您现在的位置:e-works > 百味书屋 > 书籍列表 > 2017(第二届)工业软件与制造业融合发展高峰论坛论文集 > 基于Windchill的航天复杂产品研发管理应用实践

第二章 软件定义企业新能力

第二节 基于Windchill的航天复杂产品研发管理应用实践

湖北航天技术研究院总体设计所信息技术中心 杨帆 尹鹏飞 魏梅娟 阮彩霞 刘如奎
 

引言

        航天产品的研发是一项高度复杂的系统工程,需要经历设计、制造、维护的诸多环节,需要投入大量的资金和时间。随着产品数据管理系统(PDM)自身功能的不断发展完善,它已经逐渐介入产品研发整个生命周期的各个环节,使产品开发的早期阶段能及早考虑下游的各种因素,达到缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本,从而增强企业竞争能力的目标。
        本文以湖北航天技术研究院总体设计所基于Windchill的产品数据管理系统应用实践为例,从航天复杂产品研发特点为出发点,从图文档管理、产品结构与配置管理、产品数据的技术状态管理以及工作流及生命周期管理等方面描述了基于Windchill的航天复杂产品研发管理,从而实现产品研发的全生命周期管理的应用现状,总结归纳了应用经验,充分考虑后续工作难点,其应用实践的成果可以被同行业借鉴和利用。

1 航天复杂产品研发特点

        航天复杂产品的研发是一项复杂的系统工程,航天复杂产品研发生产单位组织结构一般遍布各地,它由多团队、多领域、多厂所共同参与开发,涉及大量的数据信息,并需要在严格的流程管理控制下实现这些信息之间交互和流转,需要通过信息化的手段推进信息集成和业务流程优化,提高工作效率,减少多地域办公对研制周期的影响。在方案阶段,总体部门负责确定产品研制的技术要求,形成细化的产品结构树,而产品、系统、分系统、单机的编号规则由质量部门统一确定。在初样、试样、定型阶段,均以产品结构为核心,组织和管理产品设计文档,通过基线、有效性等配置规范来管理产品在不同研制阶段的技术状态演化,并通过变更和基线控制机制对产品研制各个阶段的技术状态进行有效管控。通过基线记录各阶段的技术状态,实现数据的转阶段控制。分别建立方案阶段、初样阶段、试样阶段和定型阶段的基线,通过各阶段基线,与此阶段的所有技术状态数据相关联,转阶段完毕后,基线冻结。冻结后的技术状态,可以在研制过程中随时通过基线提取,保证技术状态的唯一和有效。

2 应用实践

        湖北航天技术研究院总体设计所经过系统研究及不断探索与实践,很早就开展了相关信息化建设,主要采用基于Windchill的PDM系统进行产品数据管理,已经成功的将PDM系统应用到所有的在研、预研产品上,实现了所有产品研制数据的集中有效管理和电子审批,并实现了多地域异地跨厂所的电子审签,同时建立了适合产品研制的PDM系统应用规范。
        2.1图文档管理
        目前,PDM系统中图文档的管理主要分为文档属性管理、文档分类管理、文档版本及编号管理、文档存储及权限控制管理以及文档检索管理。
        1)文档属性管理:在PDM系统中存储的各类设计文档都包含有专有属性信息,如:编号、图号、名称等,通过系统定义和扩充属性,用于数据特征的定义、描述和对数据的搜索、统计。
        2)文档分类管理:文档分类方便用户快速查询和实施不同的审批流程,按照文档的用途和基本功能将文档划分成若干大类,每大类文档又按照具体内容细分为多个小类。
        3)文档版本及编号管理:用小版本管理设计过程和审签过程的修改记录,用大版本管理工程更改过程记录;按照类型和分类属性等规则,在创建文档时自动生成编码。
        4)文档存储及权限控制管理:在产品环境中,通过按照部门或专业建立的文件夹将各类文档对象进行分类存储。可以根据类型、状态、存储位置、访问角色进行权限设置。
        5)文档检索管理:PDM系统提供多种数据检索机制,以满足业务应用需求。用户可以根据文档的类型、所属部门或代号等基本属性,进行快速的检索,以获得所需的数据;用户可以在系统中直接从文件夹里找到需要的产品数据,还可以按照文档数据同产品结构之间的关联关系,通过展开产品结构来索引到对应数据。
        2.2产品结构与配置管理
        PDM系统的产品结构是指由零部件、文档及相关变更通过相互关联形成的树状结构,它是在产品开发的过程中自然形成的,体现了以产品结构为核心的各种信息的管理。
        2.2.1 产品结构的录入方式
        在PDM系统中产品结构树上的每一节点只能与一种CAD工具集成,这一点可以根据需要加以选择,其它文档按参考关系与零部件关联,有两种方式将零部件产品结构信息录入到系统。
        1)手工方式
        在系统中手工建立零部件,零部件对象可以与CAD图档建立关联关系,实现以产品结构为核心的产品数据管理。
        2)集成方式
        可以通过CAD工具直接将零部件及其属性和产品结构关系导入到PDM系统中。所创建的零部件数据,能够完整表达企业产品结构,能够满足产品数据查询和检索的要求。
        2.2.2产品结构版本管理
在PDM系统中产品结构版本的含义是指零部件本身的属性、零部件的子结构、零部件关联的CAD文档零部件发生版本变化的情形,其中分为修改和修订两种方式。产品结构版本分为大版本和小版本,所有的版本都保存在系统中以备后用。产品结构的修改在设计或签署过程中发生,首先检出数据至个人文件柜进行修改,然后检入数据至产品或存储库与他人共享新的版本,每检出检入一次,增加小版本。产品结构的修订在签署完成发放后需要更改时发生,修订一次产生新的大版本,通过版本管理,记录产品结构各个节点的全部历史信息。

