引言
工程變更是制造企業生產經營活動中貫穿產品整個生命周期的一項重要活動，在市場瞬息萬變的今天，制造型企業面臨更多、更頻繁和更復雜的變更，這些變更始于不同的原因。航空產品結構復雜，組成零部件多，產品開發和制造流程復雜，當客戶需求更改、供應商發生變化、設計錯誤、產品開發流程和開發計劃調整、產品出現質量問題、產品生產制造過程中發現問題和產品版本升級或新產品的引入等，都可能提出工程更改的需求。如何有效管理航空救生產品研制過程中的變更管理，追溯變更影響范圍，高效地實現變更管理，是航空企業實施PDM系統的重點和難點。本文對航宇救生裝備有限責任公司（以下簡稱“航宇公司”）產品開發過程中的工程變更管理業務、工程更改管理的實施和應用進行了深入分析，并以Windchill為基礎，全面闡述工程變更的特性和一般性的數字化管理方法，并結合航宇公司的實際運轉情況，在該系統中建設了多用戶的工程變更決策流程支持環境，構筑一個基于Windchill的PDM工程變更管理平臺，為航宇公司產品實施PDM更改管理和建立可行的變更管理機制提供了一個切實可行的解決方案。
1 工程變更的技術分析
1.1 工程變更的含義
變更是一個廣義的概念，所謂工程變更，指的是針對已經正式投入生產的產品所構成的零件進行的變更。就變更發生的范圍而言，它有可能是企業發展戰略的變化，企業組織機構的轉變，產品開發策略的改變；也有可能是一個零部件的設計變更，一次設計任務的變更等。在產品生命周期中，工程變更是一項必要的、經常性的活動。通過PDM 系統管理工程變更的數據，控制工程變更的過程，可以做到縮短工程變更周期，降低工程變更成本，減少變更錯誤。
1.2 工程變更的原因
提出工程變更請求的原因多種多樣，并常常具有一定的緊迫性，一般可以歸納為：
1)用戶需求發生更改；
2)替換難以獲得的外購件；
3)修正產品設計中的錯誤；
4)提高可生產性，降低生產成本；
5)改善產品性能；
6)開發新產品需要多次修改、試驗比較。
可見，工程變更是產品開發和生產過程中難以避免的重要工作。
1.3 工程變更的控制
1)工程變更控制應遵守如下原則：
a)嚴格更改的審批權限，通過網絡加速更改信息的傳遞；
b)收集訂購方、設計、管理、生產等各方面的意見與建議，考慮成本、進度、技術等因素，合理確定工程更改方案；
c)全面評估工程更改的影響，在更改發出前完成協調，保證各相關CAD文件之間的協調性；
d)采用數字化預裝配等方法，優化設計，減少工程更改的次數；
e)更改中應明確對在制品的處理，在允許的情況下，減少報廢。
2)工程變更控制流程
變更控制的目的不是控制變更的發生，而是對變更進行管理，確保變更有序進行。為執行變更控制，必須建立有效的范圍變更流程，它對管好項目至關重要。變更控制流程主要包括四個關鍵控制點：授權、審核、評估、確認。在變更過程中要跟蹤和驗證，確保變更被正確執行。工程變更控制流程以計算機技術為依托，變更啟動者啟動流程后，流程封閉，過程中信息流連貫，各個環節節點都能得到變更反饋，各參與角色都能確定變更問題的來源，且流程設置監控和評審環節，來決定是否真正需要變更。因而有些變更是盲目的，缺乏計劃和審核措施，更改頻率高，甚至出現錯誤的變更。具體流程如下圖：
圖1 流程圖
2 目前工程變更管理中的問題
2.1 目前變更主要存在的問題
航空救生產品開發和制造過程中的更改是一個不斷重復的過程，更改涉及到了設計、工藝、采購、制造、工裝和銷售等多個部門。因此，工程變更管理是航宇公司基于PDM的技術管理信息化建設實施的重點工作。以往手工變更的方式很難有效控制數據的變更和變更追溯，信息不能及時發布，造成生產數據前后不一致，從而影響企業產品質量。實施PDM系統前的主要現狀：
