基于SOA 的產品全壽命周期管理模式的研究與實現

苗壯，江涌濤，楊錫森

（江蘇自動化研究所，江蘇連云港 222006）

隨著軍工院所現代化進程的快速推進，對高、精、尖型號系統裝備的可靠性、保障性、維修性、可靠性提出了更為苛刻的要求，因此,必須對產品整個生命周期進行數字化創新協同管理。部分軍工院所的產品研發模式[1-2]處于節點分散式運作狀態，科研人員無法把握產品的實時信息，制約了產品創新能力的提升，急需形成產品的全壽命周期管理，實現產品數據的互聯互通，為產品創新能力奠定基礎，以產品數據貫通帶動產品創新，以創新帶動智慧院所的建設，全面提升產品協同設計創新能力。

對于一個產品，從需求分析、詳細設計、工藝設計、生產制造到后期維護，直至報廢的全流程管理方式被稱為產品全壽命管理[3-5]（Product Life-cycle Management，PLM）。它是一種以產品數據管理（Product Data Management，PDM）[6-8]為中心，以面向服務架構（Service Oriented Architect，SOA）[9-11]為系統架構，以產品物料清單（Bill of Material，BOM）[12-16]為主干，對產品需求分析、技術設計、原型試制、產品試驗、服務保障進行全過程實時管控，實現研制流程信息化以及進一步的知識創新和應用。推進業務的精益管理，提升流程自動化水平，形成精細化、透明、閉環的全過程管理，支持全過程的數字化協同和并行工程。

1 產品全壽命周期管理系統設計

1.1 功能模塊設計

PLM 系統包括零部件管理、圖文管理、BOM 管理、流程管理、更改管理、可視化管理、用戶和安全控制管理、工藝管理八個模塊，如圖1所示。

圖1 PLM總體功能架構

PLM 系統具體功能構成如下：

零部件管理：通過定制產品模型的方式，把所有系列產品都通過產品樹進行管理。支持不同產品類型、不同產品系列等建立不同產品的不同屬性，并進行維護。

圖文管理：實現對圖紙/文檔的版本管理與權限控制，不同的版本存儲各階段屬性信息，并支持文檔齊套性檢查，自帶不同類型文檔模板、不同尺寸圖紙圖框。

流程管理：提供圖形化的流程編輯工具，定義審批流程，支持查詢流程歷史記錄和正在運行的流程，并在流程結束后記錄流程審簽人員信息。

BOM 管理：支持科研人員創建和編輯零部件結構，并且可對版本、版次進行管理，建立零部件與圖文檔、零部件間的關聯關系，對任意兩個BOM 進行比較，并生成產品配套明細表、匯總表等。

可視化管理：支持廣泛的CAD 源數據轉換和查看瀏覽，提供相應的JT 轉換插件，使得來源于不同CAD 工具的數模能夠輕松錄入PLM，并組裝在一起，應用于協同設計和模擬驗證等工程中。

用戶和安全控制管理：基于訪問規則列表的權限管理體系，支持對不同組織、項目、角色、人員的訪問管理，實現對特定數據的安全控制。

更改管理：實現設計變更的電子化，參與更改審核的角色可以在系統中完成審核、評估，并將更改單作為審核、評估對象。

工藝管理：支持對工藝資源庫進行分類創建，實現對工藝資源的增加、刪除、編輯等操作。實現機加、裝配、電裝等多種工藝類型的設計工作，能夠輸出工藝卡片、作業指導書。

1.2 集成接口設計

基于PLM 系統框架實現數字化設計與工藝全面管控，打通與AutoCAD、Office、Cadence 等設計工具及PM、ERP、MES、MDM 等信息化系統的集成應用。PLM 系統集成架構如圖2 所示。

圖2 PLM系統集成架構

PLM系統與AutoCAD集成，科研人員在AutoCAD上進行二維工程圖的繪制，通過與PLM 系統的緊密集成應用，實現設計過程中圖紙、BOM 等數據的傳遞，實現基于PLM 系統的業務過程緊密集成。

PLM 系統與Cadence 實現應用集成，向PLM 系統同步原理圖、PCB 版圖等數據。

PLM 系統與Office 集成，實現科研人員在本地使用Office 編輯文檔后，上傳并保存到PLM，以及在Office 端打開PLM 中的文檔，實現文檔雙向傳遞。

PLM 系統與MDM 系統集成，實現基礎物料的集成應用，包括人員、物料、項目、標準工序等，能夠保證數據的唯一性。

PLM 系統與ERP 系統、MES 系統集成，實現圖紙、BOM、工藝路線、更改通知單、問題報告、調試/檢驗細則等設計數據的集成，初步打通產品設計、工藝、制造各環節，實現設計工藝制造一體化。

