产品结构管理与配置管理PLM系统

产品结构与配置管理系统是PLM的重要组成部分,产品结构是PLM系统的核心,无论是数据管理还是信息集成都是以产品结构为主线进行的,在产品结构管理的基础上进行产品配置,更是适

       产品结构与配置管理系统是PLM的重要组成部分,产品结构是PLM系统的核心,无论是数据管理还是信息集成都是以产品结构为主线进行的,在产品结构管理的基础上进行产品配置,更是适应了当前用户需求多样化、个性化的要求。
 

3.1产品结构管理与配置管理的作用与地位
       产品结构与配置管理系统的重要作用主要体现为:产品结构和配置是产品全生命周期系统的基础模块之一,它首先是PLM系统中流程和任务管理的基础;其次,产品结构与配置管理是实现PLM集成功能的桥梁之一;另外产品结构是实现虚拟化企业等崭新模式的必要准备,只有维护了必须的产品信息,才可以利用网络最新发展技术进行分布、异地的虚拟企业运作,从而实现任务的异地分配和驱动,实现面向客户的电子商务及电子协作活动。所以研究和开发PLM系统应该首先从产品结构和配置管理的研究和开发入手。
 
       企业以实施PLM为契机,建立起面向产品的业务流程后,产品结构管理体系将成为在新产品开发和订单处理过程中各部门之间进行信息交换的载体。在PDM的产品结构管理模块中,产品结构体现为树状关系,我们称之为产品结构树。树上的每一个叶结点代表一个零件,根节点代表一个产品,而分支节点则代表部件。
 
       产品结构树在企业管理和业务活动中主要在两个方面发挥作用:其一是进行新产品的开发。一件新产品的完成,往往是多人协作的结果。以产品结构为中心,可以将所有的开发人员组织起来,以产品结构树节点为依据进行任务分配,由不同的开发人员完成不同部分的设计工作;其二是进行订单处理。
 
       以产品结构树为中心进行订单处理应包括客户根据产品结构树进行产品配置,进行价格核算,生产部门根据客户需求进行生产配置,安排生产,设计部门对特殊零部件进行变型设计,维护部门根据产品结构树查询零部件或替换件,进行维护等一系列过程。销售配置可以采取两种方案进行,一种是以Web的方式;另一种方式是通过产品销售工程师携电脑中存储的产品信息,进行现场配置。
 

3.2产品结构与配置管理的研究内容
       产品结构与配置管理以电子资料室为底层支持,以物料清单为其组织核心,把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来,对产品对象及其相互之间的联系进行维护和管理,产品对象之间的联系不仅包括产品、部件、组件、零件之间的多对多的装配联系,而且包括其它的相关数据,如制造数据、成本数据、维护数据等。产品配置管理能够建立完善的BOM表,并实现产品版本控制,高效、灵活地检索与查询最新的产品数据,实现产品数据的安全性和完整性控制。
 

3.2.1建立产品结构模型
       通过对国内外不同PLM厂商的产品和理论研究,结合在不同企业实施PLM的经验,提出以下的产品结构模型和产品配置的研究方法。
 

3.2.1.1产品结构模型
       为了实现产品结构与配置管理,首先要创建产品零件结构树,它由产品配置系统图、产品零部件明细表(包括通用件、标准件、自制件,外购件、外协件、原材料)所产生,并用树状方式进行描述,树中的各个节点分别表示部件或组件,叶节点则表示零件。
 
       这种图示方式反映了组成产品的各个零部件之间的层次关系。有了产品结构树,管理者即可分层展开走不同分支的方法直观地找到自己所需的数据,而不必考虑其物理位置。另外,产品结构树的每个节点都连接着相关的零部件属性(如零件的材料、重量、尺寸、颜色、产地、价格等)。并且通过电子仓库,使描述零部件的文件信息与节点上的相关零部件有机地联系在一起,从而实现对不同类型产品的产品数据进行管理,形成扩展的产品结构模型,如图3-1所示。


3.2.1.2建立产品结构模型时应建立的结构体系
       PLM系统管理的主要对象是产品数据,因此要建立一个正确的、合理的、全面的产品数据结构。不同企业PLM系统管理范围的深度和广度有很大的差异。有的企业不仅要管理产品的设计数据,还要管理分析、计算数据,加工工艺数据,甚至还要管理成本、采购、运输、储存、发货和维护等数据。为了准确地建立产品数据结构模型,必须要建立产品结构体系、产品数据体系、产品检索体系和产品版本和配置体系。
 
