面向復雜產(chǎn)品研制的數(shù)字化技術狀態(tài)管理系統(tǒng)

韓皓睿，申雪兒，許 瑞

（北京機電工程研究所，北京 100074）

1 引言

20世紀60年代，隨著復雜裝備系統(tǒng)工程研制發(fā)展，技術狀態(tài)管理概念逐步發(fā)展形成為一門工程管理科學。技術狀態(tài)管理方法最早成功應用于波音公司的747飛機項目，支撐其多型產(chǎn)品并行研制。在20世紀80年代后期，隨著裝備產(chǎn)品復雜性不斷提升，我國提出了裝備產(chǎn)品技術狀態(tài)管理要求，目前國內航空航天等軍工單位主要執(zhí)行GJB 3206A—2010《技術狀態(tài)管理》。技術狀態(tài)管理是在產(chǎn)品全生命周期內，確保并維持產(chǎn)品的功能特性、物理特性與產(chǎn)品需求保持一致的管理活動，主要包括技術狀態(tài)標識、技術狀態(tài)控制、技術狀態(tài)記實和技術狀態(tài)審核。

北京機電工程研究所是復雜裝備的總體設計單位（以下簡稱A單位），產(chǎn)品研制呈現(xiàn)多類型、高并發(fā)、小批量的特點，隨著產(chǎn)品多系列多狀態(tài)并行研制情況的不斷深入，技術狀態(tài)管理工作量越來越大、協(xié)調難度越來越高，傳統(tǒng)的技術狀態(tài)管理方式已不能有效滿足新形勢下復雜產(chǎn)品快速研制要求，因此需要借助信息化手段構建數(shù)字化的技術狀態(tài)管理環(huán)境。為解決上述問題，本文主要面向產(chǎn)品工程研制階段，提出了基于產(chǎn)品結構和批發(fā)次有效性的技術狀態(tài)管理方法，通過二次開發(fā)形成數(shù)字化技術狀態(tài)管理功能軟件，提供技術狀態(tài)項標識、產(chǎn)品結構樹管理、產(chǎn)品基線管理等手段，保障產(chǎn)品技術狀態(tài)標識清晰、準確、完整，并依靠電子流程控制技術狀態(tài)更改、偏離等活動，確保產(chǎn)品批發(fā)次技術狀態(tài)信息受控、完整可追溯，支持技術狀態(tài)管理人員對產(chǎn)品狀態(tài)進行把控和管理。

2 PDM支撐技術狀態(tài)管理的基礎功能

PDM系統(tǒng)作為產(chǎn)品協(xié)同研制數(shù)據(jù)及過程管理平臺，具備多類型數(shù)據(jù)版本管理、數(shù)據(jù)更改管理、數(shù)據(jù)關聯(lián)追溯、數(shù)據(jù)查詢篩選等功能，可控制產(chǎn)品數(shù)據(jù)的有效性和可追溯性，一定程度上支撐了產(chǎn)品技術狀態(tài)管理活動?，F(xiàn)梳理PDM系統(tǒng)支持技術狀態(tài)管理的基礎功能。

2.1 靈活的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型和關聯(lián)關系

多類型的業(yè)務數(shù)據(jù)模型不僅是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的基礎，也是技術狀態(tài)管理的底層結構。產(chǎn)品生命周期內生成的技術文件類型較多，按照文件內容形式，在系統(tǒng)中將技術文件劃分為零組件、技術文檔、單據(jù)等類型。PDM系統(tǒng)提供了靈活的數(shù)據(jù)模型配置方法，支持根據(jù)業(yè)務需求定制化配置數(shù)據(jù)模型，不同類型的數(shù)據(jù)模型由數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)版本、屬性表、數(shù)據(jù)集、BOM視圖、狀態(tài)對象等內容組成。

各類數(shù)據(jù)通過靈活的關系進行組織關聯(lián)，系統(tǒng)支持定制化配置數(shù)據(jù)間的關系將同類或不同類的數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)版本進行關聯(lián)。關聯(lián)關系有效保障了各級技術狀態(tài)文件間的可追溯性，常見的關系有引用、使用、版本、規(guī)格、表現(xiàn)、更改等。以更改單對象為例說明數(shù)據(jù)模型關聯(lián)關系如圖1所示。

