PLM 在核燃料元件制造業(yè)中的應(yīng)用研究

甘德英，余 輝

（中核建中核燃料元件有限公司，四川 宜賓 644000）

PLM（Product Lifecycle Management）包括計算機輔助設(shè)計、輔助制造、輔助工程分析及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理4個方面（即CAD/CAM/CAE/PDM）。其主要用于產(chǎn)品開發(fā)與制造企業(yè)在產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、功能驗證、制造、維護、改型創(chuàng)新等各個環(huán)節(jié)。在國內(nèi)，PLM 系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，如航空行業(yè)的飛機數(shù)字化樣機、航天行業(yè)的神舟系列、鐵道行業(yè)的3 次大提速、造船行業(yè)的船檢系統(tǒng)、機械行業(yè)的甩圖板工程等。PLM 的應(yīng)用加快了設(shè)計生產(chǎn)制造等過程，推動了企業(yè)經(jīng)濟效益的提高[1]。

近年來，PLM 已推廣至核電領(lǐng)域，國外西屋、阿海琺及國內(nèi)中核[2]等公司均采用該方案管理設(shè)備產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計。按照集團公司“加快推進核工業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型”和精細(xì)化管理要求及公司新時代發(fā)展戰(zhàn)略，公司根據(jù)多年的核燃料元件制造經(jīng)驗，探索基于PLM 系統(tǒng)的核燃料元件產(chǎn)品制造及工藝開發(fā)管理的應(yīng)用，實現(xiàn)由PLM 平臺驅(qū)動產(chǎn)品制造和工藝開發(fā)項目的管理過程，建立項目執(zhí)行管理標(biāo)準(zhǔn)體系，實現(xiàn)對項目進度、風(fēng)險和問題的實時監(jiān)控，規(guī)范化項目過程管理，實現(xiàn)技術(shù)狀態(tài)的動態(tài)管理，建立工藝設(shè)計數(shù)據(jù)和流程管理。

1 建設(shè)背景

公司核燃料元件產(chǎn)品種類繁多，對產(chǎn)品設(shè)計、工藝、制造等技術(shù)資料、科研項目的管理仍采用人工、紙質(zhì)方式，已無法滿足公司的管理和應(yīng)用需求，亟需在產(chǎn)品工藝、科研項目、數(shù)據(jù)管理應(yīng)用方面建立一套信息系統(tǒng)為公司產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)的管理提供系統(tǒng)平臺支撐。對公司相關(guān)業(yè)務(wù)部門進行調(diào)研，目前公司的產(chǎn)品生產(chǎn)研發(fā)制造業(yè)務(wù)過程主要面臨以下問題。

1.1 無項目管理系統(tǒng)支撐項目管理業(yè)務(wù)

公司已有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的項目管理執(zhí)行規(guī)范，但是缺乏系統(tǒng)支撐，無法嚴(yán)格落實和貫徹。雖有Project 等工具負(fù)責(zé)項目計劃編制，但在實際過程中，對項目進度情況無法做到實時監(jiān)控，對整個項目的管理缺乏有效的平臺或措施手段來監(jiān)控，管理者無法詳細(xì)了解、匯總項目實際執(zhí)行情況。

項目執(zhí)行過程中，項目管理人員對項目計劃的執(zhí)行、項目狀態(tài)的監(jiān)控及交付物管理都通過人工方式管控。項目執(zhí)行過程中的過程文件沒有統(tǒng)一的平臺維護管理，除應(yīng)用系統(tǒng)等重要的交付物外，項目執(zhí)行中的過程文件都分散在業(yè)務(wù)人員電腦中，沒有集中統(tǒng)一管理。項目結(jié)束后，隨時間推移相關(guān)過程文件遺失可能性逐漸增加。

1.2 圖文檔技術(shù)資料檢索困難

雖然目前絕大多數(shù)的圖文檔技術(shù)資料已經(jīng)在協(xié)同辦公系統(tǒng)中實現(xiàn)電子化歸檔管理，但是所有數(shù)據(jù)缺乏必要的組織、分類管理，造成圖文檔資料檢索困難，極大影響業(yè)務(wù)人員工作效率。

1.3 缺少以BOM 為核心的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理體系

目前在公司技術(shù)管理部門沒有建立起統(tǒng)一的產(chǎn)品BOM 結(jié)構(gòu)，技術(shù)中心維護了產(chǎn)品BOM 的上層結(jié)構(gòu)，而車間維護了產(chǎn)品BOM 的下層結(jié)構(gòu)，沒有形成統(tǒng)一的產(chǎn)品完整BOM 結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有的BOM 結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)揮組織技術(shù)文件數(shù)據(jù)及生產(chǎn)產(chǎn)品相關(guān)匯總信息的作用，對研發(fā)和生產(chǎn)過程的業(yè)務(wù)價值有限。