产品结构版本管理

图1 产品结构版本管理

 
        2.2.3产品结构配置管理
        在PDM系统中,尤其是在新产品的开发过程中,要进行平台化和模块化的优化,可以根据用途不同,功能不同,定义不同的配置。对于大部份相同而仅有部份选项配备不同的产品,则可在系统内设为同一型产品,并针对选项在产品结构上的位置加以设定。每一个配置都是一组完整的、特定版本的产品结构及相关联文档的组合,选定特定的配置后,可以对其进行产品结构的相关操作,如产品结构展开,报表生成,差异比较等。也可以针对不同的基线的产品创建对应的实例,从而保证设计更改时可以针对具体的批,而不影响其他产品。
        2.3产品数据的技术状态管理
        2.3.1基线管理
        航天产品技术状态控制较为复杂,在PDM系统中,基线是某一阶段或者配置在一个特定时间点的静态记录结果,用于“冻结”此时的产品结构和文档信息,以便审核和提供决策。PDM系统中的基线管理的三个应用场景:
        1)设计过程技术状态管理,管理产品研制某个阶段中所有要求固化的技术状态,针对系统、分系统、单机建立技术状态管理基线,将需要维护的数据投入其中管理。
        2)设计过程技术状态追踪,建立产品级产品配置对象,通过基线规范将不同分系统/单机的不同历史技术状态基线组合起来,形成任何需要的产品级的历史技术状态。
        3)归档技术状态管理,转阶段评审通过后,对前一个阶段的设计状态进行归档固化,产品的每个阶段建立归档基线,产品中任何一个系统在转阶段评审后都将设计数据投到该归档基线中管理。
        2.3.2 工程更改管理
        PDM系统中工程更改可以包括对产品、产品信息和相关接口产品的修改。根据航天复杂产品的研制特点,工程更改通常包括设计需求的变更、技术设计更改,分别用三种对象的业务流程,来完成上述工程更改业务框架。
        1)问题报告
        当在产品设计、试制、试验、生产或者服务过程中,一旦发现产品质量问题,将在PDM系统中填写问题报告,以反馈存在的问题、设计数据、影响的产品以及说明文档。PDM系统将自动执行问题报告签审流程,以获得相关部门的反馈意见。一旦问题确认后,将返回给相应的部门创建更改请求。
        2)更改请求
        变更请求流程旨在分析问题并做出变更与否的决策。当问题报告确认或者实际工作中发现需要进行改善或更正的地方,由负责人员提出更改请求。根据更改部件的重要程度和紧急程度,更改请求将分为I类更改和II类更改。对于涉及到产品性能、品质、成本等重要特性的I类更改请求,将执行标准的更改控制流程,以确保更改影响评估全面和准确。而对于简单的II类更改,则建议执行流程节点较少的快速更改流程。
        3)更改通知单
        一旦变更请求审批通过后,将下达更改通知以确定具体的变更措施。一旦变更完成后,将需要由生产准备部门设定生效批次或者日期和更新生产或物资管理系统的BOM,以明确指定版本的生效范围。
        2.4工作流及生命周期管理
        航天复杂产品研制过程中,PDM系统中对于零部件或者文档数据,将涉及到各种流程,目前主要开发设计了文档审签、批量图纸审签、产品结构审批、更改审批、转阶段审批以及借阅等六类流程,以在PDM系统中针对各个业务流程定义其电子流程,以实现企业流程的自动化和规范性,实现产品信息在各部门之间的有序传递,可使得设计人员集中精力在产品生命周期的特定任务上,真正把流程、信息、人员有效地集成起来,加快数据的流转效率,提高工作效率。同时,以直观的方式进行对业务流程的追踪控制功能,简化了相关人员对现有业务情况进行的进度管理,并能及时的进行调整和反馈。工作流在产品研发生命周期的各个阶段的流转如图2所示。

工作流与产品研发生命周期各阶段的关系

图2 工作流与产品研发生命周期各阶段的关系

3 结论

        基于Windchill的产品研发管理可以把与产品有关的所有信息组合在一起,从而实现产品相关信息的统一有效管理,有效提升企业研制能力。本文以湖北航天技术研究院总体设计所基于Windchill的产品数据管理系统应用实践为例,从航天复杂产品研发特点为出发点,从图文档管理、产品结构与配置管理、产品数据的技术状态管理以及工作流及生命周期管理等方面描述了基于Windchill的航天复杂产品研发管理,从而实现产品研发的全生命周期管理的应用现状,总结归纳了应用经验,充分考虑后续工作难点,其应用实践的成果可以被同行业借鉴和利用。