航空發動機是具有產品結構、所涉技術、制造過程、試驗維護、項目管理復雜等特點的復雜產品，其制造過程具有的多工序、高精度和子系統間相互關聯復雜性使發動機產品制造數據管理非常重要。

    近年來，隨著企業各個業務處理信息系統的深入應用和業務數據量處理的增長，企業信息化面臨著如何實現企業全局數據的統一整合、利用和協同問題，以實現航空發動機產品全生命周期數據的管理。

    目前國內企業PLM系統大都還停留在產品的設計和工藝數據管理應用的層面上，遠沒有達到整合產品設計、工藝、分析、試驗、制造、服務以及質量等生命周期中各方面數據和信息的程度。本文以航空發動機制造為示例，論述了企業由PDM（產品數據管理）向PLM（產品全生命周期管理）轉化的實踐和需求，提出了多信息系統環境下復雜產品制造企業PLM構建的總體思路和構建框架，并闡述了其實施的關鍵技術和可行性，以期為航空發動機及復雜產品制造行業PLM構建提供方向性的借鑒。

企業對PLM需求的迫切性

    隨著制造業信息化的推進，國內一些復雜產品制造企業已先后構建了PDM（產品數據管理）、ERP（企業資源計劃）、MES（制造執行系統）、IQS（集成質量系統）、TDM（試驗數據管理）、MRO（維修與保障）等系統，基本實現了企業內各業務過程與數據的信息化管理，已在企業產品研制中發揮了重要作用。但是，由于各業務數據在本業務信息系統管理與保存，且各業務信息系統之間管理數據內容存在重疊、空缺或共享困難等問題，企業信息化整體效益難以顯現。下面以航空發動機制造為例，闡述復雜產品制造企業對PLM構建需求的幾方面體現。

1 管理決策支持

    現有PDM、ERP、MES等各信息系統管理著產品不同階段和不同方面的制造數據，沒有形成企業統一和全局的相關數據內容，缺少完整、準確和及時的發動機制造數據的統計和分析，使管理層難以了解整體發動機研制情況，決策缺乏準確的數據支持。

2 質量改進支持

    影響發動機產品質量的原因可能是多方面的。例如，發動機振動故障的原因很復雜，可能是轉子不平衡過大、軸承跳動過大、氣流振動過大、局部共振、某連接松動或刮碰等原因，也可能是設計、制造、材料或裝配缺陷等造成的。批產與單機試驗生產不一樣，真正的“試驗”體現在批產中。企業需要在批產過程中不斷做好制造數據的“積累”，以挖掘產品質量與制造數據分布特征之間的關聯“機理”，利用寶貴的制造數據資源支撐航空發動機制造和設計質量的改進。

3 質量追溯

    產品質量排查和返廠機故障處理是一個耗費人力、物力、財力和時間的綜合工程。一次大的故障追溯需要數十人數天時間夜以繼日地查閱資料，追查可能涉及數百個件號，其中要排查出缺陷零件對在產、服役發動機和備件的影響面是最大的挑戰。

4 產品技術狀態控制管理

    產品研制/定型/批產多型號交叉與并舉、不同批次產品技術狀態交叉、技術文件變更頻繁、現場偏離和超差讓步等對發動機產品技術狀態控制管理提出更高要求。企業更需要現場技術狀態一致性執行的及時、有效和全面的信息支撐通道，使各業務部門了解產品所有技術狀態與歷史，并能夠方便快捷地進行搜索和質量跟蹤。

5 智力資產管理

    企業發動機產品研制活動中會形成智力資產的積累，這既包括企業幾十年實踐中已沉積的大量相關技術數據和方法，也蘊含著航空人大量的心血和汗水，甚至有些經驗教訓是用生命換來的。因此，航空發動機研制各個環節的工作依賴于對已有智力資產的繼承和創新。

    產品全生命周期管理技術明確定位為面向制造企業。由各業務信息系統局部性業務數據管理向企業統一和協同的全局性數據管理轉化，由工程設計數據管理為主的PDM向涵蓋設計、工藝、生產、質量、服務等數據管理的PLM轉化，為企業提供一種從整體上實現對產品生命周期中各階段相關信息、過程和資源進行優化管理的解決方案，是航空發動機制造企業信息化必由之路，也是國內復雜產品制造企業信息化發展過程中面臨的重大挑戰。

基于多信息系統下的企業PLM構建方法與總體框架

    PDM是管理所有與產品相關的信息和過程的技術,應用中偏重于設計（產品、工藝、工裝設計等）領域。PLM管理的范圍超越PDM的工程領域，擴展到市場、生產、銷售及售后等全生命周期,并包括產品全生命周期中所有知識及復用管理。在PDM基礎上，PLM延伸到制造、服務等全生命周期管理，并將企業智力資源作為重要管理內容。

