1 引言
在競爭異常激烈的當今社會，企業的綜合競爭力決定了企業的生存能力，而企業的競爭力可以歸結為5項因素，即產品功能、產品質量、產品成本、產品交貨期以及服務質量。如果把這5項因素比作組成木桶的5塊木板，木桶所能容納水的體積即企業的競爭力，由此可見，企業的競爭力取決于最短的那塊木板。為了均衡各因素，并有效地管理產品數據及其相關過程，國內外許多企業都相繼引進了產品數據管理(product data management，PDM)先進技術。目前市場上所提供的PDM系統并不是專門為注射模企業定制的，在具體的實施中大多要進行二次開發，對用戶的要求也較高，系統的整體功能相對龐大，價格昂貴，這是大多數中小型注射模企業難以承受的。模具是典型的訂單式生產，每副模具都可以說是一個新產品，在模具的整個生命周期中，其結構往往要頻繁更改，而企業內部信息傳遞速度慢，信息共享程度低，如何及時、有效地進行高效溝通及數據共享，使數據和過程更加透明，是現代模具企業面臨的一大問題。在保證制品使用功能的前提下，如何提高制品的質量、縮短模具的開發周期、降低生產成本是模具行業迫切需要解決的問題。
現針對某一注射模企業（以下簡稱為H公司）產品數據管理的需要，在以工作流為核心的PDM系統基礎上，構筑一個產品結構與配置管理的平臺，把與產品有關的所有信息進行分類歸檔，方便組織模具設計，完善模具結構，在企業內部和企業間及時方便地共享設計、制造所產生的大量存檔數據和相關產品信息，有效地實現了注射模產品的文檔管理功能和產品結構與配置管理功能。
2 產品結構與配置管理在注射模PDM系統中的應用
產品數據管理系統應該具有的主要功能模塊有電子倉庫與文檔管理、產品結構與配置管理、工作流管理、工程變更管理以及項目管理等，其中產品結構與配置管理模塊和工作流管理模塊是PDM系統最為核心的兩大模塊。而在以工作流為核心的模具PDM系統中，產品結構與配置管理模塊也是與其他CAX應用系統集成的紐帶。產品結構與配置管理是產品數據組織和管理的一種形式，它以電子倉庫為底層支持，以物料清單(BOM)為組織核心，并在特定的目標或規則約束下，向用戶或應用系統配置出產品結構的各個不同視圖，例如設計視圖、計劃視圖、制造視圖、采購視圖等，從而實現對產品結構與配置信息和物料清單的管理。
注射模因為其本身所特有的復雜性以及模具行業典型的訂單式生產特點，決定了模具的設計及生產過程不同于一般的產品，其過程是比較繁復的，所以可把每一個訂單看作一個相對獨立的項目。而保證項目進度的透明性有助于縮短模具設計制造的生命周期，提高企業競爭力，這就要求注射模企業必須實施專為模具開發的產品數據管理系統。H公司的模具項目生命周期如圖1所示。
圖1 模具項目生命周期
3 注射模PDM系統的產品結構管理模塊研究
模具在設計開發時都面臨一個核心問題，就是如何描述產品及其零部件的關系。由于注射模結構相對比較固定，而每一副新模具都必然會引用過去模具設計的部分成果，或把過去的模具零部件結構稍作改變并重新編組形成一副新模具。如何從宏觀上掌握一副模具的整體結構，是擺在模具設計人員面前的重要問題。本系統中的產品結構與配置管理模塊，包括產品結構管理和產品配置管理2個部分，其中產品結構管理的主要功能包括產品結構層次關系管理，即產品結構樹管理、產品零部件所對應的所有文檔管理和產品結構文檔的版本管理，產品配置管理的主要功能根本上就是對物料清單(BOM)的管理，實現產品結構的多視圖管理以及物料清單的自動輸出，確保各個部門所需物料清單的一致性。
3.1 產品結構層次關系管理
對于注射模企業，模具通常是由一系列的零件和部件裝配組合而成，而部件又是由一系列的零件及子部件裝配組合而成，如此遍歷下去就形成了一個類似樹狀的結構，稱為產品結構樹。在產品結構樹中，根節點代表注射模產品（或部件），枝節點代表部件，葉節點則代表零件。而且在模具設計、制造過程中，由于模具結構的設計及更改會產生各類數據、文檔，包括功能介紹文檔、設計文檔、CAD圖樣、產品規格說明文檔、訂單合同等，而這些文檔數據都是依附于每副具體的模具、零部件而存在的，并且要求從產品零部件的屬性中可以得到與圖樣相關的各種信息。
