0 引言
隨著市場經濟的發展，軍工電子科研院所面臨著巨大的機遇和挑戰：一方面，軍方繼續加大軍事現代化進程，對高、精、尖武器系統裝備的需求為國防電子行業帶來了良好的發展契機；另一方面，軍方對武器系統的可靠性、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能力，但是產品數據的爆炸式增長使企業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必須建立一個強大的數字化產品網絡協同開發環境和可重用的知識庫系統，通過有效的產品研制過程管理和產品數據管理，達到優化信息化環境下產品開發和管理的機制，有效縮短產品開發研制周期，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系統以優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，建立起企業統一的產品知識庫，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控制，能夠大大提高產品研發質量和工作效率。近年來PDM逐步成熟且不斷發展，越來越多的軍工電子企業將其應用到產品開發過程中，對產品開發全生命周期進行全方位的管理。
1 軍工電子企業的特點及需求
PDM不僅是一種先進的信息化管理系統，更是一種先進的產品數據管理和協同開發管理的理念，因此，PDM項目在各行業的實施都有著特殊性。必須充分了解行業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。軍工電子企業面臨的挑戰主要有：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。根據軍工電子企業的特點，目前軍工電子企業對PDM系統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務流程規范自動執行，實現設計、工藝、工裝、制造、質量等業務環節中工作的有效銜接和信息的順暢流轉，有序協調整個產品生命周期過程中設計、制造、管理和客戶服務環節。
4)實現ECAD，MCAD工具與PDM系統的集成，建立結構一電訊協同設計體系，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)通過建立企業級共享和透明的優選元器件跨專業、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的協同研制平臺
2.1 平臺構建
企業產品研制過程中業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，必須建立一個科學完善的集成化的解決方案。根據軍工電子企業的需求特點，結合行業的信息系統發展方向，我們提出了構建基于PDM協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中典型的信息化規劃總體框架，可以清晰地看到PDM協同研制平臺位于企業信息化總體框架的協同平臺層，是軍工企業整個核心業務系統的基礎。
圖1 典型的信息化規劃總體框架
PDM協同研制平臺構建了一個面向產品管理業務需要的單一數據源，集中管理和控制在產品研發、工藝、制造、試驗、客戶服務等業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管理和更改控制，支持跨越產品整個供應鏈上下游環節中各個角色人員之間的協同工作。PDM協同研制平臺實施覆蓋的范圍如圖2所示。
圖2 PDM協同研制平臺實施覆蓋范圍
2.2 關鍵技術
PDM協同設計平臺基于Windchill技術建設。可采用異構分布的計算機硬件環境、操作系統、網絡與通信協議和數據庫，包括PC/Windows，Sun/Solaris等硬件平臺和相應的操作系統，網絡環境主要是通過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上下載類文件。服務器層包含了主要的商業邏輯并且承擔著處理所有商業數據的作用，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、工作流執行機和工作流監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數據集成到基于Internet的主體企業信息管理策略中，從而采納和利用企業以往的投資資源。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系統平臺的統一化。
3 主要功能
PDM協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、技術狀態管理、變更管理、優選件/通用件管理以及系統集成。
3.1 產品結構及數據管理
PDM協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點統稱為零部件(part)，零部件可以是成品（系統、分系統、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點建立關聯關系，實現以產品結構為骨架的數據關聯管理。
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。軍工電子企業產品結構至頂向下通常分為系統級、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，實現了使用系統創建項目，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控。
該模塊建立的項目管理系統能夠更好地使項目計劃管理與產品數據管理關聯，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、電訊和軟件多專業協同設計，其需求管理也就是一個系統化工程，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、追蹤、問題反饋及重用的業務流程管理，建立需求信息和產品技術規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關系，確保基于這些關聯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 技術狀態管理
技術狀態管理是以產品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管理。對于軍工電子企業來說，技術狀態管理至關重要，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。
在技術狀態管理中，我們還引入技術狀態基線(baseline)管理機制，通過對產品的基線的創建、信息填充、凍結、更改和紀實等活動來進行產品技術狀態管理。基線是產品研發過程中特定關鍵節點/技術狀態的快照，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，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點或重要里程碑處構型狀態的有效管理和追溯，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現有質量問題，產生技術狀態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的最佳實踐的閉環變更過程。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的同步來實現對變更過程的嚴格控制。變更對象的關聯關系及其與業務對象的關聯關系如圖5所示。
圖5 變更過程關聯關系圖
在技術狀態更改控制流程中，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 優選件和通用件管理
軍工電子企業產品涉及的元器件種類繁多，常常存在器件編碼混亂、無統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范等）的關聯管理。主要完成以下2個庫的建設：
1)基礎元器件和優選件庫。
基礎元器件和優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采購物資代碼、PDM元器件庫中的器件編碼保持統一。
3.7 系統集成
通過PDM協同研制平臺建立企業的信息中樞。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發布有效的產品數據，實現產品數據的有效利用。在軍工電子企業中，PDM協同研制平臺與其他系統的典型集成框架如圖6所示。
圖6 軍工電子企業典型PDM的集成框架
對于與上游工具的集成，PDM系統與CAD系統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，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布到生產管理上需要用到的系統中，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、涉及業務環節繁多和覆蓋用戶廣泛的特點使得PDM協同研制平臺項目的實施工作成為復雜的系統工程，該系統的建設及實施不僅是軟硬件工具的部署和應用過程，更是企業產品研制流程優化并落地執行的過程。在實施過程中必須把先進的軟件平臺框架、企業的數據管理業務流程以及企業的工作人員三者有機結合起來。經過多年的實踐，對于軍工電子企業的系統實施我們總結出以下經驗：
1)由于PDM系統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原有的管理模式和管理制度。這就要求企業要給予高度重視，組建強有力的實施隊伍，制定詳細的實施計劃，在企業最高管理者的直接關注與領導下調動企業的一切資源，逐步穩妥地實現各項工作目標。
2)遵循“總體規劃，分布實施”的平臺建設思路。系統實施前必須明確企業的愿望需求，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、覆蓋的業務環節和流程范圍等。
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劃、需求收集、定制化開發等工作，最終使整個PDM協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，以業務流程作為驅動，將整個研制流程納入到PDM協同研制平臺系統中進行統一管理。在管理該型號研制流程的過程中，建立起適合企業相關業務部門優化的業務流程模板，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協同研制平臺的應用需要，做到標準規范先行。通過各種相關標準文件的制定、宣傳與貫徹，規范型號研制過程中涉及到的各類操作和業務流程，為系統的順利使用奠定基礎。
6)為保障PDM協同研制平臺實施的有效性，軍工電子企業在系統建設前還應具備以下基礎條件：有統一的物資編碼規范，完成企業內部物資編碼工作，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，完成企業文檔模板的歸類和設計；企業組織架構基本穩定，梳理并建立一套符合企業產品研制特點的研發過程管理流程。
5 結束語
PDM協同研制平臺能夠幫助工程技術人員和研發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過程，將數據庫的管理能力、網絡的通信能力和系統的控制能力相結合，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協作環境，實現知識共享。據國外資料統計，企業引入科學的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。
軍工電子企業中研發創新能力是最核心的競爭能力，通過建設PDM協同設計管理平臺，將有助于從以下幾個方面來提升企業的核心競爭力：優化產品研制流程，提升企業管理水平；實現產品技術狀態管理，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，提高企業的創新能力；整合各業務系統，提升企業的整體運作效率，最終提高企業管理水平。
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本文標題：PDM協同研制平臺在軍工電子企業的運用
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