1）更改流程復雜，更改時間較長。航宇救生產品（比如彈射座椅）具有研制周期長、零部件數量多、產品結構復雜和批次生產數量少的特點，產品特點決定了產品更改流程的復雜程度，使得更改過程復雜、審核過程嚴格，更改所經歷的部門多。在傳統的管理模式下，航宇公司采取臨時變更和正式變更的方法，臨時變更主要針對正在生產的批次產品，正式變更主要針對產品由于設計錯誤或設計缺陷造成的永久性更改。由于缺乏信息技術的支持，難以對變更過程和時間進度進行有效控制和管理。
2）產品更改頻繁。客戶需求更改、供應商發生變化、設計錯誤、產品開發流程和開發計劃調整、產品出現質量問題、產品生產制造過程中發現問題和產品版本升級或新產品的引入等都有可能發生變更。
3）缺乏更改影響分析手段，易造成產品信息的不一致。座椅產品研制過程牽涉的部門和人員多，變更活動往往影響面很大，如在BOM的更改中，由于同一零件可能在同一產品BOM和不同產品BOM中使用多次，零件和設計文件、工藝文件和制造文件之間也存在多種關聯，如果缺乏分析和檢驗手段，更改將可能造成不一致。
4）工程變更流程缺乏監控和評審環節。缺少必要的評審環節來決定是否真正需要變更，甚至由于缺乏相應機制，設計師變更不經過評審環節直接進行變更。因而有些變更是盲目的，缺乏計劃和審核措施，造成更改頻率高，甚至出現錯誤的變更。
5）難以控制產品數據更改版本。由于座椅產品結構復雜，零部件數量多，某一專業室更改都會影響其他專業室設計的更改，產品對應數據更改升版或變號都會造成零件的大范圍的變化，使得更改難以管理。手工更改控制模式難以提高效率和對版本機制的控制，所以需要借助PDM更改管理對更改機制和過程進行有效管理。
3 WINDCHILL系統中ECM的基本過程及對象模型
3.1 Windchill系統平臺概述
Windchill是美國著名軟件公司PTC(Parametric Technology Corporation)公司的PDM產品。它是第一個以Web為中心的企業級的PDM系統，它將Web的優勢帶入產品數據管理，被著名的電信公司朗訊(Lucent)定義為標準PDM平臺。從整體上來說，Windchill是一種B/S(Browser/Server，B/S)模式的3層體系結構：客戶端/服務器/數據庫。Windchill使用了以Web為中心的技術，用戶可以直接在公司內部網或外部網以及Intemet上使用Web瀏覽器進行工作，所以Windchill使用戶和管理員能方便地進行信息管理。這種靈活性和易用性方便地把合作伙伴、供應商和客戶帶進企業信息系統，而不用顧慮安全性、訪問能力或操作效率。
3.2 Windchill系統中ECM（工程變更管理）的基本過程
Windchill系統根據實際的工程變更需求，將EC（工程變更）的過程分為請求、評估、實施三個基本環節(如圖2)，左邊是一個復雜而完整的EC流程：首先獲得詳細的產品缺陷問題描述，這些問題可以來自企業內部(比如產品制造)，或者企業外部，比如產品銷售或用戶反饋，然后根據問題的大小和緊迫程度，決定是否提交正式的EC請求；重要的EC請求在實施之前需要進行評估。評估包括問題調查、原因分析、解決方案分析和變更建議四個步驟。即將問題調查單和問題描述一起發給技術人員來定位問題起因，組織專家進行討論，統一各方面的意見，并探討問題的解決方案。如果達成一致，且方案可行，則提出解決建議單，并向相關的部門和技術人員發出正式的變更實施單。變更實施單的提出，表明正式開始變更活動，通過一系列的更改流程，最終完成產品信息的更改。具體工作內容如下：
1)變更管理數據管理。簡單變更管理模式要求記錄：變更請求、變更通知單、所有執行的變更活動；復雜變更管理模式要求記錄：變更問題、變更請求、變更論證、變更論證分析、變更建議、變更建議分析、變更通知單、所有執行的變更活動等數據對象；
2)確定每個變更數據需要經歷的生命周期和審批執行流程，對于不同性質的變更，變更流程可能是不同的，需要根據變更性質不同選擇不同的審批流程；
3)變更活動的實施，執行變更活動過程中，對被變更的產品信息需要進行版本和有效性的控制。
圖2 實施基本環節
3.3 ECM（工程變更管理）的對象模型
PDM系統中的變更對象和模型一般包括：
