0 引言

    隨著市場經濟的發(fā)展，軍工電子科研院所面臨著巨大的機遇和挑戰(zhàn)：一方面，軍方繼續(xù)加大軍事現代化進程，對高、精、尖武器系統(tǒng)裝備的需求為國防電子行業(yè)帶來了良好的發(fā)展契機；另一方面，軍方對武器系統(tǒng)的可靠性、研制周期、研制成本均提出更為嚴格、甚至苛刻的要求。為適應當前的市場形勢，軍工電子企業(yè)廣泛應用數字化輔助設計、仿真和制造工具，雖然在一定程度上提升了研發(fā)能力，但是產品數據的爆炸式增長使企業(yè)在產品數據的有效管理上面臨著巨大考驗。這就要求軍工電子企業(yè)必須建立一個強大的數字化產品網絡協(xié)同開發(fā)環(huán)境和可重用的知識庫系統(tǒng)，通過有效的產品研制過程管理和產品數據管理，達到優(yōu)化信息化環(huán)境下產品開發(fā)和管理的機制，有效縮短產品開發(fā)研制周期，提升產品質量的目的。

    PDM(product data management)被稱為產品數據管理，它以軟件為基礎，是一門用來管理所有與產品相關信息（包括零件信息、配置、文檔、工程數據和權限信息等）以及所有與產品相關過程（包括過程定義和管理）的先進技術。PDM系統(tǒng)以優(yōu)化的產品信息管理流程為基礎，以產品結構為主線管理產品數據，建立起企業(yè)統(tǒng)一的產品知識庫，確保產品數據的完整性、一致性和有效性。通過共享的數據平臺、電訊工藝一體化設計、電子化簽審、更改控制流程及技術狀態(tài)控制，能夠大大提高產品研發(fā)質量和工作效率。近年來PDM逐步成熟且不斷發(fā)展，越來越多的軍工電子企業(yè)將其應用到產品開發(fā)過程中，對產品開發(fā)全生命周期進行全方位的管理。

1 軍工電子企業(yè)的特點及需求

    PDM不僅是一種先進的信息化管理系統(tǒng)，更是一種先進的產品數據管理和協(xié)同開發(fā)管理的理念，因此，PDM項目在各行業(yè)的實施都有著特殊性。必須充分了解行業(yè)的特點和需求才能構建一個真正能帶來效益的PDM產品數據管理解決方案。

    目前，軍工電子企業(yè)大多是面向訂單進行產品設計和生產的，其產品存在多品種、小批量、多批次的特點，設計工作量大，設計更改頻繁。軍工電子企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)主要有：產品研制越來越復雜；研制周期縮短，快速反應的要求高；成本壓力越來越大；質量水平及綜合保障能力要求苛刻。根據軍工電子企業(yè)的特點，目前軍工電子企業(yè)對PDM系統(tǒng)建設的需求主要包含以下幾方面：

    1)建立多級計劃編制模式，實現科研項目全過程的動態(tài)控制和跟蹤，為項目管理者的決策提供信息支持；

    2)引入先進的技術狀態(tài)管理機制和工程更改管理理念，解決過去手工操作帶來的圖、文、物不符問題，實現產品歷史狀態(tài)的可追溯性和歷史成果的可重用性；

    3)通過電子工作流驅動產品研制業(yè)務流程規(guī)范自動執(zhí)行，實現設計、工藝、工裝、制造、質量等業(yè)務環(huán)節(jié)中工作的有效銜接和信息的順暢流轉，有序協(xié)調整個產品生命周期過程中設計、制造、管理和客戶服務環(huán)節(jié)。

    4)實現ECAD，MCAD工具與PDM系統(tǒng)的集成，建立結構一電訊協(xié)同設計體系，減少雙方的設計沖突，提高三維設計更改與二維圖紙修改的一致性，減少整機設計的返工現象；

    5)通過建立企業(yè)級共享和透明的優(yōu)選元器件跨專業(yè)、跨部門的器材選用和廢型控制流程，徹底解決軍用電子整機設備研制周期長、返工多、效率低、加工成本高的問題；

    6)建立產品研制過程統(tǒng)一的信息中樞，有效整合并利用各部門和相關上下游單位產生的各種知識信息資源。

2 構建基于PDM的協(xié)同研制平臺

    2.1 平臺構建

    企業(yè)產品研制過程中業(yè)務問題的解決不能夠單單依賴于某個或幾個相對獨立的運行系統(tǒng)，必須建立一個科學完善的集成化的解決方案。根據軍工電子企業(yè)的需求特點，結合行業(yè)的信息系統(tǒng)發(fā)展方向，我們提出了構建基于PDM協(xié)同研制平臺的解決方案。該方案采用Windchill技術架構，覆蓋了軍工電子企業(yè)產品從論證階段、方案階段、初樣階段、正樣階段、設計定型到試生產階段的全生命周期過程。

