傳統(tǒng)的卷煙產(chǎn)品研發(fā)管理系統(tǒng)在配方管理、輔助配方設(shè)計、原料平衡及煙葉品質(zhì)分析評價方面做了較為深入的研究,但對產(chǎn)品數(shù)據(jù)和研發(fā)過程管理較少涉及。在實際研發(fā)管理過程中,存在著研發(fā)數(shù)據(jù)管理分散、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)差、研發(fā)設(shè)計變更缺乏有效控制手段等問題,造成研發(fā)過程可追溯性差,難以保障產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)信息的一致性。此外,由于研發(fā)管理系統(tǒng)與ERP(EntERPrise Resource Planning)系統(tǒng)、MES(Manufacturing Execution System)系統(tǒng)未能緊密集成,從而造成研發(fā)與生產(chǎn)協(xié)同性不足。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM(Product Data Management)是以軟件技術(shù)為基礎(chǔ),以產(chǎn)品為核心,實現(xiàn)對產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)、過程、資源一體化集成管理的技術(shù),其核心思想是研發(fā)設(shè)計數(shù)據(jù)的有序、設(shè)計過程的優(yōu)化和資源的共享。近年來,隨著CIMS(Computer Integrated Manufacturing Systems)工程、并行工程、敏捷制造等的應(yīng)用和推廣,PDM技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)機械、汽車、電子等行業(yè)得到了較廣泛的應(yīng)用,成為企業(yè)實現(xiàn)信息共享,有效管理產(chǎn)品數(shù)據(jù),提高研發(fā)效率,增強核心競爭力的一項重要技術(shù)措施。由于煙草原料農(nóng)產(chǎn)品屬性以及卷煙流程型加工的特點,PDM技術(shù)在煙草加工行業(yè)的應(yīng)用難度較大,目前尚處于起步階段,僅對PDM技術(shù)在煙草生產(chǎn)應(yīng)用中需解決的產(chǎn)品信息模型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、工作流管理等問題進行了初步探討。為此,提出了基于PDM的卷煙產(chǎn)品研發(fā)管理系統(tǒng)架構(gòu)和功能模塊設(shè)計,以實現(xiàn)對研發(fā)數(shù)據(jù)和過程的有效管理和控制,提高研發(fā)與生產(chǎn)的協(xié)同性。
1 系統(tǒng)架構(gòu)
為實現(xiàn)對研發(fā)數(shù)據(jù)和過程的有效管理,在研發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計中引入了PDM管理理念,采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù),建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型和研發(fā)過程模型以描述研發(fā)數(shù)據(jù)、過程以及數(shù)據(jù)和過程的有機聯(lián)系和發(fā)展變化。具體設(shè)計步驟為:①以產(chǎn)品BOM(Bill of Material)為對象組成框架建立虛擬的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型;②通過研發(fā)過程建模,采用工作流管理技術(shù)有效管理和控制研發(fā)設(shè)計過程,并通過過程模型與數(shù)據(jù)模型相互關(guān)聯(lián)形成完整的產(chǎn)品、研發(fā)過程描述以及生產(chǎn)過程控制相關(guān)描述;③通過企業(yè)統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型BOM不同視圖的轉(zhuǎn)換和傳遞,實現(xiàn)系統(tǒng)間的緊密集成,最終構(gòu)成支持整個產(chǎn)品形成過程的信息系統(tǒng)。
1.1 基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)核心框架和B/S架構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)
為使架構(gòu)設(shè)計較好地適應(yīng)系統(tǒng)的擴展性和集成性要求,系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)采用B/S架構(gòu),分為系統(tǒng)層、功能層、用戶層3個層次,見圖1。系統(tǒng)層支撐系統(tǒng)運行;功能層是整個系統(tǒng)的核心,包括應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器和SOA(Service-oriented Architecture)數(shù)據(jù)交換平臺。其中,應(yīng)用服務(wù)包括研發(fā)管理系統(tǒng)基本功能模塊、資源信息庫和系統(tǒng)集成模塊。SOA數(shù)據(jù)交換平臺通過基于SOA面向服務(wù)架構(gòu)的Web Service接口進行業(yè)務(wù)發(fā)布和數(shù)據(jù)整合。
