上海濰柴動力主任工程師 胡崗

1 濰柴上海研發中心PDS系統項目背景

    1.1 PDS定位及應對的挑戰

    隨著產品型號與變型的增多，傳統的型號BOM編制方式，使得獨立BOM數量增多，BOM維護工作量巨大。同時，企業生產與經營的擴展（全球化），要求實現同一產品對多工廠發布及對多銷售區域的管理。 傳統的PDM/項目管理系統主要針對整車及零部件的開發設計數據的管理，其核心對象是零件、圖紙、三維數模、開發文件以及可配置系統/模塊數模及對整車DMU的支持，以及對這些對象的成熟度和開發過程管理。而企業運營針對的是如何按客戶下達的訂單（在你提供的框架內的客戶選擇）將零部件裝配成整車，快速交付給客戶，這些運營是在后續的ERP、MES、銷售系統中，但其數據源于開發系統PDM系統。如何把零部件、整車開發（PDM的數據、EBOM等）與企業運營相接，在訂單拉動下，以產品定義為中心，把企業的整個業務串起來，即實現開發到運營的連接，是PDS系統的定位。

    為了構建開發到運營的連接，在PDS系統中將涉及如下四個方面：首先構建企業統一的產品描述語言，從產品規劃開始，直到銷售，整個企業對產品的描述都是基于統一的標準化語言，精確地定義產品。其次，產品構架及配置如何管理，PDS系統將構建產品線、平臺、車輛族和構架車型的產品管理架構和可配置的客戶車型策略。第三，如何構建EBOM和制造BOM的運作體系，實現兩者之間的獨立而又能無縫耦合，即解耦和耦合的運作體系。第四，支持同一產品數據源向多工廠的發布管理。

圖1 PDS定位及應對的挑戰

    1.2 企業業務模式的轉化需要PDS系統的支持

    隨著產品日益復雜、品種與變型增多，以BOM來直接表達產品,市場及非技術部門是無法基于BOM解讀公司產品或下達訂單，使得開發人員總是在應付訂單BOM，企業也難以構架起貫通開發到市場、生產的統一產品描述語言。

    當今主流汽車企業，在產品從開發到銷售的整個生命周期中，都建立了的產品特征庫，通過對產品的特征描述來定義產品，建立從產品開發，到市場訂單下達和生產交付全流程的產品定義與描述的無縫鏈接。

圖2 企業業務模式的轉化需要PDS系統的支持

    1.3 PDS系統的上下文——從規劃到市場三部曲的耦合

    也就是說，PDS的上下文是什么？PDS系統的實施首先需要有平臺和產品規劃，在平臺中定義出產品的組成要素，包括技術內涵、型譜等，作為一個基礎平臺，在此平臺上通過車輛特征配置表來定義具體面向市場的車型描述，形成一個車輛族的產品描述，進而派生出可配置的客戶車型。

    PDS的下游面向的是訂單與生產，完成PDM與制造的連接。因此，PDS系統中既包含設計人員構建的車輛族可配置EBOM，同時，制造部門依據EBOM去定義總裝物料BOM，也就是說，PDS是設計跟工廠產品裝配線的連接。

圖3 PDS系統的上下文——從規劃到市場三部曲的耦合

2 PDS系統中的主要概念

    PDS系統中的主要概念包括四個方面：產品框架、車輛族特征描述與車型發布控制、開放結構BOM構造及特征加載、閉合結構EBOM與MBOM貫通。

    在產品框架上，主要有產品線、平臺、車輛族概念，構造產品管理的架構。

    特征族/特征值，特征間的影響矩陣/關聯矩陣、構架車型、基本車型、選包裝是屬于車輛族特征描述與車型發布控制需要應對的范疇。企業的產品特征是廣義的，凡涉及產品適用性選項導致零件選擇上區分的都可以構成產品特征之一，如產品適用環境（極熱、極寒、沙漠）、產品銷售地區（中國、香港）、產品生產廠家等都可以成為描述產品的特征，這樣就實現同一產品面向多區域銷售和多工廠生產的管理，且歸在一個車輛族BOM中管理。