1.4 缺少結(jié)構(gòu)化管理和控制更改體系

缺乏規(guī)范化更改過程管理，缺少更改影響分析，對問題報告、更改單等文件未進行關(guān)聯(lián)，針對更改查找相關(guān)數(shù)據(jù)困難，缺少結(jié)構(gòu)化更改數(shù)據(jù)管理。

1.5 業(yè)務(wù)報表匯總統(tǒng)計不夠全面

由于目前系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)不完整，無法對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行自動統(tǒng)計分析，報表信息幾乎通過手工整理，導(dǎo)致管理人員工作量大，而且很難確保數(shù)據(jù)的完整性、正確性、實時性，無法給相關(guān)業(yè)務(wù)部門提供及時、準(zhǔn)確的信息。

2 建設(shè)思路及內(nèi)容

2.1 建設(shè)思路

統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實施：PLM 項目建設(shè)思路應(yīng)依據(jù)“整體規(guī)劃、分步實施、逐步深化”的策略開展。PLM平臺建設(shè)涉及公司未來相關(guān)信息化整體建設(shè)規(guī)劃布局，需要按照公司和集團整體信息化建設(shè)戰(zhàn)略進行項目整體規(guī)劃，按照公司PLM 應(yīng)用相關(guān)業(yè)務(wù)需求和公司信息化成熟度，進行PLM 系統(tǒng)平臺的分布實施，逐漸深化應(yīng)用推廣。

流程導(dǎo)向，增值業(yè)務(wù)：以公司產(chǎn)品研制業(yè)務(wù)流程為主線，瞄準(zhǔn)行業(yè)先進產(chǎn)品制造與管理模式發(fā)展方向和相關(guān)具體信息化建設(shè)內(nèi)容，加強公司信息化建設(shè)與生產(chǎn)制造業(yè)務(wù)的融合。支持PLM 環(huán)境下產(chǎn)品研發(fā)數(shù)據(jù)的有效承接管理，支持公司在制造模式轉(zhuǎn)變和創(chuàng)新環(huán)境下，顯著提升公司信息化建設(shè)對業(yè)務(wù)的價值貢獻。

集成應(yīng)用，協(xié)同創(chuàng)新：在公司統(tǒng)一規(guī)劃指引下，有效整合各種內(nèi)部業(yè)務(wù)模式，建立產(chǎn)品制造、管理和多專業(yè)協(xié)同的產(chǎn)品協(xié)作制造應(yīng)用體系，實現(xiàn)各種工具和信息平臺的集成化應(yīng)用，避免零散管理信息系統(tǒng)建設(shè)與公司業(yè)務(wù)功能的分立，實現(xiàn)一體化產(chǎn)品生產(chǎn)制造。

2.2 建設(shè)內(nèi)容

當(dāng)前處于生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，公司的產(chǎn)品研制依托具體的核電建設(shè)項目進行。公司在產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)管理上，按照項目的方式管理產(chǎn)品研制過程，并根據(jù)設(shè)計院的產(chǎn)品設(shè)計圖紙信息在公司內(nèi)部建立一套完整的產(chǎn)品生產(chǎn)制造應(yīng)用數(shù)據(jù)以推動公司后續(xù)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)開展。結(jié)合公司目前在產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)管理應(yīng)用方面的需求，需完成產(chǎn)品制造和工藝開發(fā)項目管理、基礎(chǔ)技術(shù)狀態(tài)管理、工藝設(shè)計數(shù)據(jù)管理、工程變更控制和信息系統(tǒng)集成領(lǐng)域中多個核心功能的實施，主要應(yīng)用領(lǐng)域及功能模塊如圖1 所示。

圖1 主要應(yīng)用領(lǐng)域及功能模塊

首先，將構(gòu)建以產(chǎn)品BOM 為中心的數(shù)據(jù)組織架構(gòu)（獲取并組織設(shè)計所研發(fā)數(shù)據(jù)），結(jié)合公司現(xiàn)有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理要求，形成公司的MBOM 結(jié)構(gòu)（管理組織生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)），并以此為基礎(chǔ)開展相關(guān)研制數(shù)據(jù)管理及業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行。

其次，以MBOM 為核心的工藝設(shè)計數(shù)據(jù)組織管理模型，具備良好的開放性和可擴展性，可以支持目前公司的所有設(shè)計相關(guān)圖文檔數(shù)據(jù)的管理，并且通過高度可擴展的類型、屬性及關(guān)聯(lián)關(guān)系定義，可以便捷地進行數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)擴展，滿足公司未來更多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理需求。系統(tǒng)主界面如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)主界面

