傳統的卷煙產品研發管理系統在配方管理、輔助配方設計、原料平衡及煙葉品質分析評價方面做了較為深入的研究，但對產品數據和研發過程管理較少涉及。在實際研發管理過程中，存在著研發數據管理分散、數據關聯差、研發設計變更缺乏有效控制手段等問題，造成研發過程可追溯性差，難以保障產品技術狀態信息的一致性。此外，由于研發管理系統與ERP(EntERPrise Resource Planning)系統、MES(Manufacturing Execution System)系統未能緊密集成，從而造成研發與生產協同性不足。產品數據管理PDM(Product Data Management)是以軟件技術為基礎，以產品為核心，實現對產品相關數據、過程、資源一體化集成管理的技術，其核心思想是研發設計數據的有序、設計過程的優化和資源的共享。近年來，隨著CIMS(Computer Integrated Manufacturing Systems)工程、并行工程、敏捷制造等的應用和推廣，PDM技術已經在國內機械、汽車、電子等行業得到了較廣泛的應用，成為企業實現信息共享，有效管理產品數據，提高研發效率，增強核心競爭力的一項重要技術措施。由于煙草原料農產品屬性以及卷煙流程型加工的特點，PDM技術在煙草加工行業的應用難度較大，目前尚處于起步階段，僅對PDM技術在煙草生產應用中需解決的產品信息模型、產品結構管理、工作流管理等問題進行了初步探討。為此，提出了基于PDM的卷煙產品研發管理系統架構和功能模塊設計，以實現對研發數據和過程的有效管理和控制，提高研發與生產的協同性。
1 系統架構
為實現對研發數據和過程的有效管理，在研發系統的設計中引入了PDM管理理念，采用面向對象的技術，建立產品數據模型和研發過程模型以描述研發數據、過程以及數據和過程的有機聯系和發展變化。具體設計步驟為：①以產品BOM(Bill of Material)為對象組成框架建立虛擬的產品數據模型；②通過研發過程建模，采用工作流管理技術有效管理和控制研發設計過程，并通過過程模型與數據模型相互關聯形成完整的產品、研發過程描述以及生產過程控制相關描述；③通過企業統一的產品數據模型BOM不同視圖的轉換和傳遞，實現系統間的緊密集成，最終構成支持整個產品形成過程的信息系統。
1.1 基于面向對象技術核心框架和B/S架構的體系結構
為使架構設計較好地適應系統的擴展性和集成性要求，系統體系結構采用B/S架構，分為系統層、功能層、用戶層3個層次，見圖1。系統層支撐系統運行；功能層是整個系統的核心，包括應用服務器、WEB服務器和SOA(Service-oriented Architecture)數據交換平臺。其中，應用服務包括研發管理系統基本功能模塊、資源信息庫和系統集成模塊。SOA數據交換平臺通過基于SOA面向服務架構的Web Service接口進行業務發布和數據整合。
圖1 基于PDM的卷煙產品研發管理系統體系結構
1.2 基于PDM的卷煙產品研發管理系統功能框架
PDM的應用功能必須能夠支持整個產品形成過程中各個階段的應用需要。根據卷煙產品形成過程各階段應用及卷煙產品研發設計的特點，將應用功能模塊分為基礎支撐層、核心業務層、數據分析應用層3個層次，功能設計見圖2。
圖2 基于PDM的卷煙產品研發管理系統功能設計
系統管理、資源信息庫和系統集成功能模塊從系統權限控制、數據安全、工作流、數據和文檔管理及系統集成方面支撐核心業務層的運作。其中，資源信息庫存儲與產品研發相關的信息，這些信息按原料、工藝、品質、技術標準、實驗、市場等主題分類，并以產品虛擬模型為核心進行組織管理。
核心業務功能設計以研發設計和品質管理為核心，以產品研發設計流程管理和產品數據管理為主線展開，實現對產品相關數據和過程的管理。其中，①項目管理作為各種研發活動的載體和業務驅動，對新產品開發、老產品維護、課題研究、工藝改進和其他科技創新項目進行管理。②研發設計管理采用工作流技術管理整個研發設計過程，通過將配方、工藝、香精香料和包裝設計平臺的集成，實現業務各環節的協同工作和管理控制。③標準管理對產品技術標準體系的各類標準進行維護管理，包括葉組配方、工藝標準、材料標準、產品主要技術參數、包裝設計樣標圖等，通過權限、版本、狀態管理，確保企業標準文件的唯一性和有效性。④原料管理對煙葉生產、采購、復烤加工、倉儲醇化品質情況進行記錄和管理，并建立煙葉特性數據庫。⑤品質管理實現對原料、煙用材料、添加劑、在制品和成品的樣品檢測、評吸活動、檢測和評吸數據的統一管理，對研發過程中產品的品質安全進行控制。
數據應用分析層基于產品數據管理模塊實現數據分析和輔助設計。其中數據分析提供成本、配方結構、原料平衡和預警等分析功能，輔助設計功能主要有替代煙搜索、各種品質評價模型、優化算法、規則庫等。
2 技術實現
2.1 卷煙產品數據建模
產品數據模型是PDM系統的核心。卷煙產品數據建模的難點在于模型不僅要盡可能精確地對產品組成進行定義，還要能動態地反映產品的變化。在研發管理系統中，采用面向對象技術和基于繼承技術的層次式結構類定義構建一個卷煙產品模型，模型中產品組成是一個多層次的BOM結構。模型將描述產品的對象分成數據對象和業務對象兩類。其中數據對象主要用于描述組成產品結構的元數據和各種物理數據文件的引用，業務對象描述業務過程產生的各種動態信息。