    圖1展示了軍工電子行業(yè)中典型的信息化規(guī)劃總體框架，可以清晰地看到PDM協(xié)同研制平臺位于企業(yè)信息化總體框架的協(xié)同平臺層，是軍工企業(yè)整個核心業(yè)務系統(tǒng)的基礎。

圖1 典型的信息化規(guī)劃總體框架

    PDM協(xié)同研制平臺構建了一個面向產品管理業(yè)務需要的單一數據源，集中管理和控制在產品研發(fā)、工藝、制造、試驗、客戶服務等業(yè)務過程中產生的各種產品相關數據和知識，實現嚴格的技術狀態(tài)管理和更改控制，支持跨越產品整個供應鏈上下游環(huán)節(jié)中各個角色人員之間的協(xié)同工作。PDM協(xié)同研制平臺實施覆蓋的范圍如圖2所示。

圖2 PDM協(xié)同研制平臺實施覆蓋范圍

    2.2 關鍵技術

    PDM協(xié)同設計平臺基于Windchill技術建設。可采用異構分布的計算機硬件環(huán)境、操作系統(tǒng)、網絡與通信協(xié)議和數據庫，包括PC/Windows，Sun/Solaris等硬件平臺和相應的操作系統(tǒng)，網絡環(huán)境主要是通過Internet連接PDM實施所涉及的各主要部門，實現各種信息的交換。Windchill應用的關鍵技術及特點如下：

    1)采用B/S模式的三層體系結構，即客戶端、服務器和數據庫。

    其中，客戶端主要包括2個：瀏覽器，起著用戶接口、執(zhí)行Windchill Applets小程序、展示HTML頁面和表格作用；Bootstrap client，這是可選的客戶端組成元素，有了它，可以允許從當地文件系統(tǒng)上下載類文件。服務器層包含了主要的商業(yè)邏輯并且承擔著處理所有商業(yè)數據的作用，由以下幾個組件組成：HTTP Web服務器、HTTP網關、Method服務器和服務器管理器，這些組件組成在一起可起到數據庫訪問、客戶端分布和交互、用戶權限和安全機制的作用。數據庫層是保存元數據和大量的非結構數據的地方，數據庫可以是一個專門的服務器或建立在Windchill服務器主機上，通常使用對象關系數據庫Oracle作為數據存儲的核心。

    2)組件技術。

    應用組件層實際上是由調用Windchill基礎服務的一組程序（界面）組成且能完成一定應用功能的功能模塊。如，工作流管理應用組件，就是由工作流定義工具、工作流執(zhí)行機和工作流監(jiān)控工具等組成的完成工作流程管理的功能模塊。每個服務由一個或多個組件組成，它們建立在對象模型基礎上。每個組件被作為一個對象描述，封裝它具有的屬性和能提供的操作，建立在其上的用戶服務和應用服務只處理自己模塊的功能邏輯，并采用一定的對象標準實現PDM系統(tǒng)內部的各個軟件組件之間的數據交換與方法調用。

    3)集成化的數據管理。

    Windchill使用了一種擴展面向對象的API并支持CORBA，OLE和Web集成的機制，所以它能夠通過把傳統(tǒng)數據集成到基于Internet的主體企業(yè)信息管理策略中，從而采納和利用企業(yè)以往的投資資源。在體系結構上，它提供了良好的應用集成接口，它與上游CAD工具如Pro/E，AutoCAD，CAPP等集成，還可與下游的ERP集成。通過這些有效的集成，使得企業(yè)的產品數據能夠在最大程度上進行共享，從真正意義上實現企業(yè)系統(tǒng)平臺的統(tǒng)一化。

3 主要功能

    PDM協(xié)同研制平臺實現的功能模塊主要包括：產品結構及數據管理、項目計劃管理、產品需求管理、技術狀態(tài)管理、變更管理、優(yōu)選件/通用件管理以及系統(tǒng)集成。