在以工作流為核心的產品數據管理系統中，通常都是用產品結構樹的形式來管理與產品有關的數據文檔，產品結構樹上的每個節點代表一副模具或其中的某個零部件，而每個零部件對象都有自己相對應的文檔及屬性，屬性則應包括如零部件標識碼、名稱、版本號、數量、材料、類型（自制件、外協件、外購件）等在內的所有信息，這樣可以使數據的管理看起來更加簡明，數據層次也更加清晰，極大地方便了模具工作人員。產品結構樹分為功能結構樹和實體結構樹。所謂功能結構樹，就是依據組成模具的功能模塊系統而分，例如成型零件系統（型腔、型芯、鑲塊等）、澆注系統（主流道、分流道、澆口和冷料穴等）、脫模系統（推桿、推管和推件板等）、排氣系統、溫度調節系統（冷卻、加熱）、側向分型抽芯機構以及導向定位系統（導柱導向機構和錐面導向機構）等等；而在實際應用中，大多采用實體結構樹，所謂實體結構樹，即對模具實體存在的組成零部件進行分類，這樣便于模具設計，也有利于查詢。注射模的實體結構樹見圖2。
圖2 注射模結構樹
3.2 文檔的組織關系
產品結構所涉及的數據涵蓋了注射模整個生命周期中的設計工程數據、產品實體模型、工程圖樣、技術規范、工藝文件等等有關零部件的數據。這些數據的數量很大，它們包括設計任務書、設計規范、二維圖樣、三維模型、各種工藝數據文件、合同文件、技術手冊等。就以制造部門為例，它涉及到工藝制定、毛坯加工、裝配調整以及試模修模等多個環節，且這些環節也多有反復。而這一過程所產生的數據就有工藝卡、加工生產計劃、試模申請單、修模報告及工藝調整等各種圖文檔。
系統中，產品結構與配置管理模塊的文檔組織采用文件夾的形式，即通過文件夾作為連接模具或零部件對象與文檔對象的途徑，即每個節點都有自己的文件夾，而此文件夾包含了所有與此節點相關的文檔數據，包括版本的更新數據，這樣就能實現通過對文件夾的不同分類管理達到對各種不同文檔的分類管理的效果，如圖3所示。
圖3 零部件、文件夾與文檔間的關系
一副模具或其零部件可以有多個不同的文件夾，因為零部件屬性的多樣性，一個文件夾則必定包含了多個不同的文檔數據。通過建立文件夾與零部件節點間的關聯指針，就可以實現對注射模產品中不同零部件的各個文檔進行管理。通過這種管理方式能夠更好地完成產品從設計、制造到交貨的整個生命周期中的文檔管理工作。
綜合前兩節對注射模結構層次和文檔組織關系的論述，本系統建立了模具管理界面，如圖4所示，頁面繼承了企業職工在實施PDM系統前的工作習慣，保留了資源管理器式的操作界面，降低了使用難度，并能從宏觀上把握企業所有模具項目的產品結構，并可對模具結構進行基本操作（每個模具項目都有項目負責人，并由項目負責人對參與人員進行角色和權限分配，只有擁有權限的職工才可以對產品結構進行訪問并進行相關操作）。
圖4 模具管理界面
3.3 版本管理
通常注射模的設計過程是個連續的更改過程，一副模具在其設計過程中會不斷地被修改、完善，直到模具的完成。而模具或其零部件每經過一次修改就會產生一個相應的新版本，也就是說一個文檔數據可能會有多個不同的版本。圖5表示了模具零部件中數據文檔在其生命周期內的變化流程圖。當設計部門根據文檔所屬項目（即模具產品）進行文檔檢入，系統會獲取該文檔所屬結構樹節點對象的編號，并把編號及父編號存入數據庫中，把檢入的文檔上傳到服務器中對應的文件夾中，簽入的文檔版本代表該文檔已創建；新檢入的文檔要經過審核，此時設計部門人員還是可以對該文檔進行檢出操作，且不發生版本升級；如果已經發布的版本經制造、工藝等部門審核還需要修改，則設計部門還是要對該文檔檢出，且系統會保證同一時間只能有一個用戶對該文檔進行檢出操作，防止版本升級的錯亂，其他部門也不能對此文檔進行引用，確保各部門在正確的時間引用正確的文檔；即使是已經歸檔的版本，若需要進行修改同樣會發生版本升級，再重新檢入這一循環操作過程。
圖5 版本狀態變化流程圖
上面已經提出，一個項目的所有文檔都是依附于這個項目的產品結構樹而存在的，若想不經過產品結構樹而快速查詢到文檔并進行相關操作，就需要一個文檔管理頁面，圖6是本系統文檔版本操作的一個頁面，可以按項目名稱、文檔名稱、文檔編號等方式進行查詢，在該頁面中，已創建工作版本，提交經審核后若要修改，則設計人員對該文檔進行檢出，檢出后其他人不能對此文檔進行引用、下載等操作，同時其他人也不能再次對此文檔進行檢出操作，確保一個文檔不能同時被2個人檢出修改，而且檢出文檔的狀態會變為“修改中”，方便大家查看，此過程稱為版本升級的加鎖過程。等到該設計人員檢入此文檔后，版本又變為已創建，但版本號會線性增加，新檢入的文檔還要經過審核等循環操作過程，直到文檔成為發布版本并歸檔。所謂凍結版本，即文檔一旦被凍結，任何人不能對該文檔進行任何操作，當然解凍后，該文檔還是工作版本。在本系統中，勾選任一文檔，可以查看其生命周期中的所有版本，并為有權限的人員提供下載功能。