如圖3所示，組成某一卷煙產品結構的元數據有原煙、片煙、成品絲、煙用材料、其他在制品等。片煙元數據包含年份、品種、產地、等級等基本屬性，其物理數據文件引用有原煙清選方案、配打方案、技術參數。這些數據文件的引用通過數據對象描述。業務對象描述某一產品相關項目、試驗、產品規劃、開發、設計、工藝過程規劃等業務活動記錄、相關設計文檔和技術標準。以葉組配方標準為例，其屬性包括版本號、葉組配方組成、配方比例、處理狀態、發放階段以及標準的文件引用。
圖3 卷煙產品數據模型（局部）
在整個產品模型中，數據對象、業務對象及數據對象和業務對象之間可以建立一對多或多對多的聯系，并構成一個集成的產品模型。業務對象在各種業務活動中產生，并與數據對象建立有機的聯系，從而實現描述產品模型的內在聯系和發展變化，如產品版本變更、品質改善等情況。此外，根據對象間的聯系可以形成滿足不同需要的視圖，如設計視圖、工藝視圖等。各種設計文檔和技術標準采用標準模塊生成，對信息進行結構化處理，便于信息的檢索和共享管理。由此集成的卷煙產品模型能清晰和動態地描述產品信息和生產過程相關信息，實現企業統一的產品信息共享。
2.2 研發過程建模
研發過程管理的主要目的是對產品研發過程進行協調和控制，使相關人員協同工作，并在需要時進行過程追溯。系統通過建立研發過程模型實現對業務流的控制和管理，過程模型由業務單元、活動、角色組成，見圖4。業務單元描述工作流程的節點，如設計評審、設計驗證、標準審核、標準發布等。活動描述具體的業務操作，如審核、批準。角色規定相應的操作者及其所擁有的權限。過程模型與產品數據模型之間緊密關聯，研發過程執行的每個步驟都需要使用產品模型，從而使相關產品數據得到實時更新。過程模型中每個業務單元都具有一個過程狀態標識，隨著業務活動的發生，過程狀態將產生相應變化，同時產品數據模型中的文檔記錄狀態也發生改變，從而使過程、數據、資源保持協調一致。例如葉組配方標準的編制、審核、批準、發布等業務過程，過程狀態標識定義包含編制中、待審核、審核中、待批準、待發布等狀態。相應的葉組配方標準也包含編制、審核、發布、簽收、啟用、停用等狀態。業務流程規則的定義和文檔狀態應符合ISO質量管理要求。
圖4 研發過程模型
2.3 系統集成
研發管理系統的集成包括信息集成和過程集成兩個方面。系統主要與MES、ERP、OA及基礎數據管理平臺進行系統間集成，集成信息通過企業服務總線(ESB，Enterprise Service Bus)實現交互，集成框架見圖5。為建立企業統一的產品視圖，首先應使企業基礎數據保持一致。為此，元數據（原料、煙用材料、工藝參數、計量單位等）定義統一在基礎數據管理平臺進行，基礎數據管理平臺同時實現元數據的維護和審核發布。
圖5 基于PDM的卷煙產品研發管理系統集成框架
研發管理系統與MES、ERP系統的集成關鍵是BOM和工藝標準規程的集成，BOM是研發管理系統與MES、ERP系統信息集成的紐帶。在企業統一的產品數據模型共享的基礎上，可以根據不同的需要形成制造BOM、計劃BOM、成本BOM等所需的視圖信息，實現與MES、ERP系統的集成。系統與MES的工藝標準和工藝路徑的傳遞通過建立虛擬的工藝樹模型實現。工藝樹模型按生產區域、工段、工序分層建立，在邏輯層描述卷煙工藝路徑，實現工藝標準和路徑參數化。設計和輸出工藝標準時，在工藝樹模型中自由選擇生產區域、工段和工序，配置參數，實現產品的柔性設計和制造。
研發管理系統過程集成涉及從產品設計到制造加工整個過程的監控和管理。系統通過建立和共享企業統一的產品視圖，集成研發設計、標準管理、ERP和MES系統。產品技術標準設計輸出后在研發系統中完成審批發布，并發送標準更新通知到MES系統中。技術標準由MES系統獲取并簽收，實現技術標準參數的下達。MES系統將技術標準的啟用、執行和停用狀態通過消息返回研發管理系統。研發管理系統通過MES系統提供的查詢服務監控與標準執行相關的生產批次和品質情況。過程集成實現了“單點設計，多點生產”模式，滿足了研發生產一體化的要求。
3 應用效果
基于PDM的卷煙產品研發管理系統的實施，為研發部門搭建了一個支持創新和協同工作的平臺，解決了原研發數據分散、無序、不能充分共享等問題。虛擬產品數據模型的建立方便了數據資料的快速檢索、管理和積累，保障了產品技術狀態信息的一致性。系統支持并改善了研發過程各環節的信息傳輸管理，提高了研發工作效率，研發過程的可追溯性加強了產品設計品質管理。系統通過統一的產品數據視圖實現了與MES和ERP的緊密集成，加強了研發與生產的協同性，實現了面向生產的產品技術標準管控和多點生產的品質管理。
在系統的應用過程中，也存在一些不足之處。如系統的產品數據模型未能從更深層次上把握產品的本質屬性，化學成分與感官品質方面描述不足，在一定程度上限制了研發人員對產品數據的使用效果；對于研發過程建模，目前的工作主要是解決規范管理問題，如何建立更加靈活、適應柔性的研發管理，并支持研發過程協同的模型還需進一步研究探討。
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