胡志達(dá),吉衛(wèi)喜,張 勁
(1.江南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,江蘇 無(wú)錫 214122;2.歐俊信息有限公司,上海 200433)
PLM(Product Lifecycle Management)作為當(dāng)今企業(yè)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、管理信息一體化的重要技術(shù),是為滿足制造業(yè)對(duì)產(chǎn)品生命周期信息管理需求而提出的一種新的管理模式[1]。它主要對(duì)企業(yè)中與產(chǎn)品相關(guān)的信息(包括產(chǎn)品規(guī)范、電子文檔、CAD 文件、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、存取權(quán)限等)和過(guò)程(包括工作流程的定義與管理、審批/發(fā)放流程、工程更改流程等)進(jìn)行管理。
工藝設(shè)計(jì)是產(chǎn)品生命周期的重要組成部分,是連接設(shè)計(jì)與制造的橋梁,包括工藝設(shè)計(jì)方法與工藝設(shè)計(jì)過(guò)程管理;企業(yè)多數(shù)重視設(shè)計(jì)方法而忽視了工藝設(shè)計(jì)過(guò)程管理。對(duì)工藝文件繁多、工藝路線復(fù)雜、設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)的產(chǎn)品(如葉片、箱體等),很容易造成工藝文件簽審流程混亂、簽審信息不正確;流程進(jìn)度不明確,因此,過(guò)程管理顯得尤為重要。本文結(jié)合某葉片制造企業(yè)在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的具體問(wèn)題,在分析研究企業(yè)工藝設(shè)計(jì)流程基礎(chǔ)上,構(gòu)建流程模型,運(yùn)用PLM 軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的管理。
葉片是渦輪機(jī)、汽輪機(jī)、壓氣機(jī)等設(shè)備的關(guān)鍵零件,其制造企業(yè)多為多品種、小批量生產(chǎn)模式[2],決定了產(chǎn)品類(lèi)型更換頻繁,要求制造企業(yè)在保障質(zhì)量的基礎(chǔ)上快速響應(yīng)市場(chǎng),提高工藝設(shè)計(jì)效率,按時(shí)投產(chǎn)、按期交貨。由于葉片為非規(guī)則零件,種類(lèi)繁多、加工精度要求高、工藝設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜,不僅要求有先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)方法、豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),還要求有先進(jìn)的管理技術(shù)、管理水平。隨著CAD/CAPP 技術(shù)發(fā)展,以及多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累,該企業(yè)設(shè)計(jì)方法顯著提高,但是在過(guò)程管理方面面臨以下問(wèn)題:①實(shí)際工作中,管理層已經(jīng)制定合理的設(shè)計(jì)流程,由于工藝文件簽審流程繁多,造成文件簽審混亂,即出現(xiàn)“兩層皮”現(xiàn)象;②文件簽審過(guò)程中,由于采用人工簽審方式,文件簽審信息與實(shí)際簽審人不符現(xiàn)象不可避免,即“文實(shí)不符”,出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題,無(wú)法明確責(zé)任;③設(shè)計(jì)進(jìn)度不明確,計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)度相偏離。
PLM 系統(tǒng)遍歷從產(chǎn)品概念到報(bào)廢整個(gè)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)問(wèn)題可追溯,設(shè)計(jì)進(jìn)度實(shí)時(shí)監(jiān)控。其體系結(jié)構(gòu)如圖1 所示,PLM 系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)庫(kù)與網(wǎng)絡(luò),管理設(shè)計(jì)過(guò)程中的相關(guān)技術(shù)文件、工作流程、權(quán)限控制、系統(tǒng)集成等內(nèi)容,為用戶提供數(shù)據(jù)共享平臺(tái),為企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化、集成化提供前提條件。
