全漏洞，使图文档流失。所以，在制订系统安全方案时，我们考虑采取如下技术方案，实施综合加密、保密措施来保证图文档的安全性管理：
1)文件的数据库存放及加密
PLM系统采取的是将图文资料压缩加密存入数据库而不是以文件方式存放到服务器共享目录下；文件方式存贮的安全性控制是通过操作系统身份认证、共享目录安全等方式来保证的。
2)加密方案的选择
在PLM系统中主要是针对文件进行加解密。我们采用可靠的加密软件系统与PLM系统集成来保证系统文件的安全和系统的稳定性。该软件在系统运行稳定性方面，全面采用微软公司最新的研发技术，使用最成熟的控制手段；在客户端文档加解密稳定性方面，系统采用了国家密码管理局认证的密钥算法，结合微软公司正规支持的底层开发技术，达到了文档加解密过程的高度稳定，并在保证企业数据安全的前提下达到了理想的运行速度。
3)采取数据集中、管理分散的操作模式和有效的数据库备份机制
系统采用C/S构架，通过企业局域网，客户端可以分布在网络的任何节点上，最终的操作结果均存储在数据库服务器上，通过网络实现多个用户之间的协同工作的同时，保证了数据的集中存储。同时，建立了有效的数据库备份机制。
4)用户权限的安全管理
在用户权限的控制上，采取的是用户角色授权管理和自主授权管理来实现权限的安全管理。系统通过为角色和人员设置其对系统中各种定制的数据类型、关联关系、安全级别、用户身份的有效期限等的操作权限来实现图文档的安全管理，如：浏览、检出、检入、删除、打印、更改等。此权限控制方式，在一定程度上也保证了数据访问的效率。
3．建立以零部件管理为核心数据全相关管理
在产品数据统一管理的基础上，PLM系统以零部件为核心、产品结构树为主线组织多种产品信息视图，对产品相关数据进行全关联管理。不同用户根据权限范围可以在产品结构的引导下，方便地查询与管理各种与零部件有关的数据。
4．建立以系列化、标准化产品数据管理为核心的数据管理
建立以系列化、标准化产品数据管理为核心的数据管理，满足零件标准化设计，部件通用化设计和产品个性化设计的要求。PLM提供BOM复制、整批替换、修改等多种方式来支持系列化产品变形设计；通过电子化审批，实现数据状态管理、数据版本管理、电子数据流转、电子数据交付和发放管理，保证数据的有效性。
5．建立以产品为协同工作中心的业务过程协同工作平台
建立以产品为协同工作中心的业务过程协同工作平台。在设计和工艺统一的数据模型管理下，提供了工艺部门基于设计基础数据进行工艺设计以及产前准备工艺信息管理模式，支持工艺人员进行BOM编制、工艺文件设计，使设计EOM和制造BOM的统一管理，实现了产品设计、工艺、生产和制造等一体化管理。
三、以项目管理为主线的项目预算管理的应用探讨
如前所述，以项目管理为主线的工程数据管理是PLM系统管理的另外一条主线。由于按订单设计(Engineer To Order)来组织项目管理的制造型企业，其生产模式的特殊性决定了在进行数据汇总和项目预算决策时，必须借助先进的信息系统来实现快速反应、准确分析、快速决策的预算数据的管理。
以下对如何利用信息管理系统实现快速项目预算的应用做一分析讨论。
1．项目预算流程

（图片）

图1 项目预算流程图

本流程仅是对技术方案本身的预算提供依据，其预算价格应为生产成本部分的预算，即材料成本、生产人员工资、制造费用三大部分，以及从技术方案的角度来对应的技术风险保证金。
2．项目预算的实现
从上面的流程中可以得知，项目预算主要是生产成本的预算，即料工费部分的预算。
1)材料
材料部分的预算分为两部分，第一部分是直接材料成本，第二部分是间接材料成本，我们主要考虑直接材料成本，直接材料成本取决于两个因素，一个是材料数量，一个是材料价格。我们说，材料价格要取未来的预期价格，其有效期取决于项目的执行周期，主要包括预算价格的有效期和合同生效的有效期两个因素。
综合以上因素，预算价格体系的管理非常重要，它是对价格和价格有效期的动态管理。
再说一下材料数量的计算方法（图2）。

（图片）

图2 目前的设计数据结构

计算上述结构，得出结果(表1)：

表1 图2所示数据结构计算结果

（图片）

从上表中看出，这种数据结构得出的结果无法直接来计算价格，因为最底层有很多是“零件”类别，不是材料类别，对于设计过程来讲，零件是随时随地都在产生的，这也是设计过程中必须的一个环节，但如果系统不提前给它价格信息，它自然无法计算。零件的产生是开放式的管理，没有规律可言。这就需要对数据结构进行改造。图3即为改造后的产品结构。

