基于Windchill的PDM工程变更管理研究

工程变更是航空制造企业生产经营活动中贯穿产品整个生命周期的一项重要活动。航空救生产品结构复杂、组成零部件多、产品开发和制造流程复杂，当客户需求更改、供应商发生变化、设计错误、产品开发流程和开发计划调整、产品出现质量问题、产品生产制造过程中发现问题和产品版本升级或新产品的引入等，都可能提出工程更改的需求。如何有效管理航空救生产品研制过程中的变更管理，追溯变更影响范围，高效地实现变更管理，是航空制造企业实施PDM系统的重点和难点。本文对肮宇救生装备有限责任公司（以下简称“航宇公司”）产品开发过程中的工程变更管理业务、工程更改管理的实施和应用进行了深入分析，并以Windchill（美国著名软件公司PTC(Parametric Technology Corporation)公司的PDM产品）为基础，全面阐述了工程变更的特性和一般性的数字化管理方法，最后结合航宇公司的实际运转情况，在该系统中建设了多用户的工程变更决策流程支持环境，构筑一个基于Windchill的PDM工程变更管理平台，为航宇公司产品实施PDM更改管理和建立可行的变更管理机制提供了一个切实可行的解决方案。

1 工程变更的技术分析

1.1 工程变更的含义

变更是一个广义的概念，所谓工程变更，指的是针对已经正式投入生产的产品所构成的零件进行的变更。

1.2 工程变更的原因

提出工程变更请求的原因多种多样，并常常具有一定的紧迫性，一般可以归纳为：(1)用户需求发生更改。(2)替换难以获得的外购件。(3)修正产品设计中的错误。(4)提高可生产性，降低生产成本。(5)改善产品性能。(6)开发新产品需要多次修改、试验比较。可见，工程变更是产品开发和生产过程中难以避免的重要工作。

1.3 工程变更的控制

1.3.1 工程变更控制应遵守如下原则

(1)严格更改的审批权限，通过网络加速更改信息的传递。(2)收集订购方、设计、管理、生产等各方面的意见与建议，考虑成本、进度、技术等因素，合理确定工程更改方案。(3)全面评估工程更改的影响，在更改发出前完成协调，保证各相关CAD文件之间的一致性。(4)采用数字化预装配等方法，优化设计，减少工程更改的次数。(5)更改中应明确对在制品的处理，在允许的情况下，减少报废。

1.3.2 工程变更控制流程

工程变更过程的生命周期管理要求对工程变更进行过程控制，容许进行合乎要求的变更，而禁止进行不必要的变更。工程变更控制流程主要包括四个关键控制点：授权、审核、评估、确认。变更启动者启动流程后，流程封闭，过程中信息流连贯，各个环节点都能得到变更反馈，各参与角色都能确定变更问题的来源，且流程设置监控和评审环节，来决定是否真正需要变更，在变更过程中要跟踪和验证，确保变更被正确执行。变更控制的目的不是控制变更的发生，而是对变更进行管理，确保变更有序进行。

2 目前工程变更管理中的问题

2.1 目前变更主要存在的问题

航空救生产品开发和制造过程中的更改是一个不断重复的过程，更改涉及范围广，涉及部门多，以往手工变更的方式很难有效控制数据的变更和变更追溯，信息不能及时发布，造成生产数据前后不一致，从而影响企业产品质量。实施PDM系统前的主要现状。

(1)更改流程复杂，更改时间较长。航字救生产品（比如弹射座椅）具有研制周期长、零部件数量多、产品结构复杂和批次生产数量少的特点，产品特点决定了产品更改流程的复杂程度，使得更改过程复杂、审核过程严格，更改所经历的部门多。在传统的管理模式下，由于缺乏信息技术的支持，难以对变更过程和时间进度进行有效控制和管理。

(2)缺乏更改影响分析手段，易造成产品信息的不一致。座椅产品研制过程牵涉的部门和人员多，变更活动往往影响面很大，如在BOM的更改中，由于同一零件可能在同一产品BOM和不同产品BOM中使用多次，零件和设计文件、工艺文件和制造文件之间也存在多种关联，如果缺乏分析和检验手段，更改将可能造成不一致。

(3)工程变更流程缺乏监控和评审环节。缺少必要的评审环节来决定是否真正需要变更，甚至由于缺乏相应机制，设计师变更不经过评审环节直接进行变更。因而有些变更是盲目的，缺乏计划和审核措施，造成更改频率高，甚至出现错误的变更。

(4)难以控制产品数据更改版本。由于座椅产品结构复杂，零部件数量多，某一专业室更改都会影响其他专业室设计的更改，产品对应数据更改升版或变号都会造成零件的大范围的变化，使得更改难以管理。手工更改控制模式难以提高效率和对版本机制的控制，所以需要借助PDM更改管理对更改机制和过程进行有效管理。

3 Windchill系统中ECM的基本过程及对象模型

3.1 Windchill系统中ECM（工程变更管理）的基本过程

Windchill系统根据实际的工程变更需求，将EC（工程变更）的过程分为请求、评估、实施三个基本环节（如图1），有简单和复杂两个变更流程组成。左边是一个复杂而完整的EC流程：首先获得详细的产品缺陷问题描述，这些问题可以来自企业内部（比如产品制造），或者企业外部，比如产品销售或用户反馈，然后根据问题的大小和紧迫程度，决定是否提交正式的EC请求；重要的EC请求在实施之前需要进行评估。评估包括问题调查、原因分析、解决方案分析和变更建议四个步骤。即将问题调查单和问题描述一起发给技术人员来定位问题起因，组织专家进行讨论，统一各方面的意见，并探讨问题的解决方案。如果达成一致，且方案可行，则提出解决建议单，并向相关的部门和技术人员发出正式的变更实施单。变更实施单的提出，表明正式开始变更活动，通过一系列的更改流程，最终完成产品信息的更改。具体工作内容如下。