PLM 系統與PM 系統集成，通過PM 系統向PLM系統同步項目任務及時間等信息,PLM 系統為PM 系統反饋任務的進度及結果，實現項目進度管控。

PLM 系統與軟件項目管理集成，實現對軟件項目文檔的集中管控。

PLM 系統與知識管理系統集成，實現在任務前推送知識，任務中應用知識，任務后沉淀知識，達到知識與業務的深度融合，提高知識的重用率，提高設計效率和工藝的規范性。

2 產品全壽命周期管理系統實現

首先，項目負責人在PLM 中完成項目與項目計劃的接收與下發。然后，總體方案負責人在線上完成總體方案等文檔的編輯。結構設計人員通過CAD工具完成圖紙、BOM 等的設計工作。電氣設計人員通過PCB 工具完成電氣原理圖的繪制等工作。最后，工藝人員根據圖紙信息，完成工藝設計。數字化產品研發主流程如圖3 所示。

圖3 數字化產品研發主流程

2.1 項目/任務創建及下發

項目/任務創建及下發步驟如下：

步驟一：項目負責人在PLM 中接收項目管理系統同步的項目信息及項目計劃。

步驟二：由項目負責人組建項目團隊，并設置權限。

步驟三：項目負責人根據項目計劃，對任務負責人下發任務。任務負責人在接收任務和完成任務后，系統自動將任務進度反饋給項目管理系統。

步驟四：任務負責人根據任務的難易程度、工作體量進行任務細化，并將細化任務下發給下級任務負責人。下級任務負責人同樣在接收任務和完成任務后，系統自動將任務進度反饋給項目管理系統。

2.2 文檔在線編輯

文檔在線編輯步驟如下：

步驟一：任務負責人接收到文檔設計任務并確認后，系統將進度反饋給項目管理系統，調用項目文檔或技術文檔模板創建文件。

步驟二：雙擊打開文檔模板，進行文檔編輯。

步驟三：文檔編輯后，發起在線流程審批，并確認完成任務，系統自動將任務進度反饋給項目管理系統。

2.3 圖紙在線設計

圖紙在線設計步驟如下：

步驟一：任務負責人接收到結構圖紙設計任務并確認后，系統將進度反饋給項目管理系統。

步驟二：任務負責人打開CAD 工具，通過集成菜單登陸PLM 系統，并進行圖紙初始化操作。

步驟三：圖紙初始化后，選擇“級類型種”向主數據系統申請圖號，并編輯標題欄，繪制圖紙；編輯明細欄，保存圖紙并上傳至PLM 系統。

步驟四：登陸PLM 系統查看圖紙和BOM 是否有誤，若沒有問題，提交在線審批流程。

如圖4 所示，通過“PLM 接口功能”實現了圖紙模板的初始化、標題欄在線編輯、編輯明細欄等工作，達到了標準化、快速化繪制圖等目標。

圖4 圖紙在線設計

圖紙審批流程采用五級審批，即圖紙所有者、小組領導、工藝人員、標準化人員、部領導五人審核。每級審核人員均可完成對圖紙的圈閱，圈閱內容作為新圖層存儲在圖紙附件上，不影響圖紙原內容；每級審核人員對圖紙不通過審核，均將圖紙退回給圖紙所有者，需要作者重新作圖，并發起流程，避免了圖紙被重復審核退回；圖紙所有者還可以選中多張圖紙，選擇一個審批流程模板完成圖紙的批量審批，避免對圖紙的逐一審批。

2.4 工藝在線設計

工藝在線設計步驟如下：

步驟一：若做加工工藝，需要完成加工工序、指派工藝資源、創建數控程序、創建加工工步。

步驟二：若做裝配工藝，需要添加工藝件、創建裝配工藝、創建裝配工序、指派消耗件、創建裝配工藝。

步驟三：在完成加工/裝配工藝后，系統將生成工藝卡片，并發起工藝審批。

步驟四：工藝批準后，PLM 將BOM、工藝路線及文件同步給ERP，供生產管理人員完成采購、投產、生產計劃制定、工時定額等工作。PLM 系統將工藝路線、作業指導書等通用文件同步給ERP，供操作工完成生產作業。

圖紙發布后，系統自動將對應的設計BOM（即EBOM）同步給下游系統。然后工藝人員對圖紙進行編輯工藝，同時會對EBOM 增加工藝件、增加緊固件、變更原材料等操作，用于完成裝配或加工工藝。因此，在工藝完成審批后，系統將工藝BOM（即PBOM）同步給下游系統，EBOM 和PBOM 組成如圖5所示。

圖5 EBOM和PBOM組成

3 系統上線達成效果

PLM 系統上線前完成技術文檔、圖紙、工藝的在線設計、在線簽署、產品結構自動匯總、變更管理、設計庫管理與應用等功能開發。針對PLM 涉及的企標件命名規則、結構BOM與電氣BOM層次關系、技術更改管理、轉階段管理等業務流程，確定方案并完成系統功能開發、測試。對比上線前的業務現狀，如表1所示。

表1 PLM系統上線后達成效果

4 結論

通過分析建設產品全壽命周期管理系統的必要性，研究產品全壽命周期管理系統相關技術，通過對零部件管理、產品結構管理、流程管理、變更管理等模塊的設計，打通與ERP、MES、MDM 等信息化系統數據流，打破數據孤島，創建統一的數據研制平臺。通過一年上線運行，證明了該文研究成果的可行性、可用性和優越性。