工程變更是航空制造企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)中貫穿產(chǎn)品整個(gè)生命周期的一項(xiàng)重要活動(dòng)。航空救生產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、組成零部件多、產(chǎn)品開發(fā)和制造流程復(fù)雜，當(dāng)客戶需求更改、供應(yīng)商發(fā)生變化、設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、產(chǎn)品開發(fā)流程和開發(fā)計(jì)劃調(diào)整、產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題、產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中發(fā)現(xiàn)問題和產(chǎn)品版本升級或新產(chǎn)品的引入等，都可能提出工程更改的需求。如何有效管理航空救生產(chǎn)品研制過程中的變更管理，追溯變更影響范圍，高效地實(shí)現(xiàn)變更管理，是航空制造企業(yè)實(shí)施PDM系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文對骯宇救生裝備有限責(zé)任公司（以下簡稱“航宇公司”）產(chǎn)品開發(fā)過程中的工程變更管理業(yè)務(wù)、工程更改管理的實(shí)施和應(yīng)用進(jìn)行了深入分析，并以Windchill（美國著名軟件公司PTC(Parametric Technology Corporation)公司的PDM產(chǎn)品）為基礎(chǔ)，全面闡述了工程變更的特性和一般性的數(shù)字化管理方法，最后結(jié)合航宇公司的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況，在該系統(tǒng)中建設(shè)了多用戶的工程變更決策流程支持環(huán)境，構(gòu)筑一個(gè)基于Windchill的PDM工程變更管理平臺(tái)，為航宇公司產(chǎn)品實(shí)施PDM更改管理和建立可行的變更管理機(jī)制提供了一個(gè)切實(shí)可行的解決方案。

1 工程變更的技術(shù)分析

    1.1 工程變更的含義

    變更是一個(gè)廣義的概念，所謂工程變更，指的是針對已經(jīng)正式投入生產(chǎn)的產(chǎn)品所構(gòu)成的零件進(jìn)行的變更。

    1.2 工程變更的原因

    提出工程變更請求的原因多種多樣，并常常具有一定的緊迫性，一般可以歸納為：(1)用戶需求發(fā)生更改。(2)替換難以獲得的外購件。(3)修正產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。(4)提高可生產(chǎn)性，降低生產(chǎn)成本。(5)改善產(chǎn)品性能。(6)開發(fā)新產(chǎn)品需要多次修改、試驗(yàn)比較�？梢�，工程變更是產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)過程中難以避免的重要工作。

    1.3 工程變更的控制

    1.3.1 工程變更控制應(yīng)遵守如下原則

    (1)嚴(yán)格更改的審批權(quán)限，通過網(wǎng)絡(luò)加速更改信息的傳遞。(2)收集訂購方、設(shè)計(jì)、管理、生產(chǎn)等各方面的意見與建議，考慮成本、進(jìn)度、技術(shù)等因素，合理確定工程更改方案。(3)全面評估工程更改的影響，在更改發(fā)出前完成協(xié)調(diào)，保證各相關(guān)CAD文件之間的一致性。(4)采用數(shù)字化預(yù)裝配等方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少工程更改的次數(shù)。(5)更改中應(yīng)明確對在制品的處理，在允許的情況下，減少報(bào)廢。

    1.3.2 工程變更控制流程

    工程變更過程的生命周期管理要求對工程變更進(jìn)行過程控制，容許進(jìn)行合乎要求的變更，而禁止進(jìn)行不必要的變更。工程變更控制流程主要包括四個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)：授權(quán)、審核、評估、確認(rèn)。變更啟動(dòng)者啟動(dòng)流程后，流程封閉，過程中信息流連貫，各個(gè)環(huán)節(jié)點(diǎn)都能得到變更反饋，各參與角色都能確定變更問題的來源，且流程設(shè)置監(jiān)控和評審環(huán)節(jié)，來決定是否真正需要變更，在變更過程中要跟蹤和驗(yàn)證，確保變更被正確執(zhí)行。變更控制的目的不是控制變更的發(fā)生，而是對變更進(jìn)行管理，確保變更有序進(jìn)行。