       1)产品结构体系
       一般机械类产品可分解成装配件、大部件、组件、零件和原材料等不同层次的结构,每一层又可以分解成若干种不同类型的对象。
 
       在PLM系统中,通常是用一颗结构树来描述产品的结构,企业根据自己产品的特点,确定每一类产品结构树的结构层次和相应根节点,同时还要定义每一层上每一类节点的类型和可以分解的对象类型。企业中具有独立管理功能的立品对象都用产品结构树上的一个叶节点来代表。以汽车为例,它的产品结构树如图3-2所示。

 
       图中产品结构树的根节点代表的是产品“汽车”;第一层代表组成汽车的各大分支系统;第二层代表组成每个分系统的主要大部件或成套产品;第三层有可能出现像轮胎那样的具体零件,也可能会有“前门”、“后门”之类的装配件,也有可能出现像灯具、电缆和开关之类的标准件。
 
       所谓产品数据管理的深度就是指产品结构树描述的层次,管理深度越深,产品结构树的层次就越多,每个叶节点所代表的对象就越简单。不同企业管理的产品对象不尽相同。零部件配套厂需要管理到每一个零件、毛坯和原材料,总装厂需要管理到大部件或成套装配件。如何确定产品结构树的层次和叶节点的类型是PLM系统首先要解决的问题。通常产品结构树的叶节点有以下几种类型,如表3-1所示。

 
       根据不同产品的特点,产品结构树的层次少则2、3层,多则7、8层,一般不要超过8层,以便于使用者进行查询。建立产品结构树后,抽象出该结构树的全部节点类型和每一类型可能的具体形式。
 
       2)产品数据体系
       一般,描述产品的数据有图形数据、文字数据、表格数据、数字数据、指针数据和特征数据等6种类型,在PLM系统中,把产品、装配件、零件、标准件、毛坯、原材料等都作为“对象”来进行处理。
 
       图形数据描述的是对象的几何形状及有关加工制造的要求;文字数据描述的是对象的用途、功能、技术指标和加工方法等技术文档;表格数据描述的是对象的分类特征,例如工艺文件的工序、工步等要求;数字数据记录的是对象的分析结果和NC加工的刀位轨迹等文件;指针数据描述了对象之间引用、借用、替换等逻辑关系:特征数据则提供了被检索和统计对象的必要特征信息。
 
       PLM系统的管理范围指的就是管理产品数据的类型,有的企业需要管理图形数据,将工程图管理起来就可满足要求,而有的企业则要管理上述全部产品数据。产品数据体系反映PLM系统管理产品数据范围的大小,有的PLM系统仅管理设计部门的产品数据,有的要管理设计和工艺部门的产品数据;有的甚至要管理与财务、供销、生产、维修与服务等部门有关的产品数据。
 
       确立了企业PLM系统的管理范围后。接着就要建立对应的产品数据体系。产品结构树上的每个节点都代表物理上存在的一个装配件、一个零件,或是一个计算机软件模块,所以必须将有关的产品信息和该节点联系起来,这就是产品数据体系。在实施PLM系统的详细设计阶段必须对产品数据体系做完整的描述,产品数据体系内容如表3-2所示。

 
       表中的应用软件指的是产生该数据的软件环境。一般,在PLM系统中保存数据的方式有两种。一种是操作系统下的文件形式,保存在PLM系统指定的文件服务器中;另一数据库的表格形式,保存在PLM系统的底层数据库中,两者之间往往用特征属性相关联,保证同一产品对象的数据的完整性和一致性。
 
       3)产品检索体系
       PLM系统的主要功能之一是很方便地查询和汇总产品数据。设计人员需要查询过去设计的产品中有关的数据,以便在新产品开发中重新利用这些设计成果;计划管理人员需要随时了解不同设计部门,产品不同系统,不同的工作阶段的有关数据;物资管理人员需要随时掌握在新产品开发中各类原材料、协作产品等使用情况等等,所有有关产品数据的检索和汇总工作都离不开PLM系统的产品检索体系。因此,建立一个全面的、高效率的产品检索体系,是实施PLM过程中的关键任务。
 
