清華大學莫欣農(nóng)教授

熱水器的故事

    據(jù)世界經(jīng)理人2013年8月刊“讓制造業(yè)精益化”一文報道：就在一年半前，通用電氣原本在便宜中國工廠生產(chǎn)的熱水器搬回昂貴的美國工廠生產(chǎn)。戲劇性的結果發(fā)生了：美國生產(chǎn)的熱水器和中國之前生產(chǎn)的熱水器相比，材料成本降低了，人工成本降低了，質(zhì)量卻提高了，甚至能耗效率也提高了。更要命的是，這款產(chǎn)品的零售價比之前在中國生產(chǎn)的產(chǎn)品低了將近20%。

    為什么美國生產(chǎn)的熱水器能耗效率和質(zhì)量會提高？為什么成本高的美國工廠生產(chǎn)熱水器的材料成本、人工成本和價格反而低？這樣的二高三低說明了什么？未來中國制造業(yè)的核心競爭力表現(xiàn)在哪里？帶著這些問題，我和大家分享一下由CIMdata與e-works聯(lián)合主辦的“2013 CIMdata PLM國際認證中國首屆高級研修班”的培訓給我的啟示。

CIMdata認證

    本次在華首次舉辦的這次PLM資質(zhì)認證培訓共安排了三天十二講的內(nèi)容。第一天主要是講解如何制定PLM系統(tǒng)策略、方案評估與選型；第二天課程有實施計劃監(jiān)控和持續(xù)改進、PLM流程定制及測試、企業(yè)內(nèi)部PLM集成、PLM中配置管理的角色；第三天PLM高級課程包括PLM數(shù)據(jù)建模、產(chǎn)品族管理、需求管理等，最后還有培訓的總結。今天我主要結合第三天的高級課程來解釋熱水器引發(fā)的思考。

    PLM數(shù)據(jù)建模

    數(shù)據(jù)建模是用來表達和訪問產(chǎn)品數(shù)據(jù)的抽象模型，目的是讓不同部門能夠相互理解受控和非受控的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，即設計部門、工藝部門、采購部門、服務部門都能理解和利用相關的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。Item可以翻譯成“條目”，也可以翻譯成“項”，本質(zhì)上是面向?qū)ο蠹夹g中的一類對象。項代表的實體、屬性、關系等三要素構成了PLM數(shù)據(jù)模型。

    培訓中講到了數(shù)據(jù)建模的方法、數(shù)據(jù)建模的步驟、數(shù)據(jù)模型的開發(fā)與擴展、數(shù)據(jù)建模流程等內(nèi)容。我認為最重要的是建立包括設計數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、采購數(shù)據(jù)、使用數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)等各種類型數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)，才是完整的PLM數(shù)據(jù)模型。

    產(chǎn)品全生命周期分為前期(BOL)、中期(MOL)和末期(MOL)。在產(chǎn)品生命的前期經(jīng)歷了4 個階段。第一個概念設計階段定義產(chǎn)品的功能，將用戶的需求分解為多層功能，并按功能節(jié)點間的關聯(lián)關系形成產(chǎn)品功能BOM。第二個詳細設計階段按每項功能設計產(chǎn)品結構形成工程BOM，每個節(jié)點可能關聯(lián)設計模型、工程圖紙、分析仿真、使用手冊、維修說明等數(shù)據(jù)。第三個制造準備階段將可能采用的制造工藝、加工設備和相關的工具、資源等數(shù)據(jù)關聯(lián)起來，形成制造BOM。第四階段將實際制造有關的數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)品序列、批次、供應商、質(zhì)量等數(shù)據(jù)關聯(lián)起來，形成不同系列的成品BOM。第一批產(chǎn)品是A供應商的數(shù)據(jù)，可能第二批就變成了B供應商的數(shù)據(jù)。因此成品BOM中每個對象關聯(lián)的是供應商、檢驗/試驗、質(zhì)量等數(shù)據(jù)。在產(chǎn)品生命前期的各種各樣的數(shù)據(jù)需要有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型進行管理，而且互相之間要保持一定的關聯(lián)關系。