圖1 基于PDM的卷煙產(chǎn)品研發(fā)管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
1.2 基于PDM的卷煙產(chǎn)品研發(fā)管理系統(tǒng)功能框架
PDM的應(yīng)用功能必須能夠支持整個產(chǎn)品形成過程中各個階段的應(yīng)用需要。根據(jù)卷煙產(chǎn)品形成過程各階段應(yīng)用及卷煙產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計的特點,將應(yīng)用功能模塊分為基礎(chǔ)支撐層、核心業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用層3個層次,功能設(shè)計見圖2。
圖2 基于PDM的卷煙產(chǎn)品研發(fā)管理系統(tǒng)功能設(shè)計
系統(tǒng)管理、資源信息庫和系統(tǒng)集成功能模塊從系統(tǒng)權(quán)限控制、數(shù)據(jù)安全、工作流、數(shù)據(jù)和文檔管理及系統(tǒng)集成方面支撐核心業(yè)務(wù)層的運作。其中,資源信息庫存儲與產(chǎn)品研發(fā)相關(guān)的信息,這些信息按原料、工藝、品質(zhì)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、實驗、市場等主題分類,并以產(chǎn)品虛擬模型為核心進行組織管理。
核心業(yè)務(wù)功能設(shè)計以研發(fā)設(shè)計和品質(zhì)管理為核心,以產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計流程管理和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理為主線展開,實現(xiàn)對產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)和過程的管理。其中,①項目管理作為各種研發(fā)活動的載體和業(yè)務(wù)驅(qū)動,對新產(chǎn)品開發(fā)、老產(chǎn)品維護、課題研究、工藝改進和其他科技創(chuàng)新項目進行管理。②研發(fā)設(shè)計管理采用工作流技術(shù)管理整個研發(fā)設(shè)計過程,通過將配方、工藝、香精香料和包裝設(shè)計平臺的集成,實現(xiàn)業(yè)務(wù)各環(huán)節(jié)的協(xié)同工作和管理控制。③標(biāo)準(zhǔn)管理對產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的各類標(biāo)準(zhǔn)進行維護管理,包括葉組配方、工藝標(biāo)準(zhǔn)、材料標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)、包裝設(shè)計樣標(biāo)圖等,通過權(quán)限、版本、狀態(tài)管理,確保企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件的唯一性和有效性。④原料管理對煙葉生產(chǎn)、采購、復(fù)烤加工、倉儲醇化品質(zhì)情況進行記錄和管理,并建立煙葉特性數(shù)據(jù)庫。⑤品質(zhì)管理實現(xiàn)對原料、煙用材料、添加劑、在制品和成品的樣品檢測、評吸活動、檢測和評吸數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理,對研發(fā)過程中產(chǎn)品的品質(zhì)安全進行控制。
數(shù)據(jù)應(yīng)用分析層基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和輔助設(shè)計。其中數(shù)據(jù)分析提供成本、配方結(jié)構(gòu)、原料平衡和預(yù)警等分析功能,輔助設(shè)計功能主要有替代煙搜索、各種品質(zhì)評價模型、優(yōu)化算法、規(guī)則庫等。
2 技術(shù)實現(xiàn)
2.1 卷煙產(chǎn)品數(shù)據(jù)建模
產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型是PDM系統(tǒng)的核心。卷煙產(chǎn)品數(shù)據(jù)建模的難點在于模型不僅要盡可能精確地對產(chǎn)品組成進行定義,還要能動態(tài)地反映產(chǎn)品的變化。在研發(fā)管理系統(tǒng)中,采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和基于繼承技術(shù)的層次式結(jié)構(gòu)類定義構(gòu)建一個卷煙產(chǎn)品模型,模型中產(chǎn)品組成是一個多層次的BOM結(jié)構(gòu)。模型將描述產(chǎn)品的對象分成數(shù)據(jù)對象和業(yè)務(wù)對象兩類。其中數(shù)據(jù)對象主要用于描述組成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的元數(shù)據(jù)和各種物理數(shù)據(jù)文件的引用,業(yè)務(wù)對象描述業(yè)務(wù)過程產(chǎn)生的各種動態(tài)信息。