       4)产品版本和配置体系
       在PLM系统中,版本也是一个非常重要的产品数据,必须要建立一个完整的管理模型。首先要确定版本的管理范围,其次是确定产生版本的规则和版本有效性的规则。除个别PLM系统外,一般PLM系统不管理在设计过程中设计人员产生的工作版本,为了便于规范化,PLM系统主要管理通过审批的版本的有效数据。为了管理版本数据,不同的PLM系统或不同的分系统采用不同的版本管理模型。
 
       所谓产品配置就是确定最终产品采用哪些版本相对应的产品对象的规则,例如一辆汽车可能有3600个产品对象,像发动机、座椅、变速箱、照明灯等,每个产品对象分别对应不同型号的发动机、不同装饰的座椅、不同产地的变速箱和不同功率的照明灯,最终选择1800个产品对象组成的汽车是根据用户的不同要求,按照若干配置规则挑选出不同版本的产品对象装配而成的。
 
       当产品对象的数量变成上百上千时,就需要非常复杂的表格来配置,这样,产品配置将要花费大量的人力和时间,即使如此,有时还难免发生差错。特别是对多品种、小批量的产品,再采用上述表格配置的方法就很难满足实际的需要,因此除了要建立产品对象的版本模型外,还要建立产品配置模型。最简单的方法是在产品对象的特征属性中再加上产品对象的配置属性。配置属性如表3.3所示。
 


3.2.2产品配置方法研究
       产品配置的方法一般有三种:按照版本状态配置产品;按照有效性配置产品;按照变量配置产品。
 

3.2.2.1按照版本状态配置产品
       在面向确定订单的产品结构中,每一个项目的版本都是确定的。在最完整的产品结构中,每一个项目具有多个不同的版本。这些版本具有不同的发放状态,比如有的已经通过了设计发放,即该版本的结构合理性已经得到了审核和批准,所以被级连发放过程自动标志为“设计发放完成状态”,或者简称为“设计完成”。
 
       有的版本已经通过了制造发放,即该版本不仅通过了结构合理性的审批,而且其工艺合理性和制造合理性也已经通过了各级审批,被级连发放过程自动标志为“制造发放完成状态”,或者简称为“制造完成”。
 
       在“设计完成”和“制造完成”两种状态之间,还可以具有多种中间状态,比如在某中间状态下的BOM可用于采购部门进行原材料的订购,又或在某中间状态下的BOM可用于进行工艺装备的设计参照等等。支持按照版本状态进行产品配置的产品结构如图3.3所示。

       版本存在一种特殊状态,该状态不是由任何发放过程所设置的,而是版本一经创建,在提交发放之前就具备的一种状态⋯⋯ “工作状态”。处于工作状态的版本允许修改,基于工作状态也可以配置BOM,此BOM必须经常刷新。
 
       不同的用户可以指定不同的版本的状态,生成自己所需要的BOM视图。“生产”状态是指该版本已经通过各级审批,可用于实际的生产。“工作”状态是指该版本还处于设计过程中,并未提交发放过程进行审批。某用户为了得到用于实际生产的BOM,可以指定配置规则为版本的状态必须是“生产”状态,即得到所要求的产品结构,如图3-4所示。

 
       对于经常采用的规则,可以创建一个“规则”对象。规则对象具有规则标识符、规则名称、拥有者等属性。某个规则对象一般由组长或者更高级别的用户才有权建立,并且赋予其组员对该规则的使用权。这样,普通的用户可以采用命名友好的规则,省去了手工重复指定各项规则的麻烦。
 
       在进行产品结构的配置时,PLM系统应该具有允许用户将并不满足已经指定的配置规则的版本添加产品结构中来。这样做具有两个实际作用,其一是在开发试验阶段,将未经正式发放的件纳入BOM,以便在其上进行工作。第二作用是为了对两种BOM进行比较,考察添加某个版本所带来的影响,以便对新的设计方案进行评估。
 

3.2.2.2按照有效性配置产品
       有效性按附属的对象可分为版本有效性和结构有效性。附于版本对象的有效性标志在该版本对象被引用的地方全局有效,即有效性随着该版本对象在所有包含了该件的BOM中有效。而附属于BOM中的装配关系连接对象上的有效性标志只是在某个装配关系中才体现出有效性的限制,也就是只在局部生效。
 
       有效性按照标志的参考不同来分,有效性标志有两种,一种有效性标志指明某个发放状态的版本或结构在某几个时间段生效。另外一种有效性标志指明某个发放状态的版本或结构在某个系列号区间或者某几个系列号区间的产品上生效。
 