（图片）

图3 调整后的设计数据结构

计算上述结构，得出结果表2

表2 图3所示数据结构计算结果

（图片）

因为最底层都变成了材料，这样就可以方便企业提前规划企业标准材料和预算价格等信息。
我们刚才解决了数据结构的问题，下面再解决如何构建这个数据结构的过程。如果在预算之前能够完整地构建出这个结构表，当然很好，但对于项目制造方式来讲，这种情况不多见，大多数情况是一个新的方案并不能很明确地构建出上述这样的完整BOM结构表来，注意，这个假设是前提，仍以上述结果为前提，比如以上面的结构为蓝本，在这个基础上进行变型设计，形成产品B，如图4所示：

（图片）

图4 产品B

计算以上结构，得出结果：表3

表3 图4所示数据结构计算结果

（图片）

又出现了一个部件，这仍然是无法计算的一个结果，因为这个部件没有足够的数据支撑进行计算，这虽然是一个例子，但对于项目制造来讲，你可能总会出现一个无法处理的数据。那么上面的这个无法处理的部件如何处理呢？前提是我已无法对它再向下详细分解了（可能是结构、时间等等），两个思路：一个是变型设计结果的修订，如表4是B1这个部件的基型C1的材料表；

表4 部件B1的基型C1的材料表

（图片）

另一个思路就是非变型设计，直接编制材料表，这个构想最大的问题就是数据的量可能非常大，准确程度比较低，时间也会比较长。这就需要引入概算的思路，这在土建工程上利用较多。但对于复杂的装备制造，我们需要设定的参数可能会很多，但仍然会有一些共性的东西可能估计，这就需要预算管理部门对预算模型进行设定，比如：
普通钢材——∑重量*预算单价
不锈钢——∑重量*预算单价
炉衬材料——∑重量*预算单价
动作点——-∑电机数量*预算单价
通过这种预算模型的使用，技术方案编制人员对无法精确处理的部分或全部可以用概算的方法进行计算，当然概算部分与精算部分在整个项目里面的比例也是最后项目风险评估的重要指标之一。
2)工资
生产工人的直接工资，由技术方案编制人员根据公司标准制造工时表估算工时，与财务部门提供的“生产工人小时费率”相乘后得出。
3)制造费
与工资的计算方法相同，估算工时与“制造费率”相乘得出。
3．项目预算数据的应用

表6 项目预算流程

（图片）

上述流程中，包含两个输入文件：技术方案（《技术协议书》）和《方案预算书》，并且这两个文件对数据的表述应该是一致的。
对于计算机而言，更准确一点，对于PLM系统而言，如果实现了预算BOM数据的快速构建，那么它对EBOM也必须要进行同样的汇总，但功能不同，这就是一个材料级别的汇总功能。当然如果能够进行数量级别的核对那是最好不过，但恐怕这个要求会落空，毕竟我们提到了预算中的概算的概念。

（图片）

图5 成本验算流程

为了准确地反映技术方案的验算结果，预算BOM与EBOM应具备对应性，为了完成管控的过程，它们应是一一对应的，即预算BOM与EBOM重合，这个可以用项目子项目的方式去实现。
综合以上，可以得出如下几个结论：
1)BOM表的最底层必须是“材料”；（材料的定义是由公司提前规定的，由外部供应商直接提供的商品，如果没有提前规定，材料必须由申请人提前申请才可以进入到系统，这一点是区别于可由设计者直接创建的”零件”的最大的区别）
2)每一种“材料”都必须提前维护好各类基础信息方可使用，如价格（预算价格、采购价格）信息、标准信息等等；
3)PLM系统内除最基本的图文档管理、流程管理等功能外，需提供为技术方案而快速构建BOM的功能；
4)PLM系统内需提供BOM数据汇总功能，提供按等级分类汇总的功能；这项功能对预算BOM和EBOM同样有效；
5)数据的处理、预算结构的构建、预算的计算应放在《售前预算及设计预算管控》这个系统内，并出具《方案预算书》。
6)某一项设计结束后，经过PLM系统进行数据汇总，向《售前预算及设计预算管控》提供数据，经系统计算后与对应的BOM结构进行核对。
通过以上的管理方式，可以通过PLM系统直接利用已有的底层数据，或者是在底层数据上加以改动，或者是在汇总的底层数据上加以改动，或者是新建数据，多种方法并行，方便灵活地构建“预算BOM”，并加以计算，形成预算材料费、工费、制造费。通过对设计完成后的结果进行快速的验算，使新的设计在规定的成本范围之内，保证项目利润的实现。
四、结束语
实施PLM以来，企业取得了明显实效：实现了以产品结构为主线的产品相关数据管理，解决了信息共享程度低、信息重用性差、查询不方便、产品设计知识的积累等问题，提高了数据共享度和数据集中存储，保证了数据的安全性、准确性；实现了以项目管理为主线的项目预算数据管理，保证了对预算的快速计算和决策；使企业信息化建设迈上了一个新台阶。 6/2/2012

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