PLM 在核燃料元件制造業中的應用研究

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）包括計算機輔助設計、輔助制造、輔助工程分析及產品數據管理4個方面（即CAD/CAM/CAE/PDM）。其主要用于產品開發與制造企業在產品規劃、概念設計、詳細設計、功能驗證、制造、維護、改型創新等各個環節。在國內，PLM 系統得到了廣泛的應用，如航空行業的飛機數字化樣機、航天行業的神舟系列、鐵道行業的3 次大提速、造船行業的船檢系統、機械行業的甩圖板工程等。PLM 的應用加快了設計生產制造等過程，推動了企業經濟效益的提高[1]。

近年來，PLM 已推廣至核電領域，國外西屋、阿海琺及國內中核[2]等公司均采用該方案管理設備產品研發設計。按照集團公司“加快推進核工業數字化、智能化轉型”和精細化管理要求及公司新時代發展戰略，公司根據多年的核燃料元件制造經驗，探索基于PLM 系統的核燃料元件產品制造及工藝開發管理的應用，實現由PLM 平臺驅動產品制造和工藝開發項目的管理過程，建立項目執行管理標準體系，實現對項目進度、風險和問題的實時監控，規范化項目過程管理，實現技術狀態的動態管理，建立工藝設計數據和流程管理。

1 建設背景

公司核燃料元件產品種類繁多，對產品設計、工藝、制造等技術資料、科研項目的管理仍采用人工、紙質方式，已無法滿足公司的管理和應用需求，亟需在產品工藝、科研項目、數據管理應用方面建立一套信息系統為公司產品全生命周期數據的管理提供系統平臺支撐。對公司相關業務部門進行調研，目前公司的產品生產研發制造業務過程主要面臨以下問題。

1.1 無項目管理系統支撐項目管理業務

公司已有企業標準的項目管理執行規范，但是缺乏系統支撐，無法嚴格落實和貫徹。雖有Project 等工具負責項目計劃編制，但在實際過程中，對項目進度情況無法做到實時監控，對整個項目的管理缺乏有效的平臺或措施手段來監控，管理者無法詳細了解、匯總項目實際執行情況。

項目執行過程中，項目管理人員對項目計劃的執行、項目狀態的監控及交付物管理都通過人工方式管控。項目執行過程中的過程文件沒有統一的平臺維護管理，除應用系統等重要的交付物外，項目執行中的過程文件都分散在業務人員電腦中，沒有集中統一管理。項目結束后，隨時間推移相關過程文件遺失可能性逐漸增加。

1.2 圖文檔技術資料檢索困難

雖然目前絕大多數的圖文檔技術資料已經在協同辦公系統中實現電子化歸檔管理，但是所有數據缺乏必要的組織、分類管理，造成圖文檔資料檢索困難，極大影響業務人員工作效率。

1.3 缺少以BOM 為核心的產品數據管理體系

目前在公司技術管理部門沒有建立起統一的產品BOM 結構，技術中心維護了產品BOM 的上層結構，而車間維護了產品BOM 的下層結構，沒有形成統一的產品完整BOM 結構。

現有的BOM 結構并沒有發揮組織技術文件數據及生產產品相關匯總信息的作用，對研發和生產過程的業務價值有限。

1.4 缺少結構化管理和控制更改體系

缺乏規范化更改過程管理，缺少更改影響分析，對問題報告、更改單等文件未進行關聯，針對更改查找相關數據困難，缺少結構化更改數據管理。

1.5 業務報表匯總統計不夠全面

由于目前系統管理的數據不完整，無法對系統的數據進行自動統計分析，報表信息幾乎通過手工整理，導致管理人員工作量大，而且很難確保數據的完整性、正確性、實時性，無法給相關業務部門提供及時、準確的信息。