       如图3.5所示,在支持按照有效性进行产品配置的产品结构模型中,部件2在产品型号为A101-114时有效,而部件3则在产品型号为A115-128时有效。若进行配置的产品型号为All6,则得到的总成的产品结构如图3-5所示。同样若有效性标志为某个时间段或某几个时间段,当给定某个时间后,即可得到该时间的产品结构。

 
       可采取何种机制的有效性标志,企业必须视具体的情况而定。附于版本对象的有效性标志可以与级连发放工程相集成,在发放过程的模板定义中,并且与过程的工作状态相互联系起来。
 
       而在装配关系连接对象上的有效性标志需要由用户来手工指定,从而也增加了系统的灵活度,但必须经过严格授权的用户才能够指定BOM中的装配关系连接对象上的有效性标志。一般的策略是针对大多数企业的常规情况,通过发放过程来自动设置有效性标志,将有效性标志附于版本对象上。
 
       而针对个别特殊的情况,需要对BOM进行复杂的定制,才使用手工的方法,将有效性标志指定在单个的装配关系连接对象上。对于主机生产企业,更适合于采取后一种方案,即将有效性标志指定在单个的装配关系连接对象上。因为,主机生产企业的产品特点是最终产品包含的组件数量极大,相同的件也较多,同一个版本适用于一个或者几个最终产品的多个装配场合。
 
       如果采取在版本对象上指定有效性标志的话,则需要创建多个版本,这些版本除了有效性标志不同外,其它的属性都一样,这无疑是对存储空间的极大浪费。主机生产厂的另外一个特点是,与生产一般El用产品的企业相比所生产的产品批量比较小,同一型号的不同系列产品之间只存在少许的差异,这就只需要在原有BOM的基础上,通过单个指定某几个装配关系的有效性限制条件即可完成客户的定购要求。
 

3.2.2.3按照选项变量配置产品
       按照选项变量配置BOM,使得“面向订单制造”的思想更加容易得到实现。在飞机、汽车等产品的生产中,产品型号可以由几个关键参数所决定,而不同型号的产品之间存在着许多共同组件。
 
       不同的组件则是依赖于几个关键的参数,这几个关键参数就构成了选项变量,通过指定不同的变量,得到相应的BOM配置。如图3.7所示,在适于进行按照变量配置产品的产品结构树中,汽车的发动机型号、收音机的有无等等就是关键的选项变量。

 
       在汽车生产厂,不同型号的汽车之间存在着大量的图纸借用关系,这种借用关系就是共同组件的设计共享。对于这些所有型号的汽车都必须包含的组件,在其上不标注变量条件,表示不管按照何种变量配置规则,该组件都进入配置BOM中。
 
       而对于非共享组件,即由汽车型号参数所决定的该型号汽车所独有的组件则注明该组件所适用的场合,即变量条件。在按照选项变量配置BOM时,必须考察几个基本数据对象:选项变量、变量条件和变量规则。
 
       选项变量进行配置的关键参数,比如上图中的发动机功率、变速箱的种类等。变量条件指定配置条件,满足该条件的版本对象或者装配关系对象入选该配置BOM。如上图中当配置条件满足“发动机”=1200时,则A1200/B发动机进入配置BOM。
 
        没有配置变量的数据对象(包括版本对象或者装配关系对象)将不受其限制。与有效性标志相同,变量条件既可以指定给版本对象,也可以指定给BOM中的某个装配关系连接对象。并且在一个版本上既可以指定一个变量也可以指定多个变量值。比如,给P095/B电子天线赋予的变量条件有两个:“收音机!=无”和“收音机!=电子”。
 
       变量规则将多个配置选项变量限制条件采用与、或运算连接起来所构成的复合条件规则。负责产品配置的用户可以创建常用的规则对象,以便普通用户方便调用,省去了组合变量条件的麻烦。变量规则通常具有友好的名称,便于用户记忆和标识。当配置条件为“发动机=1200”;“变速箱=手动”:“收音机=单声道”;“天线=普通”,配置出的产品结构如图所示。

 
       可以将发放状态。有效性和选项变量三种配置方法结合起来,让用户能够任意组合两种或者三种配置方法来进行产品配置,这为企业提供了更大的灵活性,可以在同一个BOM上配置出满足各种条件、符合各种要求的产品结构树。
 


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