2.2.1 產(chǎn)品（科研）項目管理

項目計劃管理。首先對項目進行WBS 分解，形成項目計劃樹，并通過指定任務(wù)的計劃時間、執(zhí)行周期、前置（或后置）約束等條件可進行自動排程，形成項目計劃的甘特圖，可直觀地查看項目執(zhí)行的時間計劃安排，以及任務(wù)、人員的安排調(diào)度情況。

項目執(zhí)行情況監(jiān)控。項目的執(zhí)行主要以項目任務(wù)的完成進度為依據(jù)，任務(wù)的完成度可根據(jù)任務(wù)的登錄時間或其交付物的完成情況等不同維度進行計算。項目的完成度則通過匯總運算所有的任務(wù)完成度獲得，項目負(fù)責(zé)人可通過項目完成度了解項目執(zhí)行的健康情況，并可詳細(xì)了解具體的任務(wù)執(zhí)行情況，以診斷項目的實際問題，并作為后續(xù)決斷（措施）的依據(jù)。

項目交付物管理?？蔀轫椖咳蝿?wù)定義具體的交付物，并作為該任務(wù)完成的依據(jù)。任務(wù)交付物可以為任意類型的數(shù)據(jù)對象，如技術(shù)文件、設(shè)計圖紙等，并可以數(shù)據(jù)對象的生命周期狀態(tài)為任務(wù)完成進度的依據(jù)，如當(dāng)數(shù)據(jù)對象達到已發(fā)布狀態(tài)時，才認(rèn)為任務(wù)完成。

項目人力資源管理。為項目的任務(wù)指定具體的負(fù)責(zé)人，結(jié)合項目時間計劃安排，查看人員負(fù)載情況，并及時做出合理調(diào)整，確保有效利用人力資源。

項目文件集中管理。將項目執(zhí)行過程中產(chǎn)生的文檔在統(tǒng)一的項目庫中進行集中統(tǒng)一管理，包括項目執(zhí)行中的過程任務(wù)及項目任務(wù)關(guān)聯(lián)的交付物文件。在項目庫中對項目文件進行集中的權(quán)限管理、版本管理、狀態(tài)管理、歸檔管理等，確保項目文件的準(zhǔn)確性、完整性。

產(chǎn)品（科研）項目管理業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)如圖3 所示。

圖3 產(chǎn)品（科研）項目管理業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)

2.2.2 技術(shù)狀態(tài)管理

技術(shù)狀態(tài)的版本管理。對進入系統(tǒng)的所有技術(shù)狀態(tài)建立版本記錄，并準(zhǔn)確記錄每個數(shù)據(jù)版本的內(nèi)容，用戶可追溯數(shù)據(jù)的所有歷史版本及每個版本的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)內(nèi)容。

技術(shù)狀態(tài)的生命周期狀態(tài)管理。為技術(shù)狀態(tài)賦予生命周期狀態(tài)，用以標(biāo)識技術(shù)狀態(tài)的業(yè)務(wù)成熟度，如“已接收”“已發(fā)放”等狀態(tài)。生命周期狀態(tài)同時與訪問權(quán)限關(guān)聯(lián)，在不同的生命周期狀態(tài)下數(shù)據(jù)擁有不同的生命周期權(quán)限，以滿足不同業(yè)務(wù)成熟度場景下的不同的權(quán)限控制要求。

技術(shù)狀態(tài)的訪問權(quán)限控制。系統(tǒng)以數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)存儲位置、數(shù)據(jù)的生命周期狀態(tài)、用戶角色及權(quán)限控制類型5 個維度對數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限進行控制，確保任何情況下數(shù)據(jù)的訪問安全，同時對數(shù)據(jù)及人員設(shè)置密級，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的密級流向控制，滿足軍工保密要求。

技術(shù)狀態(tài)的接收與發(fā)放管理。建立對上游技術(shù)狀態(tài)的接收管理機制，準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)的接收記錄，并通過流程控制數(shù)據(jù)接收的過程，確保接收數(shù)據(jù)的一致性、完整性。同時將接收的技術(shù)狀態(tài)向內(nèi)部相關(guān)部門發(fā)放傳閱，同時建立數(shù)據(jù)發(fā)放記錄，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收發(fā)放情況的全鏈路查詢能力。

技術(shù)狀態(tài)的高效檢索。系統(tǒng)中所有的技術(shù)狀態(tài)無論以怎樣的結(jié)構(gòu)存儲，也無論存儲在何處都可以通過數(shù)據(jù)對象類型、數(shù)據(jù)對象屬性、狀態(tài)、編號、名稱等條件在系統(tǒng)中進行快速檢索，以提高業(yè)務(wù)人員的工作效率。

技術(shù)狀態(tài)管理業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)如圖4 所示。

圖4 技術(shù)狀態(tài)管理業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)