圖1 主動服務管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理模型

    依次類推，產(chǎn)品生命中期也有很多數(shù)據(jù)，包括使用過程中的監(jiān)控條例和保養(yǎng)規(guī)范等維修需求、備件計劃、維修工藝、故障記錄、匯總信息等數(shù)據(jù)。中期的這些數(shù)據(jù)之間要相互關聯(lián)，同時還要和前期的數(shù)據(jù)建立關聯(lián)關系。通常前期設計數(shù)據(jù)中只有與使用維修相關的部分數(shù)據(jù)才會與中期相關，如使用手冊、維修說明等。中期也有部分數(shù)據(jù)是前期非常希望了解的，如產(chǎn)品實際使用性能、故障率、維修經(jīng)驗等。為了將有限的設計數(shù)據(jù)和大量的、長期的使用數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)關系落實下來，數(shù)據(jù)模型采用中性BOM作為橋梁，一方面把設計制造的知識關聯(lián)到中性BOM上，通過中性BOM與大量的實例BOM之間的關系把設計制造知識傳遞到實例BOM。另一方面通過中性BOM的關聯(lián)關系匯總實例BOM上的使用維修數(shù)據(jù)反饋到前期各種BOM上。同時，在產(chǎn)品生命末期利用中期積累的詳細記錄產(chǎn)品關鍵部件維修記錄和故障描述的履歷表來指導拆解和回收。這樣的PLM數(shù)據(jù)模型保證不同階段的數(shù)據(jù)由不同的BOM結構進行管理。通過不同BOM之間的關聯(lián)關系實現(xiàn)不同階段的人員都能順著BOM之間的關系找到產(chǎn)品生命周期不同階段的數(shù)據(jù)。

    在產(chǎn)品全生命周期整個過程中還存在變更管理模型，包括功能、設計、零件、成品、維修等階段的產(chǎn)品數(shù)據(jù)都會存在發(fā)布前的多次調(diào)整，發(fā)布后的多次改變，這種調(diào)整和改變都需要有相應的變更規(guī)則(如圖2)。

圖2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型示意圖

    圖2就是二十多年前國際先進的PDM/PLM產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型變更管理示意圖，它能夠描述任何復雜的產(chǎn)品數(shù)據(jù)及其變更歷史。有了這個完整數(shù)據(jù)模型，企業(yè)就可以建立產(chǎn)品族譜，即把系列的產(chǎn)品用統(tǒng)一的BOM進行有效管理。這次培訓指出建立PLM數(shù)據(jù)模型是管理的基本目標。但目前來說，國際上真正能做到的企業(yè)并不是很普遍，除了少數(shù)的先進企業(yè)。

    產(chǎn)品族管理

    產(chǎn)品族管理是PLM的精髓部分。但目前很多PLM系統(tǒng)還未觸及到產(chǎn)品族管理。產(chǎn)品族管理包括產(chǎn)品族、項目族、大項目/項目，有效資源分配等，支持企業(yè)達到產(chǎn)品創(chuàng)新的目標。針對這一部分，培訓課程講解了產(chǎn)品族管理的基本功能，從哪里著手，什么時機適合開展等內(nèi)容。

    我簡單畫了一個統(tǒng)一BOM（GBOM）（也稱超級BOM）圖，包括產(chǎn)品族和全部零部件，根據(jù)不同情況組合成三種產(chǎn)品。通過梳理可以發(fā)現(xiàn)，這三個產(chǎn)品有一部分結構是通用的，這樣就形成了一個通用的產(chǎn)品族平臺BOM，剩下部分就可通過不同約束條件來進行配置。圖中產(chǎn)品族有日期和價格等二個配置變量，有C11、C12、C21等三個部件是配置件，有P31、P32、P33、PE1、P21、R1等六個選配零件。通過日期和價格組合的三條配置規(guī)則，配制出產(chǎn)品一、產(chǎn)品二、產(chǎn)品三分別由部分不同零部件組成的產(chǎn)品BOM。如圖是一種豎形的產(chǎn)品配置管理規(guī)則。

圖3 產(chǎn)品配置規(guī)則實例

    產(chǎn)品配置的規(guī)則需要根據(jù)企業(yè)的實際情況，原理都是按照某種特殊條件，選擇某些有效的規(guī)則進行不同的產(chǎn)品組合。產(chǎn)品配置管理是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的靈魂，是產(chǎn)品管理的最高境界。

    需求管理

    目前很多企業(yè)已經(jīng)把注意力往產(chǎn)品生命周期的前期延伸。產(chǎn)品能不能占領市場，很大程度上決定于企業(yè)的產(chǎn)品能否滿足客戶多樣化的需求。但是如何管理用戶的需求，即如何獲取需求、分析需求、描述需求、確認與驗證需求，以及管理需求的變更等都是需求管理的核心。

    在培訓班上，CIMdata總結了需求管理的6大要點：產(chǎn)品生命周期應由需求驅(qū)動，可追溯性形成閉環(huán)；需求的定義和改進需要反復迭代的過程；需求記錄下不同成熟度的數(shù)據(jù)構成多級結構；需求管理與OA及其他工具集成起來共享數(shù)據(jù)；PLM支持需求管理，供應商已經(jīng)擴展這些功能；需求管理實施需要考慮人、流程和工具。