圖1 更改單數(shù)據(jù)類型及關系示例

2.2 可定制的工作流審批控制

PDM系統(tǒng)內置了靈活可配置的工作流引擎，支持按照業(yè)務要求定義流程模板對技術狀態(tài)數(shù)據(jù)進行審批、發(fā)放和控制，并有效驅動任務相關人員在系統(tǒng)中對目標數(shù)據(jù)進行確認把控。通過工作流對模型圖樣、技術文檔、單據(jù)等技術狀態(tài)文件進行流轉和發(fā)放，嚴格、及時地處理技術狀態(tài)更改、偏離等申請，有效支持了技術狀態(tài)控制活動。同時，通過流程模板的配置與定制化開發(fā)，可實現(xiàn)圖文檔的電子簽署。

2.3 精確的數(shù)據(jù)版本管理

精確的版本管理是對各類型技術文件進行技術狀態(tài)標識的保障，一方面數(shù)據(jù)版本記錄產(chǎn)品研制過程中技術狀態(tài)文件的更改與修訂，并通過關聯(lián)關系對更改情況進行匯總和展示，另一方面，通過大、小版本的生成規(guī)則控制數(shù)據(jù)版本變化，PDM系統(tǒng)規(guī)定通過數(shù)據(jù)修訂生成大版本，通過數(shù)據(jù)檢出檢入生成小版本，用戶只需關注大版本的數(shù)據(jù)有效性，避免了版本混亂造成的產(chǎn)品技術狀態(tài)失控。PDM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)版本模型關系及生成邏輯如圖2所示。

圖2 PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)版本管理邏輯

3 A單位技術狀態(tài)管理現(xiàn)狀和需求

國家軍用標準要求在復雜裝備產(chǎn)品方案論證階段、工程研制階段、設計定型階段、生產(chǎn)定型階段、批量生產(chǎn)階段、使用保障階段全壽命周期實施技術狀態(tài)管理，其中A單位技術狀態(tài)管理主要管控了從方案階段到批生產(chǎn)階段的產(chǎn)品狀態(tài)。各階段具體業(yè)務活動和輸入輸出內容詳見GJB 3206A—2010附錄。

A單位作為總體設計單位，業(yè)務基本覆蓋從方案論證階段到設計定型階段的各個環(huán)節(jié)，主要包括可行性論證、總體方案設計、機電液分系統(tǒng)詳細設計、聯(lián)調仿真、試驗驗證等研制活動。自GJB 3206A—2010發(fā)布以來，A單位始終執(zhí)行國軍標要求，建立了企業(yè)質量體系管理要求和技術狀態(tài)管理程序文件，規(guī)定了產(chǎn)品文件標識和記錄的方法，提出了產(chǎn)品文件更改與偏離管控的具體要求，在研制過程中實施技術狀態(tài)管理。針對A單位產(chǎn)品研制業(yè)務過程和要求，梳理了技術狀態(tài)管理過程和范疇，如圖3所示。

圖3 A單位產(chǎn)品技術狀態(tài)管理過程與范疇

在信息系統(tǒng)方面，A單位于2013年實施上線了西門子TeamCenter軟件作為PDM系統(tǒng)，經(jīng)過多年的系統(tǒng)建設完善和應用推廣，實現(xiàn)了大部分在研產(chǎn)品的圖文檔一體化管理，有效提升了產(chǎn)品協(xié)同研制效率、降低了工程數(shù)據(jù)管理成本。但是PDM系統(tǒng)基礎功能無法完全替代傳統(tǒng)管理文檔在產(chǎn)品技術狀態(tài)管控的作用，需要依據(jù)實際業(yè)務需求提出有效的數(shù)字化技術狀態(tài)管理方法并開發(fā)相應軟件功能。

對照圖3的技術狀態(tài)管理過程與范疇，基于PDM系統(tǒng)基礎功能和應用特點，可以通過信息系統(tǒng)實現(xiàn)的技術狀態(tài)管理業(yè)務活動和功能見表1。

表1 A單位技術狀態(tài)管理活動與軟件功能需求

4 基于PDM的數(shù)字化技術狀態(tài)管理

PDM系統(tǒng)雖然在一定程度上支撐了技術狀態(tài)管理活動，但還無法全面覆蓋技術狀態(tài)管理的業(yè)務需求。對照表1中A單位技術狀態(tài)管理業(yè)務活動與信息系統(tǒng)功能需求，本文基于PDM系統(tǒng)基礎功能提出了一套數(shù)字化技術狀態(tài)管理解決方案并通過系統(tǒng)的二次開發(fā)建設軟件功能，既保證滿足現(xiàn)行管理體系要求，又與實際業(yè)務管理活動相適應，并根據(jù)用戶使用習慣進行了一些操作的簡化。數(shù)字化技術狀態(tài)管理軟件功能架構如圖4所示，在項目管理、數(shù)據(jù)模型等基礎功能上二次開發(fā)形成數(shù)字化技術狀態(tài)標識、控制和記實功能，并為技術狀態(tài)審核提供依據(jù)。