2 目前工程變更管理中的問題

    2.1 目前變更主要存在的問題

    航空救生產(chǎn)品開發(fā)和制造過程中的更改是一個(gè)不斷重復(fù)的過程，更改涉及范圍廣，涉及部門多，以往手工變更的方式很難有效控制數(shù)據(jù)的變更和變更追溯，信息不能及時(shí)發(fā)布，造成生產(chǎn)數(shù)據(jù)前后不一致，從而影響企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量。實(shí)施PDM系統(tǒng)前的主要現(xiàn)狀。

    (1)更改流程復(fù)雜，更改時(shí)間較長。航字救生產(chǎn)品（比如彈射座椅）具有研制周期長、零部件數(shù)量多、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜和批次生產(chǎn)數(shù)量少的特點(diǎn)，產(chǎn)品特點(diǎn)決定了產(chǎn)品更改流程的復(fù)雜程度，使得更改過程復(fù)雜、審核過程嚴(yán)格，更改所經(jīng)歷的部門多。在傳統(tǒng)的管理模式下，由于缺乏信息技術(shù)的支持，難以對變更過程和時(shí)間進(jìn)度進(jìn)行有效控制和管理。

    (2)缺乏更改影響分析手段，易造成產(chǎn)品信息的不一致。座椅產(chǎn)品研制過程牽涉的部門和人員多，變更活動(dòng)往往影響面很大，如在BOM的更改中，由于同一零件可能在同一產(chǎn)品BOM和不同產(chǎn)品BOM中使用多次，零件和設(shè)計(jì)文件、工藝文件和制造文件之間也存在多種關(guān)聯(lián)，如果缺乏分析和檢驗(yàn)手段，更改將可能造成不一致。

    (3)工程變更流程缺乏監(jiān)控和評審環(huán)節(jié)。缺少必要的評審環(huán)節(jié)來決定是否真正需要變更，甚至由于缺乏相應(yīng)機(jī)制，設(shè)計(jì)師變更不經(jīng)過評審環(huán)節(jié)直接進(jìn)行變更。因而有些變更是盲目的，缺乏計(jì)劃和審核措施，造成更改頻率高，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤的變更。

    (4)難以控制產(chǎn)品數(shù)據(jù)更改版本。由于座椅產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件數(shù)量多，某一專業(yè)室更改都會(huì)影響其他專業(yè)室設(shè)計(jì)的更改，產(chǎn)品對應(yīng)數(shù)據(jù)更改升版或變號都會(huì)造成零件的大范圍的變化，使得更改難以管理。手工更改控制模式難以提高效率和對版本機(jī)制的控制，所以需要借助PDM更改管理對更改機(jī)制和過程進(jìn)行有效管理。

3 Windchill系統(tǒng)中ECM的基本過程及對象模型

    3.1 Windchill系統(tǒng)中ECM（工程變更管理）的基本過程

    Windchill系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際的工程變更需求，將EC（工程變更）的過程分為請求、評估、實(shí)施三個(gè)基本環(huán)節(jié)（如圖1），有簡單和復(fù)雜兩個(gè)變更流程組成。左邊是一個(gè)復(fù)雜而完整的EC流程：首先獲得詳細(xì)的產(chǎn)品缺陷問題描述，這些問題可以來自企業(yè)內(nèi)部（比如產(chǎn)品制造），或者企業(yè)外部，比如產(chǎn)品銷售或用戶反饋，然后根據(jù)問題的大小和緊迫程度，決定是否提交正式的EC請求；重要的EC請求在實(shí)施之前需要進(jìn)行評估。評估包括問題調(diào)查、原因分析、解決方案分析和變更建議四個(gè)步驟。即將問題調(diào)查單和問題描述一起發(fā)給技術(shù)人員來定位問題起因，組織專家進(jìn)行討論，統(tǒng)一各方面的意見，并探討問題的解決方案。如果達(dá)成一致，且方案可行，則提出解決建議單，并向相關(guān)的部門和技術(shù)人員發(fā)出正式的變更實(shí)施單。變更實(shí)施單的提出，表明正式開始變更活動(dòng)，通過一系列的更改流程，最終完成產(chǎn)品信息的更改。具體工作內(nèi)容如下。