2.2.3 工藝設(shè)計管理

建立以MBOM 為核心的工藝設(shè)計數(shù)據(jù)管理能力。以設(shè)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立統(tǒng)一產(chǎn)品MBOM 結(jié)構(gòu)，改變現(xiàn)有各個工藝部門獨立維護部件級BOM 結(jié)構(gòu)的情況，并在系統(tǒng)中建立MBOM 與相關(guān)工藝設(shè)計數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成以MBOM 為核心的產(chǎn)品MBOM 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

基于MBOM 的工藝路線管理。在MBOM 基礎(chǔ)上進行工藝路線的設(shè)置和維護，生產(chǎn)相關(guān)管理部門可基于MBOM 及相關(guān)的工藝路線信息進行工藝分工及工藝設(shè)計任務(wù)的分配。

工藝設(shè)計數(shù)據(jù)的發(fā)布評審管理。在PLM 系統(tǒng)中統(tǒng)一管理工藝設(shè)計數(shù)據(jù)并建立以MBOM 為基礎(chǔ)進行工藝設(shè)計數(shù)據(jù)的發(fā)布評審（改變現(xiàn)有在MES 系統(tǒng)中管理工藝設(shè)計數(shù)據(jù)的情況），并以相關(guān)的評審流程控制業(yè)務(wù)過程。

工裝設(shè)計數(shù)據(jù)管理。系統(tǒng)提供與MCAD（如UG）的集成能力，工裝設(shè)計師可通過集成工具檢入工裝設(shè)計模型，并生成相應(yīng)的工裝BOM，并以工裝MBOM為基礎(chǔ)進行工裝設(shè)計數(shù)據(jù)管理，以及工裝設(shè)計數(shù)據(jù)的發(fā)布評審。

工藝設(shè)計數(shù)據(jù)的變更管理。在系統(tǒng)中通過工藝變更單及相關(guān)的工藝變更控制流程實現(xiàn)對工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)工藝變更的制造發(fā)布落實及對變更的追溯。

基于MBOM 的報表統(tǒng)計?；贛BOM 可以生成各種匯總統(tǒng)計表，如原材料匯總表等。

工藝設(shè)計管理功能如圖5 所示。

圖5 工藝設(shè)計管理功能圖

2.2.4 工程變更管理

設(shè)計-工藝的一體化變更管理。在系統(tǒng)中接收上游設(shè)計單位的設(shè)計更改單（或偏離單等）及相關(guān)的新版設(shè)計數(shù)據(jù)，并在本系統(tǒng)中還原，同時將設(shè)計更改及相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)放到對應(yīng)的工藝設(shè)計部門，由工藝設(shè)計師建立對應(yīng)的工藝更改單，并進行工藝數(shù)據(jù)更改。在系統(tǒng)中建立設(shè)計-工藝一體化變更的控制流程，實現(xiàn)對工藝變更貫徹情況的追蹤，只有相關(guān)的所有工藝變更貫徹后，設(shè)計變更才能達到貫徹狀態(tài)，一次確保設(shè)計更改的貫徹。

變更數(shù)據(jù)的發(fā)放管理。系統(tǒng)中通過變更控制流程實現(xiàn)當(dāng)變更數(shù)據(jù)發(fā)布后，系統(tǒng)能自動將變更單及相關(guān)新版設(shè)計數(shù)據(jù)發(fā)送到下游責(zé)任單位。

變更執(zhí)行情況的統(tǒng)計分析。在系統(tǒng)中對更改問題、內(nèi)容、結(jié)果、執(zhí)行情況等進行關(guān)聯(lián)管理，實現(xiàn)可追溯性，同時可對所有變更的執(zhí)行情況進行統(tǒng)計分析。

工程變更管理業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)如圖6 所示。

圖6 工程變更管理業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)

3 結(jié)束語

基于PLM 的產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究，實現(xiàn)了對現(xiàn)有設(shè)計院“圖紙數(shù)據(jù)”的版本化管理，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對設(shè)計院“更改技術(shù)通知單”的歷史追溯和查詢。實現(xiàn)了基于產(chǎn)品完整MBOM 結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品設(shè)計、工藝、生產(chǎn)信息的結(jié)構(gòu)化管理。建立了項目執(zhí)行管理標(biāo)準(zhǔn)體系，實現(xiàn)對項目進度、風(fēng)險和問題的實時監(jiān)控，規(guī)范化項目過程管理。

未來將不斷深入和擴展PLM 系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，并帶動和完善ERP 系統(tǒng)、工藝設(shè)計管理平臺（CAPP）、協(xié)同辦公及資源管理平臺（OA）、制造工程系統(tǒng)（MES）等信息化系統(tǒng)的建設(shè)和深入應(yīng)用，實現(xiàn)各信息化系統(tǒng)的融合和內(nèi)部深入推廣，全面提升公司整體工作效率和管理水平，適應(yīng)公司的高速發(fā)展，為實現(xiàn)核燃料元件制造的“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”打下堅實的信息化基礎(chǔ)。