如圖3所示,組成某一卷煙產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的元數(shù)據(jù)有原煙、片煙、成品絲、煙用材料、其他在制品等。片煙元數(shù)據(jù)包含年份、品種、產(chǎn)地、等級等基本屬性,其物理數(shù)據(jù)文件引用有原煙清選方案、配打方案、技術(shù)參數(shù)。這些數(shù)據(jù)文件的引用通過數(shù)據(jù)對象描述。業(yè)務(wù)對象描述某一產(chǎn)品相關(guān)項目、試驗、產(chǎn)品規(guī)劃、開發(fā)、設(shè)計、工藝過程規(guī)劃等業(yè)務(wù)活動記錄、相關(guān)設(shè)計文檔和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。以葉組配方標(biāo)準(zhǔn)為例,其屬性包括版本號、葉組配方組成、配方比例、處理狀態(tài)、發(fā)放階段以及標(biāo)準(zhǔn)的文件引用。
圖3 卷煙產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型(局部)
在整個產(chǎn)品模型中,數(shù)據(jù)對象、業(yè)務(wù)對象及數(shù)據(jù)對象和業(yè)務(wù)對象之間可以建立一對多或多對多的聯(lián)系,并構(gòu)成一個集成的產(chǎn)品模型。業(yè)務(wù)對象在各種業(yè)務(wù)活動中產(chǎn)生,并與數(shù)據(jù)對象建立有機的聯(lián)系,從而實現(xiàn)描述產(chǎn)品模型的內(nèi)在聯(lián)系和發(fā)展變化,如產(chǎn)品版本變更、品質(zhì)改善等情況。此外,根據(jù)對象間的聯(lián)系可以形成滿足不同需要的視圖,如設(shè)計視圖、工藝視圖等。各種設(shè)計文檔和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用標(biāo)準(zhǔn)模塊生成,對信息進行結(jié)構(gòu)化處理,便于信息的檢索和共享管理。由此集成的卷煙產(chǎn)品模型能清晰和動態(tài)地描述產(chǎn)品信息和生產(chǎn)過程相關(guān)信息,實現(xiàn)企業(yè)統(tǒng)一的產(chǎn)品信息共享。
2.2 研發(fā)過程建模
研發(fā)過程管理的主要目的是對產(chǎn)品研發(fā)過程進行協(xié)調(diào)和控制,使相關(guān)人員協(xié)同工作,并在需要時進行過程追溯。系統(tǒng)通過建立研發(fā)過程模型實現(xiàn)對業(yè)務(wù)流的控制和管理,過程模型由業(yè)務(wù)單元、活動、角色組成,見圖4。業(yè)務(wù)單元描述工作流程的節(jié)點,如設(shè)計評審、設(shè)計驗證、標(biāo)準(zhǔn)審核、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布等;顒用枋鼍唧w的業(yè)務(wù)操作,如審核、批準(zhǔn)。角色規(guī)定相應(yīng)的操作者及其所擁有的權(quán)限。過程模型與產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型之間緊密關(guān)聯(lián),研發(fā)過程執(zhí)行的每個步驟都需要使用產(chǎn)品模型,從而使相關(guān)產(chǎn)品數(shù)據(jù)得到實時更新。過程模型中每個業(yè)務(wù)單元都具有一個過程狀態(tài)標(biāo)識,隨著業(yè)務(wù)活動的發(fā)生,過程狀態(tài)將產(chǎn)生相應(yīng)變化,同時產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型中的文檔記錄狀態(tài)也發(fā)生改變,從而使過程、數(shù)據(jù)、資源保持協(xié)調(diào)一致。例如葉組配方標(biāo)準(zhǔn)的編制、審核、批準(zhǔn)、發(fā)布等業(yè)務(wù)過程,過程狀態(tài)標(biāo)識定義包含編制中、待審核、審核中、待批準(zhǔn)、待發(fā)布等狀態(tài)。相應(yīng)的葉組配方標(biāo)準(zhǔn)也包含編制、審核、發(fā)布、簽收、啟用、停用等狀態(tài)。業(yè)務(wù)流程規(guī)則的定義和文檔狀態(tài)應(yīng)符合ISO質(zhì)量管理要求。
圖4 研發(fā)過程模型
2.3 系統(tǒng)集成
研發(fā)管理系統(tǒng)的集成包括信息集成和過程集成兩個方面。系統(tǒng)主要與MES、ERP、OA及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理平臺進行系統(tǒng)間集成,集成信息通過企業(yè)服務(wù)總線(ESB,Enterprise Service Bus)實現(xiàn)交互,集成框架見圖5。為建立企業(yè)統(tǒng)一的產(chǎn)品視圖,首先應(yīng)使企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保持一致。為此,元數(shù)據(jù)(原料、煙用材料、工藝參數(shù)、計量單位等)定義統(tǒng)一在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理平臺進行,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理平臺同時實現(xiàn)元數(shù)據(jù)的維護和審核發(fā)布。