圖1 ECM（工程變更管理）的基本過程

    (1)變更管理數(shù)據(jù)管理。簡單變更管理模式要求記錄：變更請求、變更通知單、所有執(zhí)行的變更活動(dòng)；復(fù)雜變更管理模式要求記錄：變更問題、變更請求、變更論證、變更論證分析、變更建議、變更建議分析、變更通知單、所有執(zhí)行的變更活動(dòng)等數(shù)據(jù)對象。

    (2)確定每個(gè)變更數(shù)據(jù)需要經(jīng)歷的生命周期和審批執(zhí)行流程，對于不同性質(zhì)的變更，變更流程可能是不同的，需要根據(jù)變更性質(zhì)不同選擇不同的審批流程。

    (3)變更活動(dòng)的實(shí)施，執(zhí)行變更活動(dòng)過程中，對被變更的產(chǎn)品信息需要進(jìn)行版本和有效性的控制。

    3.2 ECM（工程變更管理）的對象模型

    PDM系統(tǒng)中的變更對象和模型一般包括以下幾點(diǎn)。

    (1)變更事項(xiàng)(Change Issue)是指用來描述一個(gè)問題。(2)變更請求(Change Request)是指發(fā)起一個(gè)正式的產(chǎn)品變更過程。(3)變更調(diào)查(Change Investigation)是用來識別變更請求中提出的問題的原因。(4)變更提議(Change Proposal)，它包含關(guān)于一個(gè)或多個(gè)建議的解決方案和分析活動(dòng)，來給出詳細(xì)的信息。(5)變更單(Change Order)是對現(xiàn)有的部件或文檔進(jìn)行變更，可以包括一個(gè)或更多的具有更詳細(xì)的進(jìn)行變更指令的變更活動(dòng)。(6)變更分析(Analysis Activity)是分析活動(dòng)，記錄分析的結(jié)果和詳細(xì)描述。(7)變更活動(dòng)(Change Activity)，包含要執(zhí)行的完成變更命令和解決在具體變更請求中確定的問題的指令。(8)變更通告(Engineering Change Notice)變更通告詳細(xì)說明執(zhí)行變更所需要完成的任務(wù)。

4 基于Windchill的變更管理實(shí)現(xiàn)

    4.1 工程變更流程優(yōu)化

    航宇公司產(chǎn)品（這里專指座椅產(chǎn)品）開發(fā)主要由總體室、系統(tǒng)室、火工動(dòng)力室、綜合保障室四個(gè)專業(yè)室組成，在其研制過程中，不同專業(yè)室有著不同種類的更改。如一般性圖紙的修訂更改、臨時(shí)業(yè)務(wù)更改、外來引進(jìn)技術(shù)更改等，這些不同類型的更改在不同的設(shè)計(jì)專業(yè)室中進(jìn)行管理。每個(gè)專業(yè)室都從自身設(shè)計(jì)利益出發(fā)進(jìn)行更改，這樣造成更改類型和更改流程增加。因此，航宇公司結(jié)合PDM管理思想，對各設(shè)計(jì)專業(yè)室不同種類的更改業(yè)務(wù)進(jìn)行了梳理和整合，制定了新的工程更改標(biāo)準(zhǔn)和更改流程。對手工變更方式進(jìn)行了優(yōu)化，對變更過程進(jìn)行了定義和規(guī)范，建立了電子設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的變更管理控制體系，增加問題反饋的渠道和記錄，建立問題與更改申請的關(guān)聯(lián)和記錄，控制更改實(shí)施過程，實(shí)現(xiàn)簽審記錄和實(shí)施記錄與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的相關(guān)性，并保持其簽審一致。優(yōu)化后的變更過程主要由變更申請、變更評估、變更實(shí)施和變更發(fā)布四個(gè)關(guān)鍵過程組成�？紤]變更難易程度的不同，把更改過程主要分為復(fù)雜變更過程和簡單變更過程。復(fù)雜變更過程是一個(gè)完整的工程變更，需要根據(jù)變更的需要提交變更申請，變更評估組分析問題起因，提出問題解決方案和建議。變更實(shí)施組負(fù)責(zé)發(fā)布正式變更單，修改相關(guān)技術(shù)文件并提交審核流程進(jìn)行審核。變更發(fā)布組負(fù)責(zé)變更信息的及時(shí)發(fā)布和通知，接收單位接收到變更消息后及時(shí)反饋給變更人。簡單變更過程適用于緊急變更或簡單問題的變更，該過程省略了變更評估的環(huán)節(jié)，因而大大提高了變更的速度。通過對現(xiàn)有變更流程業(yè)務(wù)分析和定制化開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)變更流程的簡化、調(diào)整、整合來優(yōu)化變更流程。利用PDM系統(tǒng)中基于變更事項(xiàng)、變更請求、變更單以及變更活動(dòng)、變更對象基礎(chǔ)之上的變更控制流程，把變更事項(xiàng)作為可以選擇的流程，使設(shè)計(jì)人員在PDM系統(tǒng)中只要提交變更請求和變更活動(dòng)的流程，而變更單就會(huì)在系統(tǒng)自動(dòng)生成，從而大大簡化了工程變更管理。

