引言
航空航天系统、高速列车、大型船只、大型武器装备、大型通讯系统、电力网络控制系统等复杂度高、规模大、技术含量丰富,需要单件或小批量定制化生产的工业系统被称为复杂产品。复杂产品是现代工业的产物,是国民经济和国家安全的重要基础。Hobday等提出复杂产品的概念。目前,我国在复杂产品及其相关产业方面仍处于相对落后的地位,但其在企业、产业乃至国家的经济生活中扮演着越来越重要的角色。复杂产品是指结构复杂、技术密集、制造要求和成本高、过程管理复杂、客户需求多变的一类产品(如飞机、舰船、工业汽轮机等)。它具有涉及多学科 、时间覆盖产品全生命周期、空间强调异地协同等特点。目前国内外学者对于复杂产品的研究主要集中在虚拟样机、协同设计和仿真技术。
知名咨询机构CIMdata把PLM定义为:通过应用一整套统一的业务解决方案,来支持协同创建、协同管理、传播和使用产品定义信息,以支持包括客户、设计伙伴、供应商伙伴等等的企业的扩展,跨越产品或设备从概念阶段到报废的全部生命期,将人员、流程、企业系统和信息整合在一起的一种战略性商业途径。产品的生命周期是指从对产品的需求开始,到产品淘汰报废的全部生命历程,是一种先进的企业信息化思想。PLM的定义涵盖产品或设备全生命周期的产品定义信息及流程,包含三个核心要素:通用、安全、可管理和使用。
复杂产品需要高效的、多层次化的协同管理解决方案来解决复杂产品的众多产业链间的多层次的协同问题。对于不同层次的协调问题采取不同的处理方法,例如针对复杂产品的特殊性,定制化产品需求,实现需求协同;在不同企业间进行数据无缝连接和业务流程重组,实现企业协同;根据项目分解,协调子项目组间的关系,实现项目协同。最终达到提高系统集成度,得出一个完整的、一致的、定制化的产品全生命周期信息管理的解决方案。为了有效地管理复杂产品的服役质量,我们引入PLM,全面整合复杂产品涉及的相关资源,建立复杂产品全生命周期服务支持系统,并通过复杂产品全生命周期管理推动企业的产品标准化。为了使该系统更有效地服务于复杂产品服役质量管理,特从数据管理、协同设计、服役质量监控三个方面进行需求分析。
1 数据管理需求分析
根据不同的标准,复杂产品具有不同属性的生命周期,从而产生海量的多生命周期产品数据。例如,根据业务流程,会生成产品需求信息、设计文档、工艺图纸、制造工艺文档、售后支持信息等相关的业务数据;根据文档的属性分类,会产生产品制造期间文档、产品审批文档、归档文档等文档信息。这些数据都从不同层面反映了复杂产品在某个阶段的质量信息,是产品服役质量的某类投影。只用将这些多周期的海量产品数据统一管理,综合分析,才能全面地反映复杂产品在整个产品生命周期的质量。因此,多周期的数据管理是PLM系统发展应用的趋势。但是,目前主流PLM厂商所提出的产品解决方案没有涉及多周期产品数据管理。
实现资源的优化配置和复杂产品的高速生产,必须建立全球复杂产品零部件商务平台。复杂产品是由分布在全球不同国家和地区厂商提供零部件,协同合作,共同制造的。统一数据源,研究制定复杂产品PLM+ERP的整体解决方案,实现研发、生产、仓储、供应链以及财务等业务的无缝集成,建立全球复杂产品零部件商务平台可以使得复杂产品的零部件生产实现全球协同生产,极大的提高了生产效率。其核心共享:通过信息共享来提高整体运作能力;通过知识共享和重用做到快速复制。知识的共享和复制包括生产复制,模式复制等。
在考虑到信息安全的前提下如何实现信息共享和互操作。涉及信息安全,企业间信息融合,标准化生产等一系列问题。复杂产品在整个产品服役期间产生的隔离数据大都以电子文件形式存储在网络上,对于数据的安全.1生有迫切的需求。数据的安全性要求对企业的员工进行权限分级,对于不同级别的企业员工,根据其所承担的职责,必须赋予不同的数据访问权限,从而实现企业员工权限管理。