圖6 文檔版本管理
本系統中的版本管理不是僅針對圖樣數據，而是面向產品的所有對象。從圖5可以看出，零部件的設計信息會有不同的版本，而由零部件的不同版本配置出的具體的注射模結構也會不同，于是就有了產品結構的配置管理。
3.4 產品結構配置管理
產品結構配置的定義：在事先建立的完整注射模結構的基礎上，依據客戶所提出的功能要求，在系統中選擇符合規則條件的零部件或重新設計，把這些零部件按照各自的功能以及某些約束規則（如裝配關系）進行重新編組，就形成了一個具體的注射模產品，這個過程稱為產品結構配置，其中的約束條件稱為產品結構配置條件。很顯然，產品配置管理是以產品結構為核心來配置新產品的結構，克服了以文檔為核心的管理上的弊端（不清楚具體文檔的所屬及其版本升級過程，使產品信息中的文檔看起來雜亂無章），從而有效地加速新產品結構的形成。
上面已經提出，在模具設計的整個生命周期中，其零部件必定會經過多次反復的修改，產生多個不同的版本。為了滿足不同客戶的功能需求，同一類產品則會有不同的結構以及不同的零部件結構，就算選用同一零部件，也可能會選用不同的文檔數據版本。所以產品結構配置的結果是龐大的，人為管理這項結果的任務也是非常艱巨的，這就迫切需要產品配置管理系統的產生。
相對于其他制造企業來說，模具產品的結構較固定，一副新模具的設計制造過程也相對固定，便于在以工作流為核心的PDM系統中實施產品結構配置管理。
3.5 產品結構多視圖管理
在注射模企業中，由于各個部門要求的工作任務不同，所需要的模具信息也不同，也就是說不同的部門需要不同的模具組織視圖。設計部門是產生模具主要信息的來源，需要考慮實現模具功能的結構以及各個零部件之間的約束關系和裝配關系，所產生的產品結構視圖也反映了模具零部件的層次關系。制造部門就要根據設計部門提供的零件圖來加工這些零件。為了提高生產設備的加工效率，往往是按照零件的加工方式來組織生產，如數控加工件、電加工件等。工藝規劃部門要為模具的加工生產做好準備，需要通過計劃產品結構視圖清楚地知道那些零部件是自己生產以及生產加工工藝，所以該部門所使用的產品結構視圖應當是按照零件的工藝類型來組織的，是工藝規劃的結果。采購部門要為制造部門的生產加工做好備料準備，需要從設計部門提供的產品結構信息中獲取需要采購的物料清單，以便及時補給庫存，避免物料的積壓或不足。圖7顯示了H公司產品結構多視圖的數據源。
圖7 產品結構多視圖數據源
系統在對H公司的實際需求進行詳細分析后，將計劃視圖和制造視圖合二為一，稱為計劃BOM，它的信息主要包括模具2D/3D加工圖、工藝卡以及模具的生產計劃。所以本系統針對這種情況對產品結構多視圖進行了開發，如圖8所示，企業不同部門可以根據不同的項目進行產品結構多視圖的生成。本系統還提供了BOM模板的自行配置功能，各部門可根據自身需要配置出所需BOM視圖包含的屬性，極大地提高系統的自動化程度。
圖8 產品結構多視圖配置
產品結構多視圖功能的實現為模具各個工作部門提供了詳細的模具數據信息，設計部門要確保提供模具最全面的零部件屬性及圖樣，這樣其他部門才能確切得到想要的信息，并根據自身職責完成信息的補充和完善。不同的產品結構視圖直觀地反映了模具在其生命周期內不同階段的定義信息。在進行產品結構配置時，PDM系統會自動記錄各個零部件的配置層次和它們之間的約束規則。
4 結束語
產品結構與配置管理是PDM系統的最基本功能，也是其核心功能，是企業快速響應客戶訂單、縮短模具設計生產周期的關鍵技術，它貫穿于模具設計制造的全過程。通過產品結構樹，將模具或其零部件對象與其對應相關的文檔數據對象建立指針關聯，既保證了模具產品信息的一致性，又提高了查詢的速度，極大地方便了設計工作的進行，將設計人員從繁復的設計工作中解脫出來。
在對一家注射模企業項目生命周期特點研究的基礎上，結合該企業設計生產的特點，提出了產品結構樹及產品多視圖定義及生成方法。與此同時，根據產品結構樹的定義，實現了注射模產品結構管理與文檔管理的設計，為后續PDM系統平臺中各個功能模塊的集成和應用打下良好的基礎。
核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://m.vmgcyvh.cn/
本文標題：注射模企業中產品結構與配置管理的研究
相關文章