    4.2 工程變更的實(shí)施

    從面向?qū)ο蟮乃枷氤霭l(fā)，在Windchill系統(tǒng)中將整個(gè)變更管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)對象主要抽象為以下三個(gè)：PR(Problem Report)問題報(bào)告，ECR(Engineering Change Request)工程變更請求和ECN(Engineering Change Notice)，工程變更通告。所有的對象類都繼承PDM中的任務(wù)基類。這樣在變更流程運(yùn)行中。各個(gè)對象都會(huì)以任務(wù)的形式在各操作者之間傳遞相關(guān)的數(shù)據(jù)。其具體過程如下圖。

圖2 變更流程

    每一個(gè)變更流程都是由原因所驅(qū)動(dòng)的，提出的ECR則代表一個(gè)完整的變更流程。在ECR評審階段可以利用配套更改檢查工具對變更的影響做出全面的評估，再將不同的評估任務(wù)分配給不同的ECE流程去完成，不同的ECE流程問的關(guān)系是并行的，這樣可以縮短變更的整個(gè)周期，對變更進(jìn)行全面、完整的評估.ECR按ECN建議的變更解決方案按負(fù)責(zé)團(tuán)隊(duì)的不同分配不同的ECO（工程變更單）：不同的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以并行的執(zhí)行ECO流程，這時(shí)可以在團(tuán)隊(duì)范圍內(nèi)對變更的影響再次進(jìn)行確定，并將變更的任務(wù)分配給具體的工程師，多個(gè)并行的相關(guān)的ECA（工程變更活動(dòng)）流程在ECO的協(xié)調(diào)下進(jìn)行，以保證ECA流程間的同步性，在相關(guān)的ECA完成后。由ECO將變更信息發(fā)放到生產(chǎn)環(huán)境中，保證生產(chǎn)部門得到的是完整的變更數(shù)據(jù)。最后，在所有的ECO流程完成后，一個(gè)完整的由ECR發(fā)起的變更流程才最終結(jié)束。在PDM中工程變更的實(shí)現(xiàn)需要變更管理器、生命周期和工作流管理器相互結(jié)合起來共同完成上述工程變更過程。變更業(yè)務(wù)流程如圖2所示，圖中虛線框內(nèi)為可選項(xiàng)。

5 結(jié)論

    工程變更管理涉及企業(yè)技術(shù)和管理等較深層次的問題，PDM更改管理為企業(yè)技術(shù)管理信息化的實(shí)施和應(yīng)用提供技術(shù)手段和支撐平臺(tái)。企業(yè)需結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)、產(chǎn)品開發(fā)和制造業(yè)務(wù)流程制定合適的工程更改管理機(jī)制和更改流程，確保產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性、一致性、有效性和可跟蹤性。使得與產(chǎn)品研制有關(guān)的人員能夠在并行的工作方式下及時(shí)獲取最新的有效數(shù)據(jù)，減少工程更改次數(shù)，縮短更改周期，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少產(chǎn)品研制成本。

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本文標(biāo)題：基于Windchill的PDM工程變更管理研究

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