圖1 PLM 體系結(jié)構(gòu)
在流程管理方面,PLM 提供適合多數(shù)企業(yè)可配置的工作流管理模塊,用戶可根據(jù)企業(yè)現(xiàn)狀自定義工作流程模板,固化流程;結(jié)合產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理,實(shí)現(xiàn)文檔管理與簽審流程無(wú)縫集成[3]。
葉片工藝設(shè)計(jì)任務(wù)主要是指工藝文件的編制、簽審,較之其他產(chǎn)品更為復(fù)雜。該葉片廠技術(shù)中心包括:鍛件開(kāi)發(fā)部、葉片開(kāi)發(fā)部。前者負(fù)責(zé)熱加工,包括:鍛造、熱處理、表面處理等。后者負(fù)責(zé)機(jī)加工,包括:銑削、磨削、特種加工(線切割、電火花加工等)、釬焊、拋光處理等。由此可知,一類(lèi)產(chǎn)品工藝包含幾十道工序,需要完成多種類(lèi)型工藝文件編制任務(wù)。工藝路線復(fù)雜,設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng),技術(shù)產(chǎn)物繁多。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)可追溯、設(shè)計(jì)進(jìn)度實(shí)時(shí)跟蹤,引進(jìn)PLM 是企業(yè)的迫切需求。
因此,基于PLM 的葉片工藝設(shè)計(jì)過(guò)程研究是十分必要的,也是企業(yè)實(shí)現(xiàn)與ERP、MES 等其他系統(tǒng)集成的前提條件,實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化的關(guān)鍵所在[4]。
工作流技術(shù)主要針對(duì)日常工作中具有固定程序的活動(dòng)而提出[5],是PLM 管理中的關(guān)鍵技術(shù)。其主要目的是將一個(gè)具體工作分解成多個(gè)任務(wù),通過(guò)一定規(guī)則和過(guò)程,實(shí)現(xiàn)任務(wù)的執(zhí)行和跟蹤、責(zé)任的可追溯性。對(duì)企業(yè)而言,完成產(chǎn)品或者零部件工藝設(shè)計(jì),可將設(shè)計(jì)對(duì)象按照企業(yè)組織結(jié)構(gòu)劃分為部門(mén)任務(wù),再進(jìn)一步劃分為任務(wù)元,即具體工藝員所要執(zhí)行的任務(wù)。
在PLM 系統(tǒng)中,每個(gè)任務(wù)都有與之相關(guān)的創(chuàng)建者、審核者和執(zhí)行者,都有以任務(wù)的生成、審核、分派、執(zhí)行、提交以及歸檔為流程的生命周期。根據(jù)任務(wù)(如機(jī)加工工藝規(guī)程編制)指派系統(tǒng)中的流程模板,選定合適人員完成流程中某個(gè)節(jié)點(diǎn)任務(wù)。因此,在定義流程模型之前首先要分析優(yōu)化企業(yè)工藝設(shè)計(jì)流程(以機(jī)加工為例)。如圖2 所示,葉片工藝設(shè)計(jì)流程。
從圖2 可知,市場(chǎng)部獲得客戶資料后,將資料移交至兩部門(mén)負(fù)責(zé)人審查,根據(jù)企業(yè)現(xiàn)階段加工設(shè)備、加工技術(shù),判斷是否可行。這中間必然要考慮兩部門(mén)工藝需求,即會(huì)有一個(gè)冷熱交接過(guò)程,從而保證整個(gè)產(chǎn)品工藝可行性。
圖2 葉片工藝設(shè)計(jì)流程
由于該企業(yè)主要負(fù)責(zé)加工,葉片的設(shè)計(jì)參數(shù)由客戶提供。開(kāi)發(fā)部計(jì)劃人員將任務(wù)分發(fā)至主管工藝員,工藝員根據(jù)客戶提供的參數(shù),進(jìn)行產(chǎn)品造型;技術(shù)部門(mén)為防止造型錯(cuò)誤、提高造型準(zhǔn)確度,往往交由兩個(gè)工藝員參與造型,包括一位主管工藝員,一位程序員;程序員負(fù)責(zé)數(shù)控加工程序編制,因此也必須了解葉片相關(guān)信息。創(chuàng)建臨時(shí)造型I,臨時(shí)造型II,之后交由專(zhuān)職校對(duì)員對(duì)兩造型進(jìn)行檢查比對(duì),無(wú)誤后確定正式造型。
當(dāng)產(chǎn)品造型確定后,編制相關(guān)工藝文件,主要包括工藝方案、工藝規(guī)程、工裝明細(xì)、加工程序等文件。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、批準(zhǔn)后,將設(shè)計(jì)好的工藝文件下發(fā)車(chē)間進(jìn)行新產(chǎn)品試制,如果在加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)技術(shù)問(wèn)題,這時(shí)還要對(duì)工藝細(xì)節(jié)做適當(dāng)修改,待整個(gè)產(chǎn)品加工生產(chǎn)完之后,將已修改的工藝文件歸檔,提升版次(如從1.00升至2.00),作為產(chǎn)品正式加工的指導(dǎo)性文件。