1 構建方法

    以PLM軟件為IT框架核心，以企業PDM、ERP、MES、IQS等信息系統的業務過程與數據管理為基礎，企業制造數據管理中心將產品制造數據管理整合于統一的平臺，以基于BOM的產品數據管理信息模型為數據組織與關聯的中樞，以ESB（企業服務總線）為數據交互的橋梁，構建多信息系統網絡分布環境下邏輯統一和集成化的企業PLM平臺，實現企業從設計、工藝、采購、加工、裝配、試車和售后服務等發動機產品全生命周期過程、數據和智力資產的管理。

2 總體平臺框架

    基于多信息系統網絡分布環境下的企業PLM平臺框架如圖1所示，該平臺主要通過制造數據管理中心的構建和協同集成方式來實現（說明：實箭頭標識為企業園區網內部連接，虛箭頭標識為企業園區網與外部制造協同數據的交互）。

圖1 基于多信息系統網絡分布環境下的企業PLM平臺框架示意圖

    （1）以貫穿發動機全生命周期的BOM（設計BOM-工藝BOM-中性BOM-制造BOM-維護BOM）管理為主干進行數據組織、關聯和整合，構成以發動機臺份實物產品為核心的制造數據管理。

    （2）企業管控中心、ERP、MES等業務信息系統通過ESB實現與制造數據管理中心的信息交互和數據歸檔。

    （3）對分散在企業外部的產品制造協同數據（原材料采購、產品設計、外委件制造、客戶產品使用等數據）通過企業相應業務管理系統的采集，統一歸檔到制造數據管理中心，形成一個覆蓋航空發動機全生命周期的制造數據管理。

    （4）對發動機產品研制過程的制造工程知識進行管理，進而實現企業PLM平臺對發動機產品研制過程、數據和智力資產的統一管理。

    （5）對發動機產品全生命周期制造數據進行規范化定義與管理，為企業全面實施基于PLM的制造數據管理提供重要基礎和保障。

企業PLM平臺實現的關鍵內容與挑戰

    在企業PLM平臺構建總體框架下，從信息技術視角看，實現企業PLM平臺的關鍵內容是發動機產品數據管理信息模型、數據規范化和數據采集模型定義等。產品數據管理信息模型定義解決數據組織、轉化、關聯及應用管理的問題；數據規范化解決數據表達一致性和集成共享問題；數據采集模型解決數據來源與維護問題。

1 發動機產品全生命周期數據管理信息模型

    發動機研制過程中，大量、多樣化及全生命周期產品制造數據的組織、轉化、關聯和層次管理信息模型是企業PLM平臺數據管理實現的核心，是確保企業PLM數據流暢通、數據源唯一、數據統一管理的關鍵與重要基礎。

（1）基于臺份BOM的數據組織信息模型

    BOM是研究產品數字化數據的產生、加工、拓延、控制和管理的重要組成部分。BOM是發動機產品數據管理的組織核心，發動機研制過程中產生的各類數據將基于發動機各階段形態的BOM進行統一管理。

    企業PLM制造數據的管理和記錄將以臺份實物產品為核心進行組織和管理，所管理的數據將包含設計、工藝、工裝、加工、裝配、材料、檢驗、試驗、質量、試車、維護與服務數據等，不同臺份分別記錄不同實做零部件所關聯的設計數據、工藝數據、制造數據和維護數據等，見圖2。

圖2 臺份BOM數據組織信息模型示意圖

（2）BOM的轉化和關聯信息模型

    BOM信息伴隨著產品全生命周期演變和生產經營管理業務域不同而產生、傳遞和演變，如圖3所示。伴隨產品在全生命周期過程的變化，BOM經過了設計BOM、工藝BOM、質量（中性）BOM、實物BOM和服務BOM等演變；伴隨生產經營管理業務域不同，BOM經過了設計BOM、工藝BOM、制造BOM及由制造BOM衍生的計劃BOM、采購BOM、成本BOM等演變。

圖3 產品BOM產生、傳遞和演變過程示意圖

    利用Teamcenter PLM平臺數據管理功能，用面向對象的數據管理工具實現設計BOM→工藝BOM→質量（中性）BOM→實做BOM→維護BOM的轉化和關聯，實現基于BOM的制造實物數據與產品定義虛擬數據的關聯與管理，進而實現各階段發動機產品制造數據之間的橫向關聯與管理。圖4為質量BOM、實物BOM、維護BOM之間轉化與關聯的信息模型示意圖。

