上海濰柴動力主任工程師 胡崗

1 濰柴上海研發(fā)中心PDS系統(tǒng)項目背景

    1.1 PDS定位及應對的挑戰(zhàn)

    隨著產(chǎn)品型號與變型的增多，傳統(tǒng)的型號BOM編制方式，使得獨立BOM數(shù)量增多，BOM維護工作量巨大。同時，企業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營的擴展（全球化），要求實現(xiàn)同一產(chǎn)品對多工廠發(fā)布及對多銷售區(qū)域的管理。 傳統(tǒng)的PDM/項目管理系統(tǒng)主要針對整車及零部件的開發(fā)設計數(shù)據(jù)的管理，其核心對象是零件、圖紙、三維數(shù)模、開發(fā)文件以及可配置系統(tǒng)/模塊數(shù)模及對整車DMU的支持，以及對這些對象的成熟度和開發(fā)過程管理。而企業(yè)運營針對的是如何按客戶下達的訂單（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，這些運營是在后續(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)運營相接，在訂單拉動下，以產(chǎn)品定義為中心，把企業(yè)的整個業(yè)務串起來，即實現(xiàn)開發(fā)到運營的連接，是PDS系統(tǒng)的定位。

    為了構建開發(fā)到運營的連接，在PDS系統(tǒng)中將涉及如下四個方面：首先構建企業(yè)統(tǒng)一的產(chǎn)品描述語言，從產(chǎn)品規(guī)劃開始，直到銷售，整個企業(yè)對產(chǎn)品的描述都是基于統(tǒng)一的標準化語言，精確地定義產(chǎn)品。其次，產(chǎn)品構架及配置如何管理，PDS系統(tǒng)將構建產(chǎn)品線、平臺、車輛族和構架車型的產(chǎn)品管理架構和可配置的客戶車型策略。第三，如何構建EBOM和制造BOM的運作體系，實現(xiàn)兩者之間的獨立而又能無縫耦合，即解耦和耦合的運作體系。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定位及應對的挑戰(zhàn)

    1.2 企業(yè)業(yè)務模式的轉化需要PDS系統(tǒng)的支持

    隨著產(chǎn)品日益復雜、品種與變型增多，以BOM來直接表達產(chǎn)品,市場及非技術部門是無法基于BOM解讀公司產(chǎn)品或下達訂單，使得開發(fā)人員總是在應付訂單BOM，企業(yè)也難以構架起貫通開發(fā)到市場、生產(chǎn)的統(tǒng)一產(chǎn)品描述語言。

    當今主流汽車企業(yè)，在產(chǎn)品從開發(fā)到銷售的整個生命周期中，都建立了的產(chǎn)品特征庫，通過對產(chǎn)品的特征描述來定義產(chǎn)品，建立從產(chǎn)品開發(fā)，到市場訂單下達和生產(chǎn)交付全流程的產(chǎn)品定義與描述的無縫鏈接。

圖2 企業(yè)業(yè)務模式的轉化需要PDS系統(tǒng)的支持

    1.3 PDS系統(tǒng)的上下文——從規(guī)劃到市場三部曲的耦合

    也就是說，PDS的上下文是什么？PDS系統(tǒng)的實施首先需要有平臺和產(chǎn)品規(guī)劃，在平臺中定義出產(chǎn)品的組成要素，包括技術內(nèi)涵、型譜等，作為一個基礎平臺，在此平臺上通過車輛特征配置表來定義具體面向市場的車型描述，形成一個車輛族的產(chǎn)品描述，進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)中既包含設計人員構建的車輛族可配置EBOM，同時，制造部門依據(jù)EBOM去定義總裝物料BOM，也就是說，PDS是設計跟工廠產(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、開放結構BOM構造及特征加載、閉合結構EBOM與MBOM貫通。

    在產(chǎn)品框架上，主要有產(chǎn)品線、平臺、車輛族概念，構造產(chǎn)品管理的架構。

    特征族/特征值，特征間的影響矩陣/關聯(lián)矩陣、構架車型、基本車型、選包裝是屬于車輛族特征描述與車型發(fā)布控制需要應對的范疇。企業(yè)的產(chǎn)品特征是廣義的，凡涉及產(chǎn)品適用性選項導致零件選擇上區(qū)分的都可以構成產(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、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，且歸在一個車輛族BOM中管理。

    接下來是BOM的構建，我們分為開放結構、閉合結構。所謂的開放結構指可選裝性組合的對象，如整車就是一個開放結構，相同型號的車在巴西裝或者是中國裝，或兩個廠裝，或不同時間裝，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。閉合結構即任何時候任何地域，只要標識一樣，就認為是同一對象，如零件或者是采購級的總成，只要知道零件號和版本，在公司范圍內(nèi)，所有全球倉庫中，就是相同設計狀態(tài)的同一零件。如何構建可配置的開放結構，我們在PDS系統(tǒng)中，影響矩陣和關聯(lián)矩陣將閉合結構和產(chǎn)品特征關聯(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構的組成（單車物料BOM）。一般在企業(yè)的系統(tǒng)構架中，閉合結構在PDM系統(tǒng)中管理，PDS系統(tǒng)從PDM導入閉合結構，構建產(chǎn)品的開放結構的EBOM。

    最后是BOM行的概念（帶功能&位置代碼精確描述的），通過BOM行來構筑閉合結構的EBOM和MBOM，同時實現(xiàn)EBOM和MBOM的解耦和耦合。

3 PDS系統(tǒng)中業(yè)務方式的設計

    3.1 產(chǎn)品描述

    產(chǎn)品描述包括產(chǎn)品層級建立及基于產(chǎn)品線的特征庫建立，車輛族特征定義建立，車型生成（關聯(lián)選擇包）發(fā)布，導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，將公司的業(yè)務按產(chǎn)品線來劃分，每個產(chǎn)品線都有自身的特征描述庫，保證每個產(chǎn)品線的特征庫都是獨立的。