圖4 數(shù)字化技術狀態(tài)管理軟件功能架構

4.1 技術狀態(tài)標識

按照技術狀態(tài)標識的管理要求，型號管理人員需依據(jù)研制程序，完成產(chǎn)品技術狀態(tài)管理策劃，規(guī)劃并確定產(chǎn)品分解結構、標識技術狀態(tài)項、編制技術狀態(tài)文件并進行有效性標識、適時創(chuàng)建基線等活動，業(yè)務簡化流程如圖5所示。

圖5 技術狀態(tài)標識業(yè)務簡化流程

數(shù)字化技術狀態(tài)管理系統(tǒng)支持產(chǎn)品技術狀態(tài)管理人員（型號總體專業(yè)）創(chuàng)建產(chǎn)品結構樹、維護產(chǎn)品批發(fā)次有效性，產(chǎn)品研制人員基于產(chǎn)品結構樹和有效性對技術狀態(tài)文件進行標識，型號總體依據(jù)產(chǎn)品不同有效性下文件齊備情況，梳理技術狀態(tài)文件清單并進行基線管理。

（1）產(chǎn)品結構管理

產(chǎn)品結構樹是型號技術文件管理的組織核心，用于表述型號產(chǎn)品分解結構，以樹狀結構按照產(chǎn)品配套級次劃分。系統(tǒng)提供產(chǎn)品結構樹節(jié)點的創(chuàng)建、維護、下發(fā)等功能，支持用戶對型號分解結構進行靈活管理，并標識各子節(jié)點是否為技術狀態(tài)項。型號人員可基于產(chǎn)品結構樹進行各類文件關聯(lián)管理，如圖6所示，形成產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織、標識和展示的結構體系。

圖6 基于產(chǎn)品結構管理技術狀態(tài)文件

（2）有效性標識管理

批發(fā)次有效性是產(chǎn)品數(shù)據(jù)版本生效的明確限定，用于規(guī)定產(chǎn)品的多種狀態(tài)。根據(jù)A單位產(chǎn)品特點，在系統(tǒng)中將有效性標識定義為階段、狀態(tài)、批次、發(fā)次等字段的集合，并支持型號總體新建、維護、導入、導出有效性，有效性示例見表2。

表2 技術狀態(tài)有效性標識示例

（3）技術狀態(tài)文件標識有效性

通過在產(chǎn)品結構樹節(jié)點上靈活關聯(lián)文件版本進行文件組織管理，這將導致同一節(jié)點下不同技術文件版本配置的情況。系統(tǒng)支持對文件版本標識明確的批發(fā)次有效性，確定文件生效的狀態(tài)，實現(xiàn)技術狀態(tài)文件標識。系統(tǒng)支持一個文件版本標識多個有效性，文件版本與技術狀態(tài)標識的關系如圖7所示。

圖7 技術狀態(tài)文件與有效性關聯(lián)

基于技術文件標識有效性，可過濾生成型號不同有效性下配套文件清單，支持管理人員把握型號不同狀態(tài)的文件完備情況。

（4）技術狀態(tài)基線管理

基線是產(chǎn)品研制過程中某階段節(jié)點、某狀態(tài)下數(shù)據(jù)、狀態(tài)及其組成關系的固化，是對產(chǎn)品特定時間下研制狀態(tài)的快照?；€與有效性是多對一的關系，一個有效性下可創(chuàng)建多個基線。系統(tǒng)提供基線管理功能，支持用戶選取有效性創(chuàng)建技術狀態(tài)基線，抓取該有效性標識的所有的文件版本，標定生成一個基線對象，基線對象與產(chǎn)品結構樹節(jié)點、有效性標識、技術文件關聯(lián)關系如圖8所示。

圖8 基線對象與其他數(shù)據(jù)關聯(lián)關系

4.2 技術狀態(tài)控制

技術狀態(tài)控制需要貫穿產(chǎn)品研制全過程，對產(chǎn)品更改、偏離、讓步申請進行控制和執(zhí)行。面對研發(fā)過程中數(shù)量龐大的更改單、技術通知單、現(xiàn)場問題處理單等技術狀態(tài)變更、偏離申請，需要利用信息化手段進行更改/偏離單管理、審批、閉環(huán)，以提高技術狀態(tài)控制效率并加強控制管理。