    3.1 產品結構及數據管理

    PDM協(xié)同研制平臺以產品結構(bill of material，BOM)作為產品數據組織與管理的一種基本形式，系統(tǒng)通過產品結構樹為骨架最終建立完整的產品信息全集（bill of information，BOI）。產品結構管理以電子倉庫為底層支持，以材料明細表為其組織核心，把定義最終產品的所有工程數據和文檔聯(lián)系起來，實現產品數據的組織、管理和控制，如圖3所示。

圖3 產品結構樹模型

    在系統(tǒng)中，每個產品的產品結構以樹狀關系的形式來展現，構成產品結構樹的節(jié)點統(tǒng)稱為零部件(part)，零部件可以是成品（系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設備、單元等），部件，零件，通用件，標準件和元器件等，在產品結構中包含著零部件之間的關系、零部件和文檔之間的關系。所有與零部件相關文檔、CAD模型都可以通過與產品結構節(jié)點建立關聯(lián)關系，實現以產品結構為骨架的數據關聯(lián)管理。

    3.2 項目計劃管理

    項目計劃管理按照產品頂層結構進行項目分解，指導實際項目運作管理。軍工電子企業(yè)產品結構至頂向下通常分為系統(tǒng)級、設備級和單元級，項目計劃管理正是利用工作分解結構(work breakdown structure，WBS)作為系統(tǒng)中制定計劃、分配資源和項目跟蹤的基礎，不同類型項目的WBS結構不同。

    這里采用的是Windchill的ProjeckLink組件，從科研項目管理的實際出發(fā)，實現了使用系統(tǒng)創(chuàng)建項目，進行人員分配，編制項目一至三級計劃，跟蹤項目進度，進行相關統(tǒng)計分析等功能，并且根據不同的項目類型制定不同的管理策略（如計劃、權限、交付等），以適應不同類別的需求，有效地實現多項目的管理和監(jiān)控。

    該模塊建立的項目管理系統(tǒng)能夠更好地使項目計劃管理與產品數據管理關聯(lián)，從而實現“項目+產品”的集成化管理模式。如圖4所示。

圖4 “項目+產品”的集成化管理模型

    3.3 產品需求管理

    通常情況下，產品的總體設計需要結構、電訊和軟件多專業(yè)協(xié)同設計，其需求管理也就是一個系統(tǒng)化工程，需要綜合各方面的需求輸入，并進行全面的需求分解、需求分析、系統(tǒng)設計和測試驗證，確保軍方和客戶的需求得到滿足。

    產品需求管理功能通過提供集中的需求項存儲庫，實現研制要求和客戶需求收集、采納、審核、分發(fā)、追蹤、問題反饋及重用的業(yè)務流程管理，建立需求信息和產品技術規(guī)格轉化之間的映射機制和轉換過程，逐步形成較為完善的客戶需求和技術規(guī)格知識庫；并且能夠在文檔的需求項之間、需求信息與相關工程數據之間建立關聯(lián)關系，確保基于這些關聯(lián)信息能夠進行需求變更的影響分析，實現需求變更追蹤和需求變更控制。

    3.4 技術狀態(tài)管理

    技術狀態(tài)管理是以產品BOM結構為核心，有效地組織產品數據，實現研制數據（包括結構、電訊和軟件數據）與產品結構之間的關聯(lián)管理。對于軍工電子企業(yè)來說，技術狀態(tài)管理至關重要，能夠徹底改變目前存在的圖文、圖物和圖圖等不一致的現象。

    在技術狀態(tài)管理中，我們還引入技術狀態(tài)基線(baseline)管理機制，通過對產品的基線的創(chuàng)建、信息填充、凍結、更改和紀實等活動來進行產品技術狀態(tài)管理。基線是產品研發(fā)過程中特定關鍵節(jié)點/技術狀態(tài)的快照，其目的是固化產品在其全生命周期的各重要時刻的技術狀態(tài)，以便清晰準確地管理產品在各階段及每次批產時的各類產品數據。基線管理以成品為單位進行，針對產品不同研制階段實現產品各個研制節(jié)點或重要里程碑處構型狀態(tài)的有效管理和追溯，主要分為功能基線(function baseline，FBL)、分配基線(allocation baseline，ABL)和產品基線(product baseline，PBL)，每條基線特點如表1所示。

