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培訓文章

PDM産品數據管理中的産品配置設計過程管理

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一、産品配置設計的内容
産品配置是PDM的核心功能之一,它是根據預定義的零部件集合以及它們之間的相互約束關系,通過合理的組合,形成滿足客戶個性化要求的産品設計過程。産品配置的前提和基礎是一組已經建立的、模塊化的零部件集合。産品配置設計的目的是根據客戶的需求,最終确定出該定制産品的物料清單BOM (Bill of Material)。為了使産品配置設計能更快速、有效、準确和動态地适應産品模型的演化,需要研究産品的配置設計過程,并對其進行管理。産品配置設計管理包括:
    (1)建立和維護産品的模塊化。可配置的産品首先必須是模塊化的産品,模塊化的産品平台是産品配置的前提條件。對于模塊化的産品,在已有功能擴展或增添新功能時,要盡量使模塊之間的接口标準化,最好使模塊的接口保持不變;對新增的模塊,則應盡可能的使接口簡單、規範。
    (2)建立和維護産品的配置模型。産品配置模型是産品配置的模闆,用客戶的需求信息對産品配置模型實例化就是客戶化的定制産品。因此在産品平台的基礎上,可以創建不同産品族的産品配置模型。另外,當由于技術進步或對産品進行功能擴展或改進時,需要對産品的配置模型進行維護。
    (3)建立和維護産品的配置規則。産品配置規則是産品對象的知識表示,表達了在實例化産品模型時的約束條件。産品配置規則的表示應簡潔、易于維護,并便于保證規則的一緻性。
    (4)建立和維護産品物料清單(BOM)的一緻性。在生産制造中,企業随時需要獲得最新的産品信息,即各類材料清單、設計工藝、生産計劃、物資供應等,不同部門對物料清單的要求不一緻,但相互之間還必須保持一定的統一性。因此,在産品配置系統中最好能同時提供自動生成各類物料清單的工具。
    (5)建立和維護産品的曆史記錄-版本管理。在設計制造和維修過程中,産品經常會發生各式各樣的更改,産品配置系統不僅要保存當前的有效數據,還要将産品演變的整個曆程記錄在案。因此,在産品配置管理中,要完整的保存産品數據的全部版本,同時還要建立一套完整的有效性規則。保證在任何時候、任何人得到的都是正确的版本。
    (6)配置産品的成本和報價管理。産品配置的一個重要功能是在應标時,給産品的合理報價提供科學的依據。這需要根據市場和加工能力的變化,長期動态地維護配置産品中的各個組成零部件的成本。
    (7)産品配置設計過程管理。産品配置設計過程和傳統的産品設計過程有所不同,作為一種常規的設計方法而非創新設計,産品配置設計不存在概念設計、結構設計等過程。對它的研究主要集中在産品配置的流程管理,以及配置中需要新設計的零部件的詳細設計過程管理,這包括對産品配置設計過程進行建模、以及對設計項目和任務進行合理的分解、執行和提交等進行管理。這是本文研究的主要内容,也是産品配置設計管理的核心。
二、産品配置設計的工作流程
産品配置産品的工作流程說明了一個定制産品從需求到出廠,在企業所要流經的環節。首先是客戶需求的獲取,這主要從銷售人員和客戶簽訂産品定單時的技術要求中獲得(也可進一步的交互,以得到能滿足配置要求的需求信息)。根據客戶對産品要求的客戶化程度(定制程度),産品配置可以在兩個不同的部門進行,如圖1所示:
    (1)如果客戶所需求的是企業生産的标準産品,則銷售人員可直接确定産品的型号,進而依據産品的标準配置确定該産品的物料清單并通知生産,或者在已(續緻信網上一頁内容)有庫存的情況下,直接發貨。
    (2)如果客戶所需求的是非标準産品,産品配置則需要由設計人員來完成。 設計人員根據配置模型和客戶需求配置客戶化的産品,生成産品的物料清單。在非标産品的配置中,有時不能借用先前的零部件,可能需要進行新的設計(一般是參數化設計)。由于絕大多數的定制産品屬于這種非标準産品的配置,其設計過程是産品配置設計過程管理的主要部分。
三、産品配置設計過程
由于産品配置設計涉及到大量的數據及其信息集成,因此一般都把産品配置作為PDM 的一部分。如果把産品的配置設計過程(本文主要針對非标準産品的配置,即圖1中的“設計人員配置”) 從開始到完成作為一個項目進行管理,可通過項目和任務的層層分解,清晰、靈活地表達産品的配置設計過程。
3.1 設計活動的分解
在設計過程模型DP中,設計活動A的分解結構SD直接影響着設計活動的完成和提交方式。由于每個設計活動實際上都是在執行一個項目或任務,因此設計活動和實際的項目或任務存在着一一對應的關系,所以可以借用項目的分解方式對設計活動進行分解。與項目的分解類似,設計活動分解結構可以表示為SD={| ai∈A , i=1, 2, ┄, n },具體有以下三種:
    (1)與結構。每一活動結點(即項目或任務)被劃分為若幹個子活動結點,每一子活動結點都更詳細地定義了其父結點的一個活動子集。完成父活動結點的前提是所有子活動結點都必須完成,如圖2a所示。即在分解結構SD中,各Ai之間是“與”的關系。
    (2)或結構。和與結構不同的是,隻需有一個子活動結點完成就可保證其父活動結點任務的完成。如圖2b所示。各Ai之間是“或”的關系。
    (3)混合結構。混合結構樹中同時具有與結構和或結構的一種層次結構,最簡單的一種混合結構可以用與或樹(AND/OR)表示,如圖2c所示。各Ai之間是“與”或者“或”的關系。
在上面的三種結構中,與結構是最适合一般設計過程的結構。例如,一個零件圖的設計任務可能包括設計、校對、工藝化、審核、批準等子任務,隻有當這些子任務全部完成以後,該零件的設計任務才能完成。
3.2 設計活動分解層次和模闆
在産品配置設計中,可以采用模闆的方式來表示活動的分解。也就是說,可以根據企業的不同情況,柔性地定義該企業的設計活動分解結構。通過與PDM相結合,一個完整的産品項目可以按三個層次、兩個模闆來進行分解。
3.2.1 設計活動分解的三個層次
一個産品配置設計項目的設計活動,從總體上,可以按三個層次進行分解,如圖3所示。第一層次是主設計活動的分解。包括在配置設計結果中,對那些不能配置到的、需要新設計的實例單元建立設計子項目。這個層次上的分解實際上對應的是項目級的分解,是産品的設計項目P分解成各子項目pi,pi再進一步的分解成更低一層的子項目的過程,其中每個子項目都對應着一個零件或部件的設計活動。也就是說,一個零部件的設計活動對應着一個子項目的完成,可以稱為子項目活動,或零部件設計活動;第二個層次的分解是子項目活動pi到文檔活動Ti的分解,這是一個1:N的對應關系。如果采用如上所述的與結構分解,則隻有在各文檔活動Ti都完成提交後,才能說子項目活動pi完成。這個分解過程可以根據不同企業的實際情況,利用文檔模闆來柔性地定義。這裡,活動Ti實際上是為了完成某一個文檔的設計而進行的活動,可以稱為文檔任務或文檔活動;第三個層次的分解是文檔活動Ti到子任務活動ti的分解,這也是一個1:N的對應關系,說明了要完成一個文檔設計,需要經曆的流程,可根據不同企業的實際,用流程模闆定義。
3.2.2 設計活動分解的兩個模闆
在上面第二層和第三層分解中,要用到文檔模闆和流程模闆,這兩個模闆要在設計活動分解前根據企業的實際情況進行定義。文檔模闆定義了一個企業在零部件設計時需要輸出的文檔類型和數量。例如,企業可能要求在進行任何一個部件圖的設計時,都要同時輸出一個部件組裝圖Ti1(如AUTOCAD類型圖檔)和一個組裝工藝或說明書Ti2(如WORD文檔)兩個文檔,這時就可以把這個分解定義成一個文檔模闆DMi。這樣,以後的任何部件圖設計項目活動pi,系統都會自動地按照選定的模闆DMi,把pi分解成兩個文檔活動Ti1 和Ti2,如圖4a所示。
流程模闆是針對文檔活動Ti而言的,它定義了要完成某一類文檔所要經曆的流程ti。例如,企業可能有如下定義,對部件組裝圖的設計要經過經曆設計、校對、審核、批準的流程,則可以建立流程模闆SMi,這樣以後任何組裝圖的設計活動Ti都要經曆以上的這幾個步驟ti。如圖4b所示。
文檔模闆和流程模闆是柔性的,企業可以根據自己的要求定義。一旦選定了模闆的類型,系統就會在以後的活動分解中自動按所選模闆進行。任何對模闆的修改或者對模闆的更換,都隻會對以後的分解活動産生影響。
3.3 設計活動的提交
設計活動的提交是設計活動結束的一種說明和确認,其提交的形式與設計活動的分解結構緊密相關。如果設計活動A采用與結構進行分解,則A的提交必須在所有的子活動Ai都成功提交後才能進行。在圖4的分解中,設計活動為部件圖設計,按兩個模闆分解後,共有4+2+1=7個活動要完成才能提交。這是一個層層提交的過程,較低一層的活動向它們的父活動提交。隻有當所有的設計活動都成功提交後,這個配置産品的設計過程DP才算結束。新設計的零部件和已有的零部件共同組成産品的配置設計結果,從而完成一個定制産品的配置設計過程。
四、結論   
産品配置是PDM的核心技術之一,對設計過程進行管理則是其不可或缺的組成部分。産品配置設計管理是一個複雜的設計管理問題,除産品配置設計過程管理外,還有其他很多問題需要解決。例如配置模型的長期管理和演化問題、産品交付客戶後由于産品升級或維護而引起的産品再配置管理問題等,都是需要研究解決的問題。

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