上海濰柴動(dòng)力主任工程師 胡崗
1 濰柴上海研發(fā)中心PDS系統(tǒng)項(xiàng)目背景
1.1 PDS定位及應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)
隨著產(chǎn)品型號(hào)與變型的增多,傳統(tǒng)的型號(hào)BOM編制方式,使得獨(dú)立BOM數(shù)量增多,BOM維護(hù)工作量巨大。同時(shí),企業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)的擴(kuò)展(全球化),要求實(shí)現(xiàn)同一產(chǎn)品對(duì)多工廠發(fā)布及對(duì)多銷售區(qū)域的管理。 傳統(tǒng)的PDM/項(xiàng)目管理系統(tǒng)主要針對(duì)整車及零部件的開發(fā)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的管理,其核心對(duì)象是零件、圖紙、三維數(shù)模、開發(fā)文件以及可配置系統(tǒng)/模塊數(shù)模及對(duì)整車DMU的支持,以及對(duì)這些對(duì)象的成熟度和開發(fā)過程管理。而企業(yè)運(yùn)營(yíng)針對(duì)的是如何按客戶下達(dá)的訂單(在你提供的框架內(nèi)的客戶選擇)將零部件裝配成整車,快速交付給客戶,這些運(yùn)營(yíng)是在后續(xù)的ERP、MES、銷售系統(tǒng)中,但其數(shù)據(jù)源于開發(fā)系統(tǒng)PDM系統(tǒng)。如何把零部件、整車開發(fā)(PDM的數(shù)據(jù)、EBOM等)與企業(yè)運(yùn)營(yíng)相接,在訂單拉動(dòng)下,以產(chǎn)品定義為中心,把企業(yè)的整個(gè)業(yè)務(wù)串起來,即實(shí)現(xiàn)開發(fā)到運(yùn)營(yíng)的連接,是PDS系統(tǒng)的定位。
為了構(gòu)建開發(fā)到運(yùn)營(yíng)的連接,在PDS系統(tǒng)中將涉及如下四個(gè)方面:首先構(gòu)建企業(yè)統(tǒng)一的產(chǎn)品描述語(yǔ)言,從產(chǎn)品規(guī)劃開始,直到銷售,整個(gè)企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的描述都是基于統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言,精確地定義產(chǎn)品。其次,產(chǎn)品構(gòu)架及配置如何管理,PDS系統(tǒng)將構(gòu)建產(chǎn)品線、平臺(tái)、車輛族和構(gòu)架車型的產(chǎn)品管理架構(gòu)和可配置的客戶車型策略。第三,如何構(gòu)建EBOM和制造BOM的運(yùn)作體系,實(shí)現(xiàn)兩者之間的獨(dú)立而又能無(wú)縫耦合,即解耦和耦合的運(yùn)作體系。第四,支持同一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源向多工廠的發(fā)布管理。
圖1 PDS定位及應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)
1.2 企業(yè)業(yè)務(wù)模式的轉(zhuǎn)化需要PDS系統(tǒng)的支持
隨著產(chǎn)品日益復(fù)雜、品種與變型增多,以BOM來直接表達(dá)產(chǎn)品,市場(chǎng)及非技術(shù)部門是無(wú)法基于BOM解讀公司產(chǎn)品或下達(dá)訂單,使得開發(fā)人員總是在應(yīng)付訂單BOM,企業(yè)也難以構(gòu)架起貫通開發(fā)到市場(chǎng)、生產(chǎn)的統(tǒng)一產(chǎn)品描述語(yǔ)言。
當(dāng)今主流汽車企業(yè),在產(chǎn)品從開發(fā)到銷售的整個(gè)生命周期中,都建立了的產(chǎn)品特征庫(kù),通過對(duì)產(chǎn)品的特征描述來定義產(chǎn)品,建立從產(chǎn)品開發(fā),到市場(chǎng)訂單下達(dá)和生產(chǎn)交付全流程的產(chǎn)品定義與描述的無(wú)縫鏈接。
圖2 企業(yè)業(yè)務(wù)模式的轉(zhuǎn)化需要PDS系統(tǒng)的支持
1.3 PDS系統(tǒng)的上下文——從規(guī)劃到市場(chǎng)三部曲的耦合