客戶設(shè)計(jì)信息向制造信息轉(zhuǎn)化過(guò)程中,傳遞介質(zhì)是各種工藝文件;為保證信息的準(zhǔn)確性,結(jié)合產(chǎn)品全生命周期各種信息(質(zhì)檢、售后、生產(chǎn)等),考慮加工過(guò)程實(shí)際情況,必須經(jīng)過(guò)各級(jí)部門(mén)負(fù)責(zé)人審批,作為正式文件下發(fā)[6]。因此針對(duì)每一個(gè)工藝文件需要走相應(yīng)簽審流程。
為保證實(shí)際流程在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn),必須將連續(xù)的抽象的流程具體化、離散化。在流程設(shè)計(jì)上采用“自頂而下(Top-Down)逐層細(xì)化”設(shè)計(jì)思路。從宏觀上分析,整個(gè)工藝設(shè)計(jì)流程(主流程)可以劃為:客戶資料交接、冷熱交接、產(chǎn)品造型、工藝設(shè)計(jì)和工藝變更等多個(gè)父節(jié)點(diǎn),如圖3 所示。依據(jù)父節(jié)點(diǎn)將工藝設(shè)計(jì)過(guò)程分為相應(yīng)幾個(gè)階段,父節(jié)點(diǎn)之間存在依存關(guān)系,前一節(jié)點(diǎn)輸出信息作為后一節(jié)點(diǎn)的輸入信息,即串行結(jié)構(gòu);各種工藝文件編制規(guī)范保證文件編制的可行性、準(zhǔn)確性;企業(yè)設(shè)備、人員技術(shù)狀況作為節(jié)點(diǎn)任務(wù)的支持條件;每個(gè)階段均有相應(yīng)的技術(shù)文件,作為該父節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)輸出。
圖3 葉片工藝設(shè)計(jì)流程模型
從微觀角度看,各父節(jié)點(diǎn)內(nèi)部包括一個(gè)或多個(gè)子流程,子流程由多個(gè)子節(jié)點(diǎn)構(gòu)成,如編制、校對(duì)、審核、會(huì)簽和批準(zhǔn)等。各子節(jié)點(diǎn)在邏輯上的關(guān)系呈現(xiàn)多樣化:串行、串行反饋、并行。
以產(chǎn)品造型父節(jié)點(diǎn)為例,該父節(jié)點(diǎn)只有產(chǎn)品造型簽審子流程,如圖4 所示,工藝人員創(chuàng)建葉片造型I、造型II 之后,交由相關(guān)人員簽審,無(wú)論哪一節(jié)點(diǎn)拒絕,任務(wù)將回退到造型節(jié)點(diǎn),否則將順利發(fā)布,生成正式造型;而對(duì)于工藝設(shè)計(jì)父節(jié)點(diǎn)而言,包括鍛造工藝規(guī)程簽審子流程、機(jī)加工工藝規(guī)程簽審子流程、工裝簽審子流程等。同一父節(jié)點(diǎn)中的多個(gè)子流程之間在邏輯上是“與”關(guān)系,即:只有所有子流程完成,該父節(jié)點(diǎn)任務(wù)才判斷為完成,并轉(zhuǎn)至下一父節(jié)點(diǎn)。
圖4 產(chǎn)品造型簽審子流程
系統(tǒng)中每個(gè)子流程中均有“開(kāi)始”“完成”節(jié)點(diǎn),表示任務(wù)流程的起始、結(jié)束。針對(duì)工藝文件(或任務(wù))指派流程模板,并對(duì)流程中各節(jié)點(diǎn)指派人員。在子流程中設(shè)置“發(fā)布”節(jié)點(diǎn),對(duì)流程中業(yè)務(wù)對(duì)象添加狀態(tài)。處于發(fā)布狀態(tài)的業(yè)務(wù)對(duì)象所有用戶不再具有更改權(quán)限,如果需要對(duì)業(yè)務(wù)對(duì)象進(jìn)行更改或者重新發(fā)起流程,需要將狀態(tài)刪除或升版,這樣結(jié)合權(quán)限管理實(shí)現(xiàn)了圖文檔管理以及文檔變更管理。
對(duì)于有特殊要求的業(yè)務(wù)對(duì)象在設(shè)計(jì)流程時(shí)需要判斷該對(duì)象是否滿足所需的基本條件,設(shè)計(jì)流程時(shí)需要考慮設(shè)計(jì)分支路線,即:“True”路線,“False”路線,由系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)判斷條件。以工藝規(guī)程更改流程為例,在工藝規(guī)程修改完之后,需要標(biāo)明文件中的更改內(nèi)容,而包含變更內(nèi)容的文件是工藝更改通知單,其中既有變更原因,如客戶資料更改、工藝路線更改;還包含變更類(lèi)型、變更的具體內(nèi)容。因此,在對(duì)更改之后的工藝規(guī)程發(fā)起流程時(shí),必須將工藝更改通知單附加到工藝規(guī)程,兩者一起走變更流程。工藝變更簽審子流程如圖5 所示,系統(tǒng)自動(dòng)判斷,如果存在更改通知單,將執(zhí)行“True”支路,否則執(zhí)行“False”支路。在“False”支路中設(shè)置一“DO”(執(zhí)行)節(jié)點(diǎn),該節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)添加更改通知,任意簽審節(jié)點(diǎn)拒絕后,文件退回到編制節(jié)點(diǎn),要求工藝員修改。