    需求管理的基本目標是要達到知其然，知其所以然的境界。即需要準確地了解各種需求，例如法律法規(guī)要求、市場用戶要求、技術協(xié)調(diào)要求、制造條件要求、測試驗證要求、環(huán)境保護要求、維修服務要求、其它特殊要求等等。還應根據(jù)需求提出合理的解決方案，包括對性能指標、開發(fā)成本、時間進度、風險對策、市場競爭等方面進行評價。并能全程跟蹤各項指標的變更和落實情況，包括設計制造過程、使用維修過程的跟蹤和指導。

    下面通過一個簡單的水泵房設計案例來講解需求管理的基本原理。需求管理核心技術就是將設計任務書進行分解與匯總。

圖4 水泵房任務書的分解與匯總

    水泵房包含多個功能部門，需要撰寫總體設計任務書、電氣設計任務書、管路設計任務書等。原來編寫設計任務書時不僅各項功能之間關聯(lián)關系不易把握，而且存在一處變更后需要多處修改。需求管理系統(tǒng)先將總體設計任務進行分解，再通過一定的關聯(lián)將分散的需求組合起來形成特定的設計任務書。當需求發(fā)生變化后，直接通過關聯(lián)關系同步到所涉及到的需求對象。例如自控系統(tǒng)需要一個指示燈，電氣系統(tǒng)就要配備相應的線路，管路系統(tǒng)也要提供對應的電線管道，結構系統(tǒng)則要在墻上指定位置設置安裝孔。一旦指示燈發(fā)生變化，相應的線、管、孔也要隨之變化。綜合起來需求管理關鍵是建立需求對象之間的關聯(lián)關系。

    PLM熱門技術

    CIMdata PLM培訓時總結當前PLM領域比較熱門的兩個技術。

    (1)通過加強需求管理和多方案綜合評價，為企業(yè)規(guī)劃出具有長期競爭能力的產(chǎn)品族，按照市場競爭的態(tài)勢，在合適的時候推出效益最大化的系列產(chǎn)品，占據(jù)市場高峰。

    (2)產(chǎn)品族管理將市場分析、企業(yè)戰(zhàn)略和財務管理等整合到產(chǎn)品生命周期管理流程，對于很多PLM供應商來說還是一個未廣泛觸及的領域。

    啟示

    通過以上的分析，我們再來看在演講開始時所提到的問題，CIMdata PLM資質(zhì)認證培訓給我的啟示是：

    (1)為什么美國生產(chǎn)的熱水器能耗效率會提高？答：總體設計水平高

    (2)為什么成本高的美國工廠生產(chǎn)熱水器的價格反而低？答：產(chǎn)品族管理水平高

    (3)未來中國制造業(yè)的核心競爭力表現(xiàn)在哪里？答：走制造服務的新路

開拓制造服務

    制造服務是我近年來一直研究的方向。我經(jīng)常舉的一個例子就是風力發(fā)電廠通過物聯(lián)網(wǎng)大幅度降低運行信息共享的成本�，F(xiàn)在很多風力發(fā)電機的設計制造廠商已經(jīng)開始研究這個軟件，如何根據(jù)設備運行狀態(tài)進行故障預測和提供最及時的維修保障服務。

圖5 物聯(lián)網(wǎng)促使產(chǎn)品運行成本低信息共享

    另一個例子是三一重工全球客戶門戶。三一有8萬多臺工程機械分布在全國各地。每臺工程機械每隔10秒鐘到2個小時將實時運行情況發(fā)送給三一總部的服務中心。服務中心可通過編號和GPS定位知道每臺工程機械的位置和運行狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，輸入查找半徑就可以找到離出現(xiàn)異常情況的工程機械最近的服務車，通過電話、短信、郵件等方式通知服務車迅速趕往現(xiàn)場，及時提供維修服務，真正做到主動維修。

圖6 三一集團全球客戶門戶

    面向服務的維修制造活動是新型制造運行模式，具有以下特點：

    ●產(chǎn)品智能化：

    計算機能夠根據(jù)產(chǎn)品運行實際情況，用最佳的方式控制產(chǎn)品的運行，滿足人類的最大需求。

    ●監(jiān)控實時化：

    廉價的信息傳遞技術使得產(chǎn)品運行狀態(tài)監(jiān)控失去了距離和空間的約束。掌握產(chǎn)品核心技術的開發(fā)商利用遠程狀態(tài)監(jiān)控技術，實時掌握產(chǎn)品的運行狀態(tài)，不斷改進產(chǎn)品的質(zhì)量，同時也發(fā)現(xiàn)未來創(chuàng)新的發(fā)展方向。

    ●服務主動化：

    制造商利用自身的優(yōu)勢，通過狀態(tài)監(jiān)控，為產(chǎn)品提供及時的維修、服務和升級，不僅創(chuàng)造新的利潤增長點，同時也是綠色制造的必然趨勢。

圖7 面向服務的維修制造活動

    根據(jù)清華大學莫欣農(nóng)教授在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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