圖4 BOM轉化與關聯管理信息模型示意圖

（3）制造流管理信息模型

    零部件在加工/裝配過程中經歷的所有工序構成一個連續流，即“制造流”。由于企業工藝規程是按不同專業單位分別編制的，同時在零部件加工前可能有工藝超越，在加工過程中可能有返工、返修等臨時的工藝卡片，在制造過程中可能有分批的情況發生，因此制造流可能與工藝規程的工序流有較大差異而與真實物流保持一致。制造流管理信息模型如圖5所示。

圖5 制造流管理信息模型示意圖

（4）數據縱向關聯管理層次信息模型

    企業制造數據管理中心對發動機制造關鍵結論數據“直接”管理，并通過系統信息共享機制實現關聯的試驗和輔助制造信息的查詢與利用，將物理上分布的企業產品數據形成邏輯上的統一管理，圖6為全局制造數據縱向關聯管理的層次信息模型。

圖6 全局制造數據縱向關聯管理的層次信息模型

（5）發動機產品全生命周期數據管理

    通過BOM的轉化與關聯，制造數據管理中心實現各階段發動機產品制造數據的橫向關聯管理；通過層次信息管理，實現信息系統間發動機產品制造數據的縱向關聯管理；通過將制造流與零部件和制造節點的關聯，實現實物BOM→實物零部件→制造流→制造節點→制造過程數據的貫通關聯管理。通過上述制造數據的關聯管理，可實現發動機產品制造數據的有效組織、差異對比和可追溯性；通過制造流與制造數據的結構化，可實現發動機產品制造過程的質量統計與分析，提供產品質量改進和決策信息。圖7是通過實物BOM→實物零部件→批→制造流→制造節點→制造數據關系對產品制造數據查詢的示例。圖8是通過發動機故障→某位置葉片故障→葉片材料問題→同材料所有實物零件→在制品/在服役/備件查詢實現對產品制造質量追溯的示例。

圖7 制造數據查詢示例

圖8 制造質量追溯示例

2 數據規范化

    數據規范化是數據模型細化到一定層次時對數據定義的需求。美國著名數據管理專家威廉·德雷爾在專著《數據管理》中總結了數據管理標準化方面的經驗,他的名言是:沒有卓有成效的數據管理，就沒有成功高效的數據處理，更建立不起來整個企業的計算機信息系統。數據不規范，企業PLM制造數據的統一歸檔、共享和管理就不可能實現。信息化過程要求企業實現流程規范、操作規范和數據規范的統一。

    由于復雜產品制造數據具有多樣性、多態性及復雜性等，數據規范化成為復雜產品制造企業信息化過程中的一個很大挑戰，其中制造集成數據的規范定義與管理是企業PLM實施的重要基礎內容。

（1）集成數據的規范定義

    企業PLM集成交互數據的規范定義重點是梳理企業全局業務數據，并結合相關數據實施標準（國家標準、行業標準和企業標準等）來開展相關數據規范定義，其主要工作內容包括：

    ·面向業務主題的數據管理范圍與粒度大綱確定；

    ·用戶視圖（如表單類數據）應用分析與分類定義；

    ·集成交互數據（主數據、業務數據）的規范化定義；

    ·數據定義、生成、存儲、應用和維護方法與制度的建立。

（2）數據規范化管理

    在企業制造數據規范一致性定義和維護制度的基礎上，建立用戶、用戶數據視圖、業務數據元素定義、企業（主）數據字典間結構關聯關系，借助信息技術構建企業數據規范化管理平臺，實現企業“就源取數”規范化管理的落實，其平臺架構與關系見圖9。

圖9 企業規范化“就源取數”管理平臺示意圖

3 數據采集管理模型

    建立企業PLM平臺信息系統數據安全、準確、完整和及時性共享與傳輸機制，通過企業制造數據管理中心實現與ERP、MES、IQS等業務系統的信息集成，實現企業產品制造數據的統一歸檔、共享和管理。圖10為制造數據管理中心與其他業務系統集成數據采集總框架模型，圖11為制造數據管理中心與其他業務系統集成采集接口數據。

圖10 數據采集總框架模型

圖11 制造數據管理中心與業務信息系統集成采集接口數據

結束語

    本文結合航空發動機產品制造企業PLM相關實踐的探索，研究了復雜產品制造企業PLM構建方法，重點提出了基于企業多信息系統環境下實現PLM平臺的總體思路和框架，并闡述了基于BOM關聯的產品數據組織與管理信息模型、基于分布式系統邏輯統一的數據層次關聯與采集的管理模型、數據規范化管理等企業PLM實施的關鍵內容、可行方法和局部示例。

    大型復雜產品制造企業PLM的實施需要企業頂層規劃和系統工程方法，具體實現則還需要對多方面的內容和難點進一步研究，以推進中國制造業信息化建設。

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本文標題：復雜產品制造企業PLM構建方法研究

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