表1 基線類型及特點

    3.5 變更管理

    產品加工制造過程和各級鑒定、驗收、試驗、檢驗及交付過程中會發(fā)現有質量問題，產生技術狀態(tài)變更或需求變更需要通知設計師，并完成變更過程。這里我們采用Windchill PDMLink的變更管理過程，這是一個結合了很多企業(yè)的最佳實踐的閉環(huán)變更過程。在PDMLink變更管理模型中，通過4個對象，即問題報告、變更請求、變更通告和變更活動及其之間的關聯(lián)關系來記錄變更的原因、過程及結果，并通過工作流引擎和對象生命周期狀態(tài)的同步來實現對變更過程的嚴格控制。變更對象的關聯(lián)關系及其與業(yè)務對象的關聯(lián)關系如圖5所示。

圖5 變更過程關聯(lián)關系圖

    在技術狀態(tài)更改控制流程中，引入符合CMII的更改流程，并根據更改流程的復雜程度采用不同的變更流程，分為三類更改：I類（重要）更改、II類（一般）更改和III類（勘誤）更改。其中，I類更改指影響裝備戰(zhàn)術性能、互換性、通用性和安全性的更改；II類更改指對不涉及裝備戰(zhàn)術技術性能、互換性、通用性和安全性等的更改以及其他一般性修改、補充；III類更改指勘誤譯印、修正描圖等不影響裝備質量的更改和補充。

    3.6 優(yōu)選件和通用件管理

    軍工電子企業(yè)產品涉及的元器件種類繁多，常常存在器件編碼混亂、無統(tǒng)一分類體系和分類庫、選型隨意、采購成本高等問題，因此需要在系統(tǒng)中建立滿足結構設計、電訊設計及采購等部門需要的結構標準件、通用件和優(yōu)選元器件庫，實現器件相關信息（例如，物料編碼、廠家資料、器件應用案例和物料檢驗規(guī)范等）的關聯(lián)管理。主要完成以下2個庫的建設：

    1)基礎元器件和優(yōu)選件庫。

    基礎元器件和優(yōu)選原器件庫是用于存放元器件的存儲庫。元器件信息主要由元器件名稱、元器件 技術規(guī)格屬性、元器件與制造商之間的關系、元器件封裝形式、元器件治療等級等信息構成，該庫主要用于產品結構、分類搜索、與ECAD符號庫和封裝庫集成等。

    2)ECAD設計工具符號庫和封裝庫。

    針對企業(yè)選用的ECAD設計工具類型，建立設計工具的符號庫和封裝庫，軍工電子行業(yè)主要使用Protel，AD9(altium designer 09)和Mentor等。符號和封裝庫中的編碼與企業(yè)采購物資代碼、PDM元器件庫中的器件編碼保持統(tǒng)一。

    3.7 系統(tǒng)集成

    通過PDM協(xié)同研制平臺建立企業(yè)的信息中樞。在EAI支撐下：一方面，集成上游的數字化產品設計制造工具（如ECAD，MCAD，CRM，CAPP等），形成產品研發(fā)設計過程完整的信息資源池；另一方面，作為信息源頭向下游的ERP，MES、物資管理和質量管理等系統(tǒng)發(fā)布有效的產品數據，實現產品數據的有效利用。在軍工電子企業(yè)中，PDM協(xié)同研制平臺與其他系統(tǒng)的典型集成框架如圖6所示。

圖6 軍工電子企業(yè)典型PDM的集成框架

    對于與上游工具的集成，PDM系統(tǒng)與CAD系統(tǒng)的集成關系從低到高可以分為3個層次：封裝、接口和集成。封裝主要解決在PDM內部激活CAD系統(tǒng)，主要屬于功能上的集成；接口主要通過中間接口實現2個系統(tǒng)之間的信息共享，不過仍然存在信息一致性的問題；集成則是解決2個系統(tǒng)間信息的共享和一致性，甚至達到信息互動。這些集成為單向集成，即在設計工具中管理的數據對象可以通過中間件在PDM中產生相應的對象，而在PDM中生成的對象是不能在設計工具中生成的。

    對于下游系統(tǒng)的集成，主要是與生產管理ERP、車間管理MES、物資采購管理等的集成，把在PDM中產生的設計數據發(fā)布到生產管理上需要用到的系統(tǒng)中，包括BOM清單、圖紙和更改信息等，而在PDM也可以看到下游系統(tǒng)中的一些相關的信息，如成本、庫存和采購排期等。因此，PDM與下游系統(tǒng)的集成，既可以是單向的，又可以是雙向的。