图1 ECM（工程变更管理）的基本过程

(1)变更管理数据管理。简单变更管理模式要求记录：变更请求、变更通知单、所有执行的变更活动；复杂变更管理模式要求记录：变更问题、变更请求、变更论证、变更论证分析、变更建议、变更建议分析、变更通知单、所有执行的变更活动等数据对象。

(2)确定每个变更数据需要经历的生命周期和审批执行流程，对于不同性质的变更，变更流程可能是不同的，需要根据变更性质不同选择不同的审批流程。

(3)变更活动的实施，执行变更活动过程中，对被变更的产品信息需要进行版本和有效性的控制。

3.2 ECM（工程变更管理）的对象模型

PDM系统中的变更对象和模型一般包括以下几点。

(1)变更事项(Change Issue)是指用来描述一个问题。(2)变更请求(Change Request)是指发起一个正式的产品变更过程。(3)变更调查(Change Investigation)是用来识别变更请求中提出的问题的原因。(4)变更提议(Change Proposal)，它包含关于一个或多个建议的解决方案和分析活动，来给出详细的信息。(5)变更单(Change Order)是对现有的部件或文档进行变更，可以包括一个或更多的具有更详细的进行变更指令的变更活动。(6)变更分析(Analysis Activity)是分析活动，记录分析的结果和详细描述。(7)变更活动(Change Activity)，包含要执行的完成变更命令和解决在具体变更请求中确定的问题的指令。(8)变更通告(Engineering Change Notice)变更通告详细说明执行变更所需要完成的任务。

4 基于Windchill的变更管理实现

4.1 工程变更流程优化

航宇公司产品（这里专指座椅产品）开发主要由总体室、系统室、火工动力室、综合保障室四个专业室组成，在其研制过程中，不同专业室有着不同种类的更改。如一般性图纸的修订更改、临时业务更改、外来引进技术更改等，这些不同类型的更改在不同的设计专业室中进行管理。每个专业室都从自身设计利益出发进行更改，这样造成更改类型和更改流程增加。因此，航宇公司结合PDM管理思想，对各设计专业室不同种类的更改业务进行了梳理和整合，制定了新的工程更改标准和更改流程。对手工变更方式进行了优化，对变更过程进行了定义和规范，建立了电子设计数据的变更管理控制体系，增加问题反馈的渠道和记录，建立问题与更改申请的关联和记录，控制更改实施过程，实现签审记录和实施记录与设计数据的相关性，并保持其签审一致。优化后的变更过程主要由变更申请、变更评估、变更实施和变更发布四个关键过程组成。考虑变更难易程度的不同，把更改过程主要分为复杂变更过程和简单变更过程。复杂变更过程是一个完整的工程变更，需要根据变更的需要提交变更申请，变更评估组分析问题起因，提出问题解决方案和建议。变更实施组负责发布正式变更单，修改相关技术文件并提交审核流程进行审核。变更发布组负责变更信息的及时发布和通知，接收单位接收到变更消息后及时反馈给变更人。简单变更过程适用于紧急变更或简单问题的变更，该过程省略了变更评估的环节，因而大大提高了变更的速度。通过对现有变更流程业务分析和定制化开发，可以实现变更流程的简化、调整、整合来优化变更流程。利用PDM系统中基于变更事项、变更请求、变更单以及变更活动、变更对象基础之上的变更控制流程，把变更事项作为可以选择的流程，使设计人员在PDM系统中只要提交变更请求和变更活动的流程，而变更单就会在系统自动生成，从而大大简化了工程变更管理。

4.2 工程变更的实施

从面向对象的思想出发，在Windchill系统中将整个变更管理系统的业务对象主要抽象为以下三个：PR(Problem Report)问题报告，ECR(Engineering Change Request)工程变更请求和ECN(Engineering Change Notice)，工程变更通告。所有的对象类都继承PDM中的任务基类。这样在变更流程运行中。各个对象都会以任务的形式在各操作者之间传递相关的数据。其具体过程如下图。

图2 变更流程

每一个变更流程都是由原因所驱动的，提出的ECR则代表一个完整的变更流程。在ECR评审阶段可以利用配套更改检查工具对变更的影响做出全面的评估，再将不同的评估任务分配给不同的ECE流程去完成，不同的ECE流程问的关系是并行的，这样可以缩短变更的整个周期，对变更进行全面、完整的评估.ECR按ECN建议的变更解决方案按负责团队的不同分配不同的ECO（工程变更单）：不同的设计团队可以并行的执行ECO流程，这时可以在团队范围内对变更的影响再次进行确定，并将变更的任务分配给具体的工程师，多个并行的相关的ECA（工程变更活动）流程在ECO的协调下进行，以保证ECA流程间的同步性，在相关的ECA完成后。由ECO将变更信息发放到生产环境中，保证生产部门得到的是完整的变更数据。最后，在所有的ECO流程完成后，一个完整的由ECR发起的变更流程才最终结束。在PDM中工程变更的实现需要变更管理器、生命周期和工作流管理器相互结合起来共同完成上述工程变更过程。变更业务流程如图2所示，图中虚线框内为可选项。

5 结论

工程变更管理涉及企业技术和管理等较深层次的问题，PDM更改管理为企业技术管理信息化的实施和应用提供技术手段和支撑平台。企业需结合产品特点、产品开发和制造业务流程制定合适的工程更改管理机制和更改流程，确保产品数据的完整性、一致性、有效性和可跟踪性。使得与产品研制有关的人员能够在并行的工作方式下及时获取最新的有效数据，减少工程更改次数，缩短更改周期，从而提高产品质量，减少产品研制成本。