也就是說,PDS的上下文是什么?PDS系統(tǒng)的實(shí)施首先需要有平臺(tái)和產(chǎn)品規(guī)劃,在平臺(tái)中定義出產(chǎn)品的組成要素,包括技術(shù)內(nèi)涵、型譜等,作為一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái),在此平臺(tái)上通過車輛特征配置表來定義具體面向市場(chǎng)的車型描述,形成一個(gè)車輛族的產(chǎn)品描述,進(jìn)而派生出可配置的客戶車型。
PDS的下游面向的是訂單與生產(chǎn),完成PDM與制造的連接。因此,PDS系統(tǒng)中既包含設(shè)計(jì)人員構(gòu)建的車輛族可配置EBOM,同時(shí),制造部門依據(jù)EBOM去定義總裝物料BOM,也就是說,PDS是設(shè)計(jì)跟工廠產(chǎn)品裝配線的連接。
圖3 PDS系統(tǒng)的上下文——從規(guī)劃到市場(chǎng)三部曲的耦合
2 PDS系統(tǒng)中的主要概念
PDS系統(tǒng)中的主要概念包括四個(gè)方面:產(chǎn)品框架、車輛族特征描述與車型發(fā)布控制、開放結(jié)構(gòu)BOM構(gòu)造及特征加載、閉合結(jié)構(gòu)EBOM與MBOM貫通。
在產(chǎn)品框架上,主要有產(chǎn)品線、平臺(tái)、車輛族概念,構(gòu)造產(chǎn)品管理的架構(gòu)。
特征族/特征值,特征間的影響矩陣/關(guān)聯(lián)矩陣、構(gòu)架車型、基本車型、選包裝是屬于車輛族特征描述與車型發(fā)布控制需要應(yīng)對(duì)的范疇。企業(yè)的產(chǎn)品特征是廣義的,凡涉及產(chǎn)品適用性選項(xiàng)導(dǎo)致零件選擇上區(qū)分的都可以構(gòu)成產(chǎn)品特征之一,如產(chǎn)品適用環(huán)境(極熱、極寒、沙漠)、產(chǎn)品銷售地區(qū)(中國(guó)、香港)、產(chǎn)品生產(chǎn)廠家等都可以成為描述產(chǎn)品的特征,這樣就實(shí)現(xiàn)同一產(chǎn)品面向多區(qū)域銷售和多工廠生產(chǎn)的管理,且歸在一個(gè)車輛族BOM中管理。
接下來是BOM的構(gòu)建,我們分為開放結(jié)構(gòu)、閉合結(jié)構(gòu)。所謂的開放結(jié)構(gòu)指可選裝性組合的對(duì)象,如整車就是一個(gè)開放結(jié)構(gòu),相同型號(hào)的車在巴西裝或者是中國(guó)裝,或兩個(gè)廠裝,或不同時(shí)間裝,同樣的車型裝的零件不一定是一樣的,包括具體配置也不一定一致。閉合結(jié)構(gòu)即任何時(shí)候任何地域,只要標(biāo)識(shí)一樣,就認(rèn)為是同一對(duì)象,如零件或者是采購(gòu)級(jí)的總成,只要知道零件號(hào)和版本,在公司范圍內(nèi),所有全球倉(cāng)庫(kù)中,就是相同設(shè)計(jì)狀態(tài)的同一零件。如何構(gòu)建可配置的開放結(jié)構(gòu),我們?cè)赑DS系統(tǒng)中,影響矩陣和關(guān)聯(lián)矩陣將閉合結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品特征關(guān)聯(lián)起來,這樣,就可以依據(jù)客戶車型的特征清單來解析車輛族BOM,分離出客戶車型閉合結(jié)構(gòu)的組成(單車物料BOM)。一般在企業(yè)的系統(tǒng)構(gòu)架中,閉合結(jié)構(gòu)在PDM系統(tǒng)中管理,PDS系統(tǒng)從PDM導(dǎo)入閉合結(jié)構(gòu),構(gòu)建產(chǎn)品的開放結(jié)構(gòu)的EBOM。
最后是BOM行的概念(帶功能&位置代碼精確描述的),通過BOM行來構(gòu)筑閉合結(jié)構(gòu)的EBOM和MBOM,同時(shí)實(shí)現(xiàn)EBOM和MBOM的解耦和耦合。
3 PDS系統(tǒng)中業(yè)務(wù)方式的設(shè)計(jì)
3.1 產(chǎn)品描述
產(chǎn)品描述包括產(chǎn)品層級(jí)建立及基于產(chǎn)品線的特征庫(kù)建立,車輛族特征定義建立,車型生成(關(guān)聯(lián)選擇包)發(fā)布,導(dǎo)向式客戶車輛配置器建立。
首先,建立產(chǎn)品線和基于產(chǎn)品線的特征庫(kù),將公司的業(yè)務(wù)按產(chǎn)品線來劃分,每個(gè)產(chǎn)品線都有自身的特征描述庫(kù),保證每個(gè)產(chǎn)品線的特征庫(kù)都是獨(dú)立的。
圖4 基于產(chǎn)品線的特征庫(kù)的建立