2 建設思路及內容

2.1 建設思路

統籌規劃，分步實施：PLM 項目建設思路應依據“整體規劃、分步實施、逐步深化”的策略開展。PLM平臺建設涉及公司未來相關信息化整體建設規劃布局，需要按照公司和集團整體信息化建設戰略進行項目整體規劃，按照公司PLM 應用相關業務需求和公司信息化成熟度，進行PLM 系統平臺的分布實施，逐漸深化應用推廣。

流程導向，增值業務：以公司產品研制業務流程為主線，瞄準行業先進產品制造與管理模式發展方向和相關具體信息化建設內容，加強公司信息化建設與生產制造業務的融合。支持PLM 環境下產品研發數據的有效承接管理，支持公司在制造模式轉變和創新環境下，顯著提升公司信息化建設對業務的價值貢獻。

集成應用，協同創新：在公司統一規劃指引下，有效整合各種內部業務模式，建立產品制造、管理和多專業協同的產品協作制造應用體系，實現各種工具和信息平臺的集成化應用，避免零散管理信息系統建設與公司業務功能的分立，實現一體化產品生產制造。

2.2 建設內容

當前處于生產制造環節，公司的產品研制依托具體的核電建設項目進行。公司在產品研制數據管理上，按照項目的方式管理產品研制過程，并根據設計院的產品設計圖紙信息在公司內部建立一套完整的產品生產制造應用數據以推動公司后續生產制造環節業務開展。結合公司目前在產品研制數據管理應用方面的需求，需完成產品制造和工藝開發項目管理、基礎技術狀態管理、工藝設計數據管理、工程變更控制和信息系統集成領域中多個核心功能的實施，主要應用領域及功能模塊如圖1 所示。

圖1 主要應用領域及功能模塊

首先，將構建以產品BOM 為中心的數據組織架構（獲取并組織設計所研發數據），結合公司現有數據業務管理要求，形成公司的MBOM 結構（管理組織生產制造數據），并以此為基礎開展相關研制數據管理及業務流程的執行。

其次，以MBOM 為核心的工藝設計數據組織管理模型，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計相關圖文檔數據的管理，并且通過高度可擴展的類型、屬性及關聯關系定義，可以便捷地進行數據組織結構擴展，滿足公司未來更多業務數據管理需求。系統主界面如圖2 所示。

圖2 系統主界面

2.2.1 產品（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，并通過指定任務的計劃時間、執行周期、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行的時間計劃安排，以及任務、人員的安排調度情況。

項目執行情況監控。項目的執行主要以項目任務的完成進度為依據，任務的完成度可根據任務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完成度獲得，項目負責人可通過項目完成度了解項目執行的健康情況，并可詳細了解具體的任務執行情況，以診斷項目的實際問題，并作為后續決斷（措施）的依據。

項目交付物管理。可為項目任務定義具體的交付物，并作為該任務完成的依據。任務交付物可以為任意類型的數據對象，如技術文件、設計圖紙等，并可以數據對象的生命周期狀態為任務完成進度的依據，如當數據對象達到已發布狀態時，才認為任務完成。

項目人力資源管理。為項目的任務指定具體的負責人，結合項目時間計劃安排，查看人員負載情況，并及時做出合理調整，確保有效利用人力資源。

項目文件集中管理。將項目執行過程中產生的文檔在統一的項目庫中進行集中統一管理，包括項目執行中的過程任務及項目任務關聯的交付物文件。在項目庫中對項目文件進行集中的權限管理、版本管理、狀態管理、歸檔管理等，確保項目文件的準確性、完整性。

產品（科研）項目管理業務流轉如圖3 所示。

圖3 產品（科研）項目管理業務流轉

2.2.2 技術狀態管理

技術狀態的版本管理。對進入系統的所有技術狀態建立版本記錄，并準確記錄每個數據版本的內容，用戶可追溯數據的所有歷史版本及每個版本的準確數據內容。

技術狀態的生命周期狀態管理。為技術狀態賦予生命周期狀態，用以標識技術狀態的業務成熟度，如“已接收”“已發放”等狀態。生命周期狀態同時與訪問權限關聯，在不同的生命周期狀態下數據擁有不同的生命周期權限，以滿足不同業務成熟度場景下的不同的權限控制要求。

