基于制造业PLM系统的工程变更管理研究

基于制造业PLM系统的工程变更管理研究

摘要
    工程变更是产品生命周期管理一个重要的组成部分。通过讨论制造业中工程变更产生的主要原因，认为目前制造业工程变更管理存在的问题主要是：缺乏基于信息化系统的固定的流程管理机制；变更流程难监控；变更数据难维护。建立基于制造业PLM系统的工程变更管理流程，将变更管理流程细分为问题报告（PR）、变更请求（ECR）和变更通告（ECN）3个子流程。阐述3个子流程在PLM系统中的具体实施方法,并提出在PLM系统中实现ECN结构化管理。通过对PLM系统客制化开发，并对变更数据和图形采用数据库模式的管理方法，保证了ECN、产品零部件及图形数据的一致性和可追溯性，实现企业ECN数据结构化。阐述在PLM系统中变更数据版本的管理方法。
 
    PLM（ProductLifecycleManagement），即产品生命周期管理，贯穿产品从研发设计到退出市场的各个环节，对于企业的管理有着重要的意义。在PLM中，工程变更是其中一项经常而且必要的活动。工程变更是指企业在产品从规划一直到退出市场并停止一切支持活动的全部过程中更改有关产品和技术文件活动的总称。工程变更管理，即基于PLM系统，通过建立严格的变更业务流程，在手工或计算机工具支持下，控制整个变更活动，并记录更改涉及的所有对象的变化，保证产品信息的一致性和完整性。
 
    能否有效地实施变更，关系到企业能否快速响应市场需求，加快推出用户满意的产品，改进产品的薄弱环节，提高产品质量，提高企业在产品研发方面的实力，从而提高企业的核心竞争力。而通过PLM系统管理工程变更的数据和流程，可以加快实施变更的环节，减少变更错误，降低变更成本，从而提高产品开发全过程的敏捷性和经济性。
 
1工程变更问题的描述
1.1工程变更原因分类
    工程变更涉及企业的设计、制造、工艺、生产、销售、质量、配件及采购等众多部门。从市场需求、产品开发及生产管理等方面可将具体的变更原因分为如下几类：
    1）用户需求；
    2）改善产品性能；
    3）提高可靠性；
    4）增加功能；
    5）改善外观；
    6）设计差错；
    7）提高产品的可制造性；
    8）采购原因；
    9）满足相关法律法规；
    10）其他。
 
1.2制造业工程变更管理实施存在的问题
    工程变更管理的实施方法与企业的具体情况密切相关，多数的变更会影响其他多个产品的变更，有的变更甚至会引起产品主要性能的变化，导致产品安全性或可靠性下降，造成工艺及工装模具发生重大变化，大幅增加成本。所以工程变更管理在制造型企业的生产经营活动中十分重要。
目前我国制造业的工程变更管理存在的问题主要有：
    1）缺乏具体的基于信息化系统的变更管理流程，导致缺乏相应的固定机制，如发现问题、评估问题、审批问题等各个阶段随意性比较大，不能形成对问题的统一管理；
    2）变更流程难监控，很多时候难以进行变更问题的回溯、追踪和返回，如通知相关变更责任人，查看产品问题进展及问题来源等；
    3）难以实现对变更数据集中存储和实时共享机制，并建立变更对象与新旧数据的关联机制，如一个单位发生的问题难以与变更相关各单位分享，或难以通过一种数据的相关性查看到其他数据。
 
1.3工程变更管理的需求分析
    基于以上的原因和现状，企业需要一个合适的工程变更管理流程，该流程要能够在企业PLM系统中运行。具体的需求包括：详细记录变更申请的责任人，变更原因和变更处理的意见；健全的评审机制和流程控制，包括修改、通过和驳回变更申请，以及禁止未授权的文档更改；确保相关人员获得最新的设计变更信息；确保所有文档关系可以回溯、追踪和审计；制定最佳流程，缩短变更实施时间，对更改活动实施监控。
 
2基于PLM系统的工程变更管理建模
2.1工程变更管理的整体模型
    本文基于PLM系统，将工程变更管理细分为问题报告（PR）、变更请求（ECR）和变更通告（含实施计划）（ECN）3个子流程，如图1所示。

    图1中，问题报告（PR，ProblemReports）是指在产品生命周期各阶段各单位发现的问题或提出的改善建议的记录；变更请求（ECR，EnterpriseChangeRequests）是工程变更管理所必需的环节，旨在分析问题原因，制订变更方案并做出变更与否的决策，变更请求获得批准之后，更改责任人即可创建变更通告及实施计划；变更通告（ECN，EnterpriseChangeNotices）是组织和执行相关变更的授权和依据，通过变更通告中的实施方案，可将多个相关的变更任务组织在一起。变更通告发放之后，相关部门可在PLM系统内查看变更，根据变更通告上标明的变更实施计划，指定由何人在何时之前执行何任务并由何人审阅。变更任务可以是修改具体数据，此时可以将变更前后的数据与变更任务相关联。
 
2.2基于PLM系统的工程变更管理流程分析
    工程变更管理是PLM中的一个重要组成部分，而PLM系统则是工程变更有效的管理平台，能够对工程变更各个子流程中相关数据及工程变更活动进行跟踪、记录和控制。
 
2.2.1问题报告流程
    产品设计数据发布之后，如果相关部门要提交更改建议，应指派人员在PLM系统创建问题报告，并将问题报告提交审核，通过后再批准实施。在此过程中如果问题属实，但还需要问题反馈人补充更多信息时可选择“澄清”路由，此时问题报告责任人必须在问题报告备注中说明具体原因或要求。具体的流程如图2所示。