基于上述流程研究,在流程底層節(jié)點(diǎn)上,保留責(zé)任人信息以及任務(wù)執(zhí)行時(shí)間,任務(wù)執(zhí)行信息依附流程存在,并通過(guò)屬性映射機(jī)制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)電子簽名[7]。
上述分析核心思想是以節(jié)點(diǎn)的形式將整個(gè)工藝設(shè)計(jì)相關(guān)過(guò)程分解為多個(gè)離散的子流程,逐層細(xì)化;每個(gè)父節(jié)點(diǎn)為一個(gè)設(shè)計(jì)階段,產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)交付物。如果在后續(xù)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)前一個(gè)任務(wù)的交付物存在問(wèn)題,回退給該任務(wù)的主要負(fù)責(zé)人,重新編制,并走相應(yīng)流程。避免了整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程變更,僅需針對(duì)其中問(wèn)題交付物作修整即可,在實(shí)現(xiàn)流程跟蹤管理的同時(shí)較好地實(shí)現(xiàn)工藝的并行設(shè)計(jì)。
圖5 工藝變更簽審子流程
權(quán)限管理功能:按照企業(yè)組織結(jié)構(gòu),創(chuàng)建多個(gè)工作組(Workgroup),包含若干用戶(User);針對(duì)不同部門(mén)用戶指派增刪改查權(quán)限;系統(tǒng)中,對(duì)象所有權(quán)歸屬創(chuàng)建者,其他用戶無(wú)刪除權(quán)限;流程發(fā)起者可以是對(duì)象創(chuàng)建者,也可指派其他用戶。指派用戶后,只有被指派者能執(zhí)行相關(guān)任務(wù),避免他人代替執(zhí)行。
流程可視化功能:用戶通過(guò)可視化工具,可直觀地查看任務(wù)簽審進(jìn)度。為計(jì)劃員編制計(jì)劃分配任務(wù)提供依據(jù),均衡主管工藝員的工作壓力。系統(tǒng)中,流程節(jié)點(diǎn)黃色表示任務(wù)正在執(zhí)行,綠色表示已經(jīng)執(zhí)行,灰色代表尚未執(zhí)行。如圖6 所示。
電子簽名功能:采用面向?qū)ο蠹夹g(shù),針對(duì)流程節(jié)點(diǎn)定義相關(guān)屬性,用戶執(zhí)行任務(wù)過(guò)程,即是添加屬性值的過(guò)程。屬性映射機(jī)制將節(jié)點(diǎn)中的簽審信息(簽審人員、簽審時(shí)間、文檔信息)傳遞到技術(shù)文檔對(duì)應(yīng)的屬性中。屬性映射需要與文檔模板結(jié)合使用。系統(tǒng)上線之前,定義帶有屬性的技術(shù)文件模板,如Office 中自定義相關(guān)屬性、編寫(xiě)屬性映射代碼;CAD 文檔中創(chuàng)建塊(Block),定義塊屬性。用戶在系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行簽審,確保簽審信息一致性,避免“文實(shí)不符”。系統(tǒng)中用戶工作界面如圖6 所示。
圖6 工藝變更簽審流程實(shí)現(xiàn)及用戶使用界面
將實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中連續(xù)抽象的流程離散化是能否在PLM 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。文章運(yùn)用PLM 流程管理理念與方法,并結(jié)合具體PLM 軟件流程設(shè)計(jì)模塊,提出了“自頂向下,逐層細(xì)化”的流程分析方法,為流程在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)提供了理論依據(jù),并在系統(tǒng)實(shí)施中證明該方法可行性。在此基礎(chǔ)上,圍繞企業(yè)在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中具體問(wèn)題,提出相應(yīng)解決方案,提高了工藝簽審效率,保證了簽審信息準(zhǔn)確性、一致性,使企業(yè)管理更加科學(xué)化、信息化、系統(tǒng)化,為即將開(kāi)展的結(jié)構(gòu)化工藝做好準(zhǔn)備。
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