    接下來是BOM的構建，我們分為開放結構、閉合結構。所謂的開放結構指可選裝性組合的對象，如整車就是一個開放結構，相同型號的車在巴西裝或者是中國裝，或兩個廠裝，或不同時間裝，同樣的車型裝的零件不一定是一樣的，包括具體配置也不一定一致。閉合結構即任何時候任何地域，只要標識一樣，就認為是同一對象，如零件或者是采購級的總成，只要知道零件號和版本，在公司范圍內，所有全球倉庫中，就是相同設計狀態的同一零件。如何構建可配置的開放結構，我們在PDS系統中，影響矩陣和關聯矩陣將閉合結構和產品特征關聯起來，這樣，就可以依據客戶車型的特征清單來解析車輛族BOM，分離出客戶車型閉合結構的組成（單車物料BOM）。一般在企業的系統構架中，閉合結構在PDM系統中管理，PDS系統從PDM導入閉合結構，構建產品的開放結構的EBOM。

    最后是BOM行的概念（帶功能&位置代碼精確描述的），通過BOM行來構筑閉合結構的EBOM和MBOM，同時實現EBOM和MBOM的解耦和耦合。

3 PDS系統中業務方式的設計

    3.1 產品描述

    產品描述包括產品層級建立及基于產品線的特征庫建立，車輛族特征定義建立，車型生成（關聯選擇包）發布，導向式客戶車輛配置器建立。

    首先，建立產品線和基于產品線的特征庫，將公司的業務按產品線來劃分，每個產品線都有自身的特征描述庫，保證每個產品線的特征庫都是獨立的。

圖4 基于產品線的特征庫的建立

    再引入車輛族的概念，用車輛族來統領一類車，比如同平臺的輕客，不管有多長、多高、客車還是貨車，可以用一個車輛族節點來管理，即一張配置表和一個BOM來表述。建立了車輛族后，就從特征庫里把特征加載到車輛族下，這個特征分為構架車型的特征和主特征。選擇構架車型特征的不同組合，定義出構架車型。有了構架車型，再將每個特征與構架車型的引用關系定義出來，它可能是標配，可能是選裝，也有可能為不可選。其次，通過影響矩陣（特征族之間的關聯關系，如發動機和變速箱的關聯）和關聯矩陣（特征值間的關系定義，如什么發動機必須配什么變速箱，即什么特征必須同時出現（一起用）在一張單車定義表中，或不能配什么變速箱，即什么特征之間不能同時出現（不能一起用）在一張單車定義表中）來定義特征和特征之間的約束關系。

    然后，定義每個構架車型所能提供的選裝包（一個或一組特征值），通過構架車型，選定可以選主特征，定義出車型，關聯上這個車型的可選選裝包，發布給工廠（這種方式比較適合于規模車型，如轎車、輕客、卡車；對于高度定制化的車型，如巴士，可以通過發布定義表的形式，讓市場自由定義(在約束許可范圍內)車輛）。

    基于發布到工廠的車輛，可以建立一個統一的訂單入口，把工廠的車型上所有的特征都提取出來，生成這樣一個動態的特征顯示庫，通過特征選擇，動態篩選出車型及選裝包，供客戶選擇，最后生成一個訂單號，交給工廠去生產（工廠按訂單中客戶選擇生成的車輛特征清單，解析開放結構的EBOM，耦合MBOM，拉動物料生產）；如果是客戶有選擇外要求，就將客戶選擇出的最接近他要求的車及他的特殊要求，生成特殊訂單，交產品工程部處理后交工廠。這樣，從產品規劃到車輛族到客戶車型一直到市場銷售，實現企業統一的產品定義。