2.2.2变更请求流程
    当确认出现问题且需要变更时，相关人员可发起变更请求，即在PLM系统中“创建变更请求任务”，并进入变更请求阶段。
    在企业中，由于需要变更的零部件往往涉及到多个机型，关系到多个部门，所以在变更请求时，必须选中所有需要更改的零部件，并在PLM系统中自动生成零件反查表即零件被使用的关系表，如图3所示。

    确认变更是否影响上级部件和整机产品的应用情况，需要慎重处理。此时，如果反查出借用该零部件的还有其他部门，则需要在发起变更请求时将变更方案、变更评审意见和会议纪要作为变更请求附件一起提交该部门的相关人员进行会签。会签参与者的选择需要遵循企业的相关标准，保证变更得到相关人员的确认认可，具体流程如图4所示。

2.2.3变更通告流程
    变更请求获得批准后，变更责任人就可以在PLM系统中创建变更通告，开始实施变更计划：填写变更通知单、更改零部件、更改图纸等，并将新产生的数据附加到变更活动上，包括变更通知单、零部件及图文档，然后提交变更通告及实施计划，之后进行设计、工艺和标准审核。审核通过后，工艺人员、采购人员及质量人员会分别接受到“工艺会签”、“采购会签”和“质量会签”任务，这3个任务全部完成后，变更通告主流程结束。
    另外，变更通告也将由PLM系统自动发放各相关部门的指定电子收文人。相关人员则根据变更通告内容找到所需变更的对象，并对其进行修改，进而实施具体变更，具体流程如图5所示。

2.3ECN数据结构化的实现
    ECN是企业实施具体变更的依据和授权，对于实施具体的变更有着清晰的指示作用。
    企业利用PLM系统实施工程变更管理需要实现ECN闭环管理，然而ECN长期通过Word文档进行信息传递，难以实现数据级的管理。因此需要对企业PLM系统进行客制化的开发，利用最新信息技术以B/S架构实现：
    1）系统自动生成ECN更改内容，包括零部件、明细表升级及变更的大部分信息，加快ECN的编制效率，减少信息错误；
    2）实现ECN模板统一，解决通知单格式不统一的问题；
    3）实现ECN更改内容的数据化管理：方便变更内容与其他系统集成或导出各种报表；
    4）实现变更图纸的数据化管理，与PLM系统的CAD保持一致。
    在PLM系统中，每个具体的变更通告是以对象模型存在的，即可以根据具体对象查询到相关信息，如基本的属性信息、受影响对象、产生的对象，以及更改前后部件的明细表等。基于这些信息，可建立数据表，如图6所示。

    部件补充信息表中的子件信息字符串表示部件下一级子件的信息组合，如编号、版本、行号、数量、规格及材料等。
通过对PLM系统的客制化开发，使得系统能够在变更责任人针对具体的变更请求新建变更通告时，自动获取变更对象的相关信息，此外，还可以根据部件的编号和版本信息获取到PLM系统中的CAD图纸，并将这些信息插入相关数据表，展示在ECN中，如图7所示。

    变更责任人通过网页上对应入口，编辑ECN变更内容，如技术要求、图片说明等，保存后展示在ECN中。通过将上述信息以数据的形式存入数据库，实现以数据库模式管理工程变更数据和图形的方法，保证了ECN与产品零部件及图形数据的一致性。
 
3PLM系统变更管理中的数据管理
    工程变更所涉及到的产品数据关系往往比较复杂，所以必须确保数据修改与版本升级保持一致，以便在任何时候都可获得完整一致的描述产品维护状态的数据。同时，记录数据的版本演化关系，保证数据的可跟踪性也十分重要。对此可以根据企业具体的变更业务，针对零部件具体的变更情况，在PLM系统中建立相应的管理模型，如图8所示。

    在PLM系统中，数据发放后，不能随意对已发放数据进行修改；如果需要修改，必须通过变更过程记录修改原因和改前改后关系，同时记录版本升迁数据的变更（000→001→002…）。
 
4实现工程变更管理的实例
    本文通过建立工程变更管理实施流程，建立了能够集中存储与变更相关的所有信息的功能和实时共享机制，规范了工程变更管理流程，克服了变更的随意性，实现了基于PLM系统的工程变更管理的实施。在问题报告确认、变更请求决策、变更通告执行的关键节点，以系统任务分派和电子邮件两种方式通知相关人员当前的进展情况，其他人员还可以通过预订感兴趣的事件来及时获得通知；并且能够通过变更的进展自动维护其环节关系，即只有变更通告执行完毕，变更请求才解决，只有变更请求解决后，问题报告才解决。建立了变更对象与新旧产品数据的关联机制，通过其中一种产品数据的相关性可以马上查看其他的产品数据，这将非常有利于了解产品数据的变化进展情况，并且能够有效地对变更内容信息进行查询、统计和生成报表。
 
    本文建立的工程变更管理流程及数据管理方法，在广西某大型制造业企业得到了较好的实施。该公司采用了TiPLM软件，这一软件充分利用了最新信息技术，完全以B/S架构实现，流程管理功能强大，且具有良好的开放性能。该公司在此基础上进行了工程变更管理流程的客制化开发，参与流程的相关人员可以通过浏览器访问工程变更管理器，并根据自身的权限访问变更对象，相关信息通过树形结构表示，参与者可以查看对象的属性，追溯变更的来源，并且可以通过BOM表检查其更改前后的准确性，为PLM提供了保障。