复杂产品管理信息系统的建立。涉及如何建立复杂系统的数据模型,如何确定模型间关系,如何建立数据仓库,数据挖掘机制,整合包括产品数据管理(Product Data Management—PDM),协作,可视化, 企业应用集成(EntERPrise Application Integration—EAI), 模块供应管理(Component Supplier Management—CSM)以及供应链管理在内的管理信息系统,统一在复杂产品全生命周期监控管理平台之中。
2 协同设计需求分析
复杂产品的协同设计:准确传递产品需求信息,在产品的设计阶段协调众多生产企业间的关系,防止产生设计偏差,导致生产出的产品无法满足要求。设计文档的保管方法,文档的版本管理方法,设计经验与设计数据的整理和继承,各种不同文件格式,不同信息模型的数据的融合,保证数据和数据更改的准确性、完整性和一致性。生产决策和产品变更决策的管理。
一个复杂度比较高的产品按照传统的生产流程需要较长的时间来开发研制,同时在产品形成和测试过程中还需要耗费大量的人力和物力进行验证。而且产品测试往往不是一次性成功,从而耗费了大量的企业成本。航空航天、汽车和电子等大型制造行业已经反复验证了这个规律。而通过在计算机上对复杂产品进行大量的测试和验证工作,可以大大节省了成本和时间。
因此,全生命周期的虚拟样机制造逐渐成为为复杂产品设计的主要方式。有就可以通过,对于拥有多厂商,需要全球化生产及装配的复杂产品,如工业汽轮机、飞机、传播等,有了虚拟样机技术,可以实现异地协同生产监控,实现整个产品生命周期中的信息一致性问题。对复杂产品的每一个零部件都实行监控,保存相关产品信息,从而保证复杂产品的产品质量。
3 服役质量监控需求分析
复杂产品售后的服务跟踪问题。复杂产品是由多家厂商共同生产的,因此如何确定复杂产品的使用状态,故障定位及溯源,责任定位,以及如何维护维修问题都需要解决。为此,必须建立复杂产品全生命周期管理方针软件。为了避免传统的做法中因管理正调整业务规则,重构业务流程所需要的相关人员问的适应和磨合期,降低企业成本,我们引入了PLM数字化仿真技术。通过对对业务规则的制定和执行过程进行仿真,管理者发现问题,改进流程,并进行成果验证,从而节省了企业的人力成本,并减少了项目完成所需的时间,从而实现管理过程的可控制性,真正做到了以人为本,提高了企业的管理水平。
复杂产品全生命周期管理能够改善企业产品创新体系,进一步提高利润,实现产品价值最大化。因此,从复杂产品全生命周期管理的角度研究如何建立一个管理产品生命周期中各种数据、过程和应用的协同平台,从而提高企业生产效率和产品创新效能,最大化产品价值。
4 系统总体架构
对于复杂产品而言,企业在付出合理代价的前提下,响应产品需求的速度越快,则系统成功实施并且不断改进的可能性就越大。因此,复杂产品生命全周期管理定制化解决方案是复杂产品生命全周期管理,其关键取决于企业对复杂产品的的需求响应速度和代价。
产品数据复杂产品生命全周期管理需要提供一个使企业可以快速、安全、稳定并且低成本的部署,让用户来最终决定符合具体需求的可定制的解决方案。应用产品全生命周期理论对复杂产品服役质量管理的需求分析,可以得到复杂产品全生命周期服务支持系统架构如下图1所示。
图1 复杂产品全生命周期服务支持系统架构
5 结语
复杂产品(如工业汽轮机、飞机、舰船等)全生命周期管理就是涵盖客户需求多变、制造要求和成本高、技术密集、结构复杂、过程管理复杂的一类产品。产品的全生命周期理论对产品整个服役周期的可管理性、可使用性、安全f生以及通用性方面都进行了全面地定义,可以实现产品数据在多个企业和系统间无缝的传播、交流和使用,并为数据提供了统一的管理平台。因此,利用产品的全生命周期管理论针对不同的复杂产品量身打造其对应的管理平台,可以实现复杂产品在整个服役期的信息完整性,从而提高复杂产品的服役质量,并为产品的维护维修奠定基础。
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本文标题:复杂产品全生命周期服务支持系统需求分析