圖4 基于產(chǎn)品線的特征庫的建立

    再引入車輛族的概念，用車輛族來統(tǒng)領一類車，比如同平臺的輕客，不管有多長、多高、客車還是貨車，可以用一個車輛族節(jié)點來管理，即一張配置表和一個BOM來表述。建立了車輛族后，就從特征庫里把特征加載到車輛族下，這個特征分為構架車型的特征和主特征。選擇構架車型特征的不同組合，定義出構架車型。有了構架車型，再將每個特征與構架車型的引用關系定義出來，它可能是標配，可能是選裝，也有可能為不可選。其次，通過影響矩陣（特征族之間的關聯(lián)關系，如發(fā)動機和變速箱的關聯(lián)）和關聯(lián)矩陣（特征值間的關系定義，如什么發(fā)動機必須配什么變速箱，即什么特征必須同時出現(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系。

    然后，定義每個構架車型所能提供的選裝包（一個或一組特征值），通過構架車型，選定可以選主特征，定義出車型，關聯(lián)上這個車型的可選選裝包，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，生成這樣一個動態(tài)的特征顯示庫，通過特征選擇，動態(tài)篩選出車型及選裝包，供客戶選擇，最后生成一個訂單號，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，解析開放結構的EBOM，耦合MBOM，拉動物料生產(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銷售，實現(xiàn)企業(yè)統(tǒng)一的產(chǎn)品定義。

圖5 導向式客戶車輛配置流程

    3.2 設計到制造的解耦與耦合

    零件是關鍵核心對象，零件是通過BOM行來構成整車BOM。要把零件開發(fā)/倉儲和EBOM構造/裝配兩個概念區(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、數(shù)量。制造BOM處理的是BOM行，不是一個獨立零件及其結構（BOM層級）。 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，且設計與制造對抽屜的理解必須是一致）上放什么零件（號）、放幾個來構成的。

    制造BOM關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)范進行加工或順序裝配（裝配后可能成為新物料號，入庫，再被其他BOM行拉動），因此，制造BOM處理的也是BOM行，而非設計BOM的結構（閉合結構是不可打撒的）。將設計BOM離散成工位制造BOM行庫，我們叫設計到制造的解耦（這樣，對于設計BOM也帶來了靈活，如用虛擬包打包零件，方便設計EBOM構造）。

    由于與設計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行上就無需耦合，但特征加載很難通過影響矩陣/關聯(lián)矩陣進行圖形化操作）。因此訂單是不能直接解析制造BOM行的，解析的是發(fā)布到工廠的設計開放結構EBOM，并從制造BOM行庫匹配的出制造定義，才能將訂單設計單車EBOM變成工位物料BOM，我們叫設計與制造的耦合。

    通過設計BOM到制造BOM的解耦與耦合，這樣讓設計按設計管理的要求和視圖來構建EBOM（當然設計BOM要符合采購級物料定義和自制件工藝過程結構），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，而不必關心物料與配置的對應關系（這個已經(jīng)由設計定義了）。如有些企業(yè)針對分裝件還在爭論是設計按工藝重構，還是制造打散設計BOM來重構，實際上，有了耦合和解耦BOM運作體系，都不需要重構，制造只要將分裝物料定義好，計算機系統(tǒng)就可以自動按解析出來的單車BOM，自動生成（訂單拉動的）分裝件物料號和其BOM。

    解耦與耦合需要企業(yè)級的零件應用字典支持，將原來自由意義的BOM行號，予以明確統(tǒng)一的物理含義描述的編碼，即企業(yè)對車輛結構和功能分解的統(tǒng)一標準化字典。

    3.3 設計到工廠的數(shù)據(jù)流程設計

    在PDS系統(tǒng)中將設置工廠，設計工程師維護的數(shù)據(jù)，通過發(fā)布流程，發(fā)布給工廠，因此在PDS系統(tǒng)中，一份是設計域數(shù)據(jù)，一份是發(fā)布到工廠域的數(shù)據(jù)。如下圖，通過三個層次的數(shù)據(jù)流程，來確保設計數(shù)據(jù)對工廠的發(fā)布控制及設計數(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（通過對發(fā)布到工廠的開發(fā)結構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（主特征相同車輛對象的次特征的調整發(fā)布）。

    2.中間層數(shù)據(jù)（紐帶）的發(fā)布與同步：開放結構成熟后，啟動發(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構BOM，同步到工廠。

    3.底層數(shù)據(jù)的工廠生效控制：將PDM中的閉合結構（采購級零件或自制件BOM）數(shù)據(jù)，通過從PDM系統(tǒng)中完成狀態(tài)升級單或更改單所驅動的數(shù)據(jù)，發(fā)布給PDS系統(tǒng)，在PDS系統(tǒng)中，將狀態(tài)升級單或更改單解析成零件單位的工作條目，交給工廠進行斷點維護，以便根據(jù)物料的實際使用情況，處理每個零件的更改的生產(chǎn)生效性問題，即設計數(shù)據(jù)對生產(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)性生效為兩個關聯(lián)又需要獨立處理的事項）

圖6 設計到工廠的數(shù)據(jù)流程設計

    根據(jù)濰柴上海研發(fā)中心主任工程師胡崗在2013第九屆中國制造業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新數(shù)字化國際峰會的發(fā)言整理而成，已經(jīng)本人確認！

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本文標題：整車企業(yè)級產(chǎn)品定義系統(tǒng)（PDS）的構建

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