（1）技術狀態(tài)更改控制

技術狀態(tài)更改是指在項目研制過程中對已受控的技術文件所做的更改。按照影響程度，GJB 3206A—2010將技術狀態(tài)更改分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類，其中Ⅰ類和Ⅱ類技術狀態(tài)更改應先完成技術狀態(tài)更改申請，更改申請通過審批后，才允許設計人員提請具體更改，Ⅲ類技術狀態(tài)更改由于其影響程度較低可直接提請更改，為匯總說明更改內容用戶需按照更改信息編制更改單。系統(tǒng)支持用戶對已受控文件版本發(fā)起更改，并識別內容是否包含Ⅰ類和Ⅱ類更改，按照更改類別規(guī)范技術狀態(tài)更改活動。通過將更改申請報告、更改單等新編文件與更改前、更改后文件按照既定關系進行組織管理，實現(xiàn)更改信息的追溯和回查。更改申請和更改單都嚴格執(zhí)行審批流程，確保更改的正確實施。

（2）技術狀態(tài)偏離控制

技術狀態(tài)偏離是指產(chǎn)品制造之前，對該產(chǎn)品在指定時間范圍或數(shù)量內不執(zhí)行其現(xiàn)行有效文件要求進行制造的一種書面認可。系統(tǒng)支持用戶對已受控文件版本編制技術通知單、現(xiàn)場問題處理單等偏離申請，通知單、處理單和有效現(xiàn)行文件按照既定關系進行組織管理，便于偏離信息追溯和查看。系統(tǒng)通過配置工作流控制偏離申請文件嚴格執(zhí)行審批流程，確保偏離的正確實施。

4.3 技術狀態(tài)記實與審核

（1）技術狀態(tài)記實

PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢和篩選功能可有效解決技術狀態(tài)記實的部分問題，如用戶通過關聯(lián)關系追溯各級各類型技術狀態(tài)文件，并通過強大的搜索引擎準確有效查詢產(chǎn)品技術狀態(tài)記實信息。

PDM系統(tǒng)技術狀態(tài)記實相關功能復雜、易用性較差。為解決這一問題，作者基于系統(tǒng)基礎功能和各類型技術狀態(tài)文件定制開發(fā)技術狀態(tài)管理視圖，將型號產(chǎn)品結構樹、技術狀態(tài)文件、文件有效性標識、輸入輸出文件清單、技術狀態(tài)基線等信息在視圖中進行統(tǒng)一展示，并提供查詢搜索功能，方便型號研制人員全面、快速、準確地獲取產(chǎn)品分解結構、產(chǎn)品技術文件、產(chǎn)品技術狀態(tài)項等技術狀態(tài)信息。另外系統(tǒng)支持將更改單、偏離單與工藝執(zhí)行任務進行關聯(lián)，工藝人員可在系統(tǒng)中反饋更改、偏離申請的落實情況，實現(xiàn)技術狀態(tài)更改、偏離的閉環(huán)管理。

（2）技術狀態(tài)審核

國家軍用標準規(guī)定產(chǎn)品技術狀態(tài)審核包括功能和物理技術狀態(tài)審核。PDM系統(tǒng)只能為技術狀態(tài)審核提供產(chǎn)品研制文件、過程和狀態(tài)等依據(jù)，技術狀態(tài)審核活動需要在線下開展，用戶可根據(jù)審核結果在系統(tǒng)發(fā)起技術狀態(tài)更改。

5 結論與展望

技術狀態(tài)管理是支撐復雜裝備多型號多狀態(tài)并行研制管理的有效手段，本文梳理了PDM系統(tǒng)支撐技術狀態(tài)管理活動的基礎功能，并著眼產(chǎn)品數(shù)字化技術狀態(tài)管理需求，結合A單位實際情況提出了信息化方法與實現(xiàn)方式，通過定制化開發(fā)軟件模塊，為產(chǎn)品技術狀態(tài)標識、控制、記實等活動提供了信息化支撐環(huán)境，提供了較為全面的技術狀態(tài)標識功能，有效管控產(chǎn)品技術狀態(tài)更改與偏離活動，并通過數(shù)據(jù)搜索和匯總視圖提升了技術狀態(tài)記實和審核效率。目前該系統(tǒng)已經(jīng)應用于A單位部分產(chǎn)品型號，明顯提升了產(chǎn)品研制過程中技術狀態(tài)管理的準確性與工作效率。

隨著復雜產(chǎn)品研發(fā)模式從基于文檔的系統(tǒng)工程向基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）轉變，后續(xù)需研究MBSE模式下型號產(chǎn)品技術狀態(tài)管理方法與數(shù)字化 手段。