圖5 導向式客戶車輛配置流程

    3.2 設計到制造的解耦與耦合

    零件是關鍵核心對象，零件是通過BOM行來構成整車BOM。要把零件開發/倉儲和EBOM構造/裝配兩個概念區分開來，兩者的紐帶是BOM行。BOM行的核心要素：功能及安裝位置、零件號、數量。制造BOM處理的是BOM行，不是一個獨立零件及其結構（BOM層級）。 即車輛BOM是通過有明確物理、功能含義的BOM行（好比將整車分解成功能及位置抽屜，且設計與制造對抽屜的理解必須是一致）上放什么零件（號）、放幾個來構成的。

    制造BOM關心的是在指定工位工序上發什么料，這些料按什么樣的工藝規范進行加工或順序裝配（裝配后可能成為新物料號，入庫，再被其他BOM行拉動），因此，制造BOM處理的也是BOM行，而非設計BOM的結構（閉合結構是不可打撒的）。將設計BOM離散成工位制造BOM行庫，我們叫設計到制造的解耦（這樣，對于設計BOM也帶來了靈活，如用虛擬包打包零件，方便設計EBOM構造）。

    由于與設計BOM的解耦（BOM行按工藝規劃重新分配），制造BOM行上是沒有配置信息的（針對配置加載在功能包上的情況，如果配置直接加載在BOM行上就無需耦合，但特征加載很難通過影響矩陣/關聯矩陣進行圖形化操作）。因此訂單是不能直接解析制造BOM行的，解析的是發布到工廠的設計開放結構EBOM，并從制造BOM行庫匹配的出制造定義，才能將訂單設計單車EBOM變成工位物料BOM，我們叫設計與制造的耦合。

    通過設計BOM到制造BOM的解耦與耦合，這樣讓設計按設計管理的要求和視圖來構建EBOM（當然設計BOM要符合采購級物料定義和自制件工藝過程結構），而制造可以專心定義其物料分配、安裝工藝、自制件MBOM展開等，而不必關心物料與配置的對應關系（這個已經由設計定義了）。如有些企業針對分裝件還在爭論是設計按工藝重構，還是制造打散設計BOM來重構，實際上，有了耦合和解耦BOM運作體系，都不需要重構，制造只要將分裝物料定義好，計算機系統就可以自動按解析出來的單車BOM，自動生成（訂單拉動的）分裝件物料號和其BOM。

    解耦與耦合需要企業級的零件應用字典支持，將原來自由意義的BOM行號，予以明確統一的物理含義描述的編碼，即企業對車輛結構和功能分解的統一標準化字典。

    3.3 設計到工廠的數據流程設計

    在PDS系統中將設置工廠，設計工程師維護的數據，通過發布流程，發布給工廠，因此在PDS系統中，一份是設計域數據，一份是發布到工廠域的數據。如下圖，通過三個層次的數據流程，來確保設計數據對工廠的發布控制及設計數據在工廠的生效控制。

    1.頂層數據的發布控制：建立車型發布流程，檢查其車型信息和BOM的完備性（通過對發布到工廠的開發結構BOM解析），來決定新車型是否可以上線生產，或者決定是否可以切換到新版本車型上（主特征相同車輛對象的次特征的調整發布）。

    2.中間層數據（紐帶）的發布與同步：開放結構成熟后，啟動發布流程，并確保發布后的數據同步，即將加配置定義的開放結構BOM，同步到工廠。

    3.底層數據的工廠生效控制：將PDM中的閉合結構（采購級零件或自制件BOM）數據，通過從PDM系統中完成狀態升級單或更改單所驅動的數據，發布給PDS系統，在PDS系統中，將狀態升級單或更改單解析成零件單位的工作條目，交給工廠進行斷點維護，以便根據物料的實際使用情況，處理每個零件的更改的生產生效性問題，即設計數據對生產數據的覆蓋和生效問題。（PDM中的生效和PDS中的生產性生效為兩個關聯又需要獨立處理的事項）

圖6 設計到工廠的數據流程設計

    根據濰柴上海研發中心主任工程師胡崗在2013第九屆中國制造業產品創新數字化國際峰會的發言整理而成，已經本人確認！

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本文標題：整車企業級產品定義系統（PDS）的構建

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