4 實施經驗總結

    功能強大、涉及業(yè)務環(huán)節(jié)繁多和覆蓋用戶廣泛的特點使得PDM協(xié)同研制平臺項目的實施工作成為復雜的系統(tǒng)工程，該系統(tǒng)的建設及實施不僅是軟硬件工具的部署和應用過程，更是企業(yè)產品研制流程優(yōu)化并落地執(zhí)行的過程。在實施過程中必須把先進的軟件平臺框架、企業(yè)的數據管理業(yè)務流程以及企業(yè)的工作人員三者有機結合起來。經過多年的實踐，對于軍工電子企業(yè)的系統(tǒng)實施我們總結出以下經驗：

    1)由于PDM系統(tǒng)的實施過程涉及面廣、涉及人員多、實施過程比較長，還要改變或調整企業(yè)原有的管理模式和管理制度。這就要求企業(yè)要給予高度重視，組建強有力的實施隊伍，制定詳細的實施計劃，在企業(yè)最高管理者的直接關注與領導下調動企業(yè)的一切資源，逐步穩(wěn)妥地實現各項工作目標。

    2)遵循“總體規(guī)劃，分布實施”的平臺建設思路。系統(tǒng)實施前必須明確企業(yè)的愿望需求，包括當前的以及今后預期可能有的，明確哪些是當前可以實現的，哪些是目前還不能做到的，哪些是不可行的。然后，根據愿望需求制定階段目標，將整個系統(tǒng)分階段來完成。且每個階段要劃分好項目實施的邊界，明確涉及到的用戶群范圍、覆蓋的產品數據、覆蓋的業(yè)務環(huán)節(jié)和流程范圍等。

    3)每個階段在完成一部分功能的實施工作以后，就要推廣應用到工程業(yè)務實際中，同時根據實際應用總結的問題，開展下一階段實施內容的規(guī)劃、需求收集、定制化開發(fā)等工作，最終使整個PDM協(xié)同研制平臺項目實施形成一個螺旋式上升并提升的過程。

    4)采取“以點帶線、以線帶面”的實施模式，即以典型型號的研制為對象，以業(yè)務流程作為驅動，將整個研制流程納入到PDM協(xié)同研制平臺系統(tǒng)中進行統(tǒng)一管理。在管理該型號研制流程的過程中，建立起適合企業(yè)相關業(yè)務部門優(yōu)化的業(yè)務流程模板，經過實踐驗證后，再逐步完善，推廣到其它型號的研制工作中去。

    5)結合PDM協(xié)同研制平臺的應用需要，做到標準規(guī)范先行。通過各種相關標準文件的制定、宣傳與貫徹，規(guī)范型號研制過程中涉及到的各類操作和業(yè)務流程，為系統(tǒng)的順利使用奠定基礎。

    6)為保障PDM協(xié)同研制平臺實施的有效性，軍工電子企業(yè)在系統(tǒng)建設前還應具備以下基礎條件：有統(tǒng)一的物資編碼規(guī)范，完成企業(yè)內部物資編碼工作，對元器件、標準件、通用件做到一物一碼；已建立企業(yè)器件基礎數據庫，包含零部件（結構、電子電路）的物資編碼、技術指標、廠家信息、應用案例等詳細信息；針對不同軍兵種標準及要求，完成企業(yè)文檔模板的歸類和設計；企業(yè)組織架構基本穩(wěn)定，梳理并建立一套符合企業(yè)產品研制特點的研發(fā)過程管理流程。

5 結束語

    PDM協(xié)同研制平臺能夠幫助工程技術人員和研發(fā)人員管理所有產品相關信息和所有與產品信息相關的開發(fā)過程，將數據庫的管理能力、網絡的通信能力和系統(tǒng)的控制能力相結合，提供了產品全生命周期的信息集成化管理，支持建立一個并行化運作的產品開發(fā)協(xié)作環(huán)境，實現知識共享。據國外資料統(tǒng)計，企業(yè)引入科學的PDM應用能使產品過程縮短25%，減少工程設計更改4%，加快產品投放市場進度50%～80%，總體成本縮減25%以上。

    軍工電子企業(yè)中研發(fā)創(chuàng)新能力是最核心的競爭能力，通過建設PDM協(xié)同設計管理平臺，將有助于從以下幾個方面來提升企業(yè)的核心競爭力：優(yōu)化產品研制流程，提升企業(yè)管理水平；實現產品技術狀態(tài)管理，提高產品研制質量；支持并行工程，縮短產品研制周期；實現知識積累與共享，提高企業(yè)的創(chuàng)新能力；整合各業(yè)務系統(tǒng)，提升企業(yè)的整體運作效率，最終提高企業(yè)管理水平。

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本文標題：PDM協(xié)同研制平臺在軍工電子企業(yè)的運用

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