圖5 基于PDM的卷煙產(chǎn)品研發(fā)管理系統(tǒng)集成框架
研發(fā)管理系統(tǒng)與MES、ERP系統(tǒng)的集成關(guān)鍵是BOM和工藝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程的集成,BOM是研發(fā)管理系統(tǒng)與MES、ERP系統(tǒng)信息集成的紐帶。在企業(yè)統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型共享的基礎(chǔ)上,可以根據(jù)不同的需要形成制造BOM、計劃BOM、成本BOM等所需的視圖信息,實現(xiàn)與MES、ERP系統(tǒng)的集成。系統(tǒng)與MES的工藝標(biāo)準(zhǔn)和工藝路徑的傳遞通過建立虛擬的工藝樹模型實現(xiàn)。工藝樹模型按生產(chǎn)區(qū)域、工段、工序分層建立,在邏輯層描述卷煙工藝路徑,實現(xiàn)工藝標(biāo)準(zhǔn)和路徑參數(shù)化。設(shè)計和輸出工藝標(biāo)準(zhǔn)時,在工藝樹模型中自由選擇生產(chǎn)區(qū)域、工段和工序,配置參數(shù),實現(xiàn)產(chǎn)品的柔性設(shè)計和制造。
研發(fā)管理系統(tǒng)過程集成涉及從產(chǎn)品設(shè)計到制造加工整個過程的監(jiān)控和管理。系統(tǒng)通過建立和共享企業(yè)統(tǒng)一的產(chǎn)品視圖,集成研發(fā)設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)管理、ERP和MES系統(tǒng)。產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計輸出后在研發(fā)系統(tǒng)中完成審批發(fā)布,并發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)更新通知到MES系統(tǒng)中。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由MES系統(tǒng)獲取并簽收,實現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的下達。MES系統(tǒng)將技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的啟用、執(zhí)行和停用狀態(tài)通過消息返回研發(fā)管理系統(tǒng)。研發(fā)管理系統(tǒng)通過MES系統(tǒng)提供的查詢服務(wù)監(jiān)控與標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行相關(guān)的生產(chǎn)批次和品質(zhì)情況。過程集成實現(xiàn)了“單點設(shè)計,多點生產(chǎn)”模式,滿足了研發(fā)生產(chǎn)一體化的要求。
3 應(yīng)用效果
基于PDM的卷煙產(chǎn)品研發(fā)管理系統(tǒng)的實施,為研發(fā)部門搭建了一個支持創(chuàng)新和協(xié)同工作的平臺,解決了原研發(fā)數(shù)據(jù)分散、無序、不能充分共享等問題。虛擬產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的建立方便了數(shù)據(jù)資料的快速檢索、管理和積累,保障了產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)信息的一致性。系統(tǒng)支持并改善了研發(fā)過程各環(huán)節(jié)的信息傳輸管理,提高了研發(fā)工作效率,研發(fā)過程的可追溯性加強了產(chǎn)品設(shè)計品質(zhì)管理。系統(tǒng)通過統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)視圖實現(xiàn)了與MES和ERP的緊密集成,加強了研發(fā)與生產(chǎn)的協(xié)同性,實現(xiàn)了面向生產(chǎn)的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)管控和多點生產(chǎn)的品質(zhì)管理。
在系統(tǒng)的應(yīng)用過程中,也存在一些不足之處。如系統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型未能從更深層次上把握產(chǎn)品的本質(zhì)屬性,化學(xué)成分與感官品質(zhì)方面描述不足,在一定程度上限制了研發(fā)人員對產(chǎn)品數(shù)據(jù)的使用效果;對于研發(fā)過程建模,目前的工作主要是解決規(guī)范管理問題,如何建立更加靈活、適應(yīng)柔性的研發(fā)管理,并支持研發(fā)過程協(xié)同的模型還需進一步研究探討。
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本文標(biāo)題:基于PDM的卷煙產(chǎn)品研發(fā)管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用
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