技術狀態的訪問權限控制。系統以數據類型、數據存儲位置、數據的生命周期狀態、用戶角色及權限控制類型5 個維度對數據的訪問權限進行控制，確保任何情況下數據的訪問安全，同時對數據及人員設置密級，實現對數據的密級流向控制，滿足軍工保密要求。

技術狀態的接收與發放管理。建立對上游技術狀態的接收管理機制，準確記錄數據的接收記錄，并通過流程控制數據接收的過程，確保接收數據的一致性、完整性。同時將接收的技術狀態向內部相關部門發放傳閱，同時建立數據發放記錄，并實現數據接收發放情況的全鏈路查詢能力。

技術狀態的高效檢索。系統中所有的技術狀態無論以怎樣的結構存儲，也無論存儲在何處都可以通過數據對象類型、數據對象屬性、狀態、編號、名稱等條件在系統中進行快速檢索，以提高業務人員的工作效率。

技術狀態管理業務流轉如圖4 所示。

圖4 技術狀態管理業務流轉

2.2.3 工藝設計管理

建立以MBOM 為核心的工藝設計數據管理能力。以設計數據為基礎建立統一產品MBOM 結構，改變現有各個工藝部門獨立維護部件級BOM 結構的情況，并在系統中建立MBOM 與相關工藝設計數據的關聯關系，形成以MBOM 為核心的產品MBOM 數據結構。

基于MBOM 的工藝路線管理。在MBOM 基礎上進行工藝路線的設置和維護，生產相關管理部門可基于MBOM 及相關的工藝路線信息進行工藝分工及工藝設計任務的分配。

工藝設計數據的發布評審管理。在PLM 系統中統一管理工藝設計數據并建立以MBOM 為基礎進行工藝設計數據的發布評審（改變現有在MES 系統中管理工藝設計數據的情況），并以相關的評審流程控制業務過程。

工裝設計數據管理。系統提供與MCAD（如UG）的集成能力，工裝設計師可通過集成工具檢入工裝設計模型，并生成相應的工裝BOM，并以工裝MBOM為基礎進行工裝設計數據管理，以及工裝設計數據的發布評審。

工藝設計數據的變更管理。在系統中通過工藝變更單及相關的工藝變更控制流程實現對工藝數據的統一管理，實現工藝變更的制造發布落實及對變更的追溯。

基于MBOM 的報表統計。基于MBOM 可以生成各種匯總統計表，如原材料匯總表等。

工藝設計管理功能如圖5 所示。

圖5 工藝設計管理功能圖

2.2.4 工程變更管理

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

變更數據的發放管理。系統中通過變更控制流程實現當變更數據發布后，系統能自動將變更單及相關新版設計數據發送到下游責任單位。

變更執行情況的統計分析。在系統中對更改問題、內容、結果、執行情況等進行關聯管理，實現可追溯性，同時可對所有變更的執行情況進行統計分析。

工程變更管理業務流轉如圖6 所示。

圖6 工程變更管理業務流轉

3 結束語

基于PLM 的產品全生命周期數據管理系統的應用研究，實現了對現有設計院“圖紙數據”的版本化管理，并在此基礎上實現對設計院“更改技術通知單”的歷史追溯和查詢。實現了基于產品完整MBOM 結構的產品設計、工藝、生產信息的結構化管理。建立了項目執行管理標準體系，實現對項目進度、風險和問題的實時監控，規范化項目過程管理。

未來將不斷深入和擴展PLM 系統應用領域，并帶動和完善ERP 系統、工藝設計管理平臺（CAPP）、協同辦公及資源管理平臺（OA）、制造工程系統（MES）等信息化系統的建設和深入應用，實現各信息化系統的融合和內部深入推廣，全面提升公司整體工作效率和管理水平，適應公司的高速發展，為實現核燃料元件制造的“數字化、網絡化、智能化”打下堅實的信息化基礎。