再引入車輛族的概念,用車輛族來統(tǒng)領(lǐng)一類車,比如同平臺(tái)的輕客,不管有多長(zhǎng)、多高、客車還是貨車,可以用一個(gè)車輛族節(jié)點(diǎn)來管理,即一張配置表和一個(gè)BOM來表述。建立了車輛族后,就從特征庫(kù)里把特征加載到車輛族下,這個(gè)特征分為構(gòu)架車型的特征和主特征。選擇構(gòu)架車型特征的不同組合,定義出構(gòu)架車型。有了構(gòu)架車型,再將每個(gè)特征與構(gòu)架車型的引用關(guān)系定義出來,它可能是標(biāo)配,可能是選裝,也有可能為不可選。其次,通過影響矩陣(特征族之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,如發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱的關(guān)聯(lián))和關(guān)聯(lián)矩陣(特征值間的關(guān)系定義,如什么發(fā)動(dòng)機(jī)必須配什么變速箱,即什么特征必須同時(shí)出現(xiàn)(一起用)在一張單車定義表中,或不能配什么變速箱,即什么特征之間不能同時(shí)出現(xiàn)(不能一起用)在一張單車定義表中)來定義特征和特征之間的約束關(guān)系。
然后,定義每個(gè)構(gòu)架車型所能提供的選裝包(一個(gè)或一組特征值),通過構(gòu)架車型,選定可以選主特征,定義出車型,關(guān)聯(lián)上這個(gè)車型的可選選裝包,發(fā)布給工廠(這種方式比較適合于規(guī)模車型,如轎車、輕客、卡車;對(duì)于高度定制化的車型,如巴士,可以通過發(fā)布定義表的形式,讓市場(chǎng)自由定義(在約束許可范圍內(nèi))車輛)。
基于發(fā)布到工廠的車輛,可以建立一個(gè)統(tǒng)一的訂單入口,把工廠的車型上所有的特征都提取出來,生成這樣一個(gè)動(dòng)態(tài)的特征顯示庫(kù),通過特征選擇,動(dòng)態(tài)篩選出車型及選裝包,供客戶選擇,最后生成一個(gè)訂單號(hào),交給工廠去生產(chǎn)(工廠按訂單中客戶選擇生成的車輛特征清單,解析開放結(jié)構(gòu)的EBOM,耦合MBOM,拉動(dòng)物料生產(chǎn));如果是客戶有選擇外要求,就將客戶選擇出的最接近他要求的車及他的特殊要求,生成特殊訂單,交產(chǎn)品工程部處理后交工廠。這樣,從產(chǎn)品規(guī)劃到車輛族到客戶車型一直到市場(chǎng)銷售,實(shí)現(xiàn)企業(yè)統(tǒng)一的產(chǎn)品定義。
圖5 導(dǎo)向式客戶車輛配置流程
3.2 設(shè)計(jì)到制造的解耦與耦合
零件是關(guān)鍵核心對(duì)象,零件是通過BOM行來構(gòu)成整車BOM。要把零件開發(fā)/倉(cāng)儲(chǔ)和EBOM構(gòu)造/裝配兩個(gè)概念區(qū)分開來,兩者的紐帶是BOM行。BOM行的核心要素:功能及安裝位置、零件號(hào)、數(shù)量。制造BOM處理的是BOM行,不是一個(gè)獨(dú)立零件及其結(jié)構(gòu)(BOM層級(jí))。 即車輛BOM是通過有明確物理、功能含義的BOM行(好比將整車分解成功能及位置抽屜,且設(shè)計(jì)與制造對(duì)抽屜的理解必須是一致)上放什么零件(號(hào))、放幾個(gè)來構(gòu)成的。
制造BOM關(guān)心的是在指定工位工序上發(fā)什么料,這些料按什么樣的工藝規(guī)范進(jìn)行加工或順序裝配(裝配后可能成為新物料號(hào),入庫(kù),再被其他BOM行拉動(dòng)),因此,制造BOM處理的也是BOM行,而非設(shè)計(jì)BOM的結(jié)構(gòu)(閉合結(jié)構(gòu)是不可打撒的)。將設(shè)計(jì)BOM離散成工位制造BOM行庫(kù),我們叫設(shè)計(jì)到制造的解耦(這樣,對(duì)于設(shè)計(jì)BOM也帶來了靈活,如用虛擬包打包零件,方便設(shè)計(jì)EBOM構(gòu)造)。
由于與設(shè)計(jì)BOM的解耦(BOM行按工藝規(guī)劃重新分配),制造BOM行上是沒有配置信息的(針對(duì)配置加載在功能包上的情況,如果配置直接加載在BOM行上就無(wú)需耦合,但特征加載很難通過影響矩陣/關(guān)聯(lián)矩陣進(jìn)行圖形化操作)。因此訂單是不能直接解析制造BOM行的,解析的是發(fā)布到工廠的設(shè)計(jì)開放結(jié)構(gòu)EBOM,并從制造BOM行庫(kù)匹配的出制造定義,才能將訂單設(shè)計(jì)單車EBOM變成工位物料BOM,我們叫設(shè)計(jì)與制造的耦合。
通過設(shè)計(jì)BOM到制造BOM的解耦與耦合,這樣讓設(shè)計(jì)按設(shè)計(jì)管理的要求和視圖來構(gòu)建EBOM(當(dāng)然設(shè)計(jì)BOM要符合采購(gòu)級(jí)物料定義和自制件工藝過程結(jié)構(gòu)),而制造可以專心定義其物料分配、安裝工藝、自制件MBOM展開等,而不必關(guān)心物料與配置的對(duì)應(yīng)關(guān)系(這個(gè)已經(jīng)由設(shè)計(jì)定義了)。如有些企業(yè)針對(duì)分裝件還在爭(zhēng)論是設(shè)計(jì)按工藝重構(gòu),還是制造打散設(shè)計(jì)BOM來重構(gòu),實(shí)際上,有了耦合和解耦BOM運(yùn)作體系,都不需要重構(gòu),制造只要將分裝物料定義好,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就可以自動(dòng)按解析出來的單車BOM,自動(dòng)生成(訂單拉動(dòng)的)分裝件物料號(hào)和其BOM。
解耦與耦合需要企業(yè)級(jí)的零件應(yīng)用字典支持,將原來自由意義的BOM行號(hào),予以明確統(tǒng)一的物理含義描述的編碼,即企業(yè)對(duì)車輛結(jié)構(gòu)和功能分解的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化字典。
3.3 設(shè)計(jì)到工廠的數(shù)據(jù)流程設(shè)計(jì)
在PDS系統(tǒng)中將設(shè)置工廠,設(shè)計(jì)工程師維護(hù)的數(shù)據(jù),通過發(fā)布流程,發(fā)布給工廠,因此在PDS系統(tǒng)中,一份是設(shè)計(jì)域數(shù)據(jù),一份是發(fā)布到工廠域的數(shù)據(jù)。如下圖,通過三個(gè)層次的數(shù)據(jù)流程,來確保設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)工廠的發(fā)布控制及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在工廠的生效控制。
1.頂層數(shù)據(jù)的發(fā)布控制:建立車型發(fā)布流程,檢查其車型信息和BOM的完備性(通過對(duì)發(fā)布到工廠的開發(fā)結(jié)構(gòu)BOM解析),來決定新車型是否可以上線生產(chǎn),或者決定是否可以切換到新版本車型上(主特征相同車輛對(duì)象的次特征的調(diào)整發(fā)布)。
2.中間層數(shù)據(jù)(紐帶)的發(fā)布與同步:開放結(jié)構(gòu)成熟后,啟動(dòng)發(fā)布流程,并確保發(fā)布后的數(shù)據(jù)同步,即將加配置定義的開放結(jié)構(gòu)BOM,同步到工廠。
3.底層數(shù)據(jù)的工廠生效控制:將PDM中的閉合結(jié)構(gòu)(采購(gòu)級(jí)零件或自制件BOM)數(shù)據(jù),通過從PDM系統(tǒng)中完成狀態(tài)升級(jí)單或更改單所驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù),發(fā)布給PDS系統(tǒng),在PDS系統(tǒng)中,將狀態(tài)升級(jí)單或更改單解析成零件單位的工作條目,交給工廠進(jìn)行斷點(diǎn)維護(hù),以便根據(jù)物料的實(shí)際使用情況,處理每個(gè)零件的更改的生產(chǎn)生效性問題,即設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的覆蓋和生效問題。(PDM中的生效和PDS中的生產(chǎn)性生效為兩個(gè)關(guān)聯(lián)又需要獨(dú)立處理的事項(xiàng))
圖6 設(shè)計(jì)到工廠的數(shù)據(jù)流程設(shè)計(jì)
根據(jù)濰柴上海研發(fā)中心主任工程師胡崗在2013第九屆中國(guó)制造業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新數(shù)字化國(guó)際峰會(huì)的發(fā)言整理而成,已經(jīng)本人確認(rèn)!
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本文標(biāo)題:整車企業(yè)級(jí)產(chǎn)品定義系統(tǒng)(PDS)的構(gòu)建
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