(1) 變更事項(Change Issue)是指用來描述一個問題；
(2) 變更請求(Change Request)是指發起一個正式的產品變更過程；
(3) 變更調查(Change Investigation)是用來識別變更請求中提出的問題的原因；
(4) 變更提議(Change Proposal)，它包含關于一個或多個建議的解決方案和分析活動，來給出詳細的信息；
(5) 變更單(Change Order)是對現有的部件或文檔進行變更，可以包括一個或更多的具有更詳細的進行變更指令的變更活動；
(6) 變更分析(Analysis Activity)是分析活動，記錄分析的結果和詳細描述；
(7) 變更活動(Change Activity)，包含要執行的完成變更命令和解決在具體變更請求中確定的問題的指令。用7個變更管理的數據對象，來保存變更過程的信息。
4 基于WINDCHILL的變更管理實現
4.1 工程更改業務過程梳理
航宇公司產品（這里專指座椅產品）開發主要總體室、系統室、火工動力室、綜合保障室四個專業室組成，在座椅產品研制過程中，不同專業室有著不同種類的更改。如一般性圖紙的修訂更改、臨時業務更改、外來引進技術更改、客戶需求更改和制造部門反饋和為了適應生產需要的更改等，這些不同類型的更改在不同的設計專業室中進行管理。每個設計專業室都從自身設計利益出發進行更改，這樣造成更改類型和更改流程增加。因此，航宇公司在實施基于Windchill的PDM系統過程中，為了簡化更改過程，對各設計專業室不同種類的更改業務進行了梳理和整合，制定了新的工程更改標準和更改流程，簡化產品數據管理，采用統一的更改單格式、統一文檔和統一管理。PDM系統中的產品數據管理功能為更改簡化數據管理和統一標準提供了有利機制，大大簡化了更改管理。
4.2 座椅產品工程變更業務過程分析
航宇公司對各設計專業室不同種類的更改業務進行了整合和簡化，結合PDM管理思想，對手工變更方式進行了優化，對變更過程進行了定義和規范，優化后的變更過程主要由變更申請、變更評估、變更實施和變更發布四個關鍵過程組成，如圖3所示。考慮變更難易程度的不同，把更改過程主要分為復雜變更過程和簡單變更過程。復雜變更過程是一個完整的工程變更，需要根據變更的需要提交變更申請，變更評估組分析問題起因，提出問題解決方案和建議。變更實施組負責發布正式變更單、修改相關技術文件和技術文件提交審核流程進行審核。變更發布組負責變更信息的及時發布和通知，接收單位接收到變更消息后及時反饋給變更人。簡單變更過程適用于緊急變更或簡單問題的變更，該過程省略了變更評估的環節，因而大大提高了變更的速度。
4.3 工程變更的實施
從面向對象的思想出發，在WINDCHILL系統中將整個變更管理系統的業務對象主要抽象為以下三個：PR(Prob1em Report)問題報告，ECR(Engineering ChangeRequest)程變更請求和ECN(Engineering Change Notice)，工程變更通知。所有的對象類都繼承PDM中的任務基類。這樣在變更流程運行中。各個對象都會以任務的形式在各操作者之間傳遞相關的數據。其具體過程如下：
每一個變更流程都是由原因所驅動的，提出的ECR則代表一個完整的變更流程。在ECR評審階段可以利用配套更改檢查工具對變更的影響做出全面的評估，再將不同的評估任務分配給不同的ECE流程去完成，不同的ECE流程問的關系是并行的，這樣可以縮短變更的整個周期，對變更進行全面、完整的評估；ECR按ECN建議的變更解決方案按負責團隊的不同分配不同的ECO（工程變更單）：不同的設計團隊可以并行的執行ECO流程，這時可以在團隊范圍內對變更的影響再次進行確定，并將變更的任務分配給具體的工程師，多個并行的相關的ECA（工程變更活動）流程在ECO的協調下進行，以保證ECA流程間的同步性，在相關的ECA完成后，由ECO將變更信息發放到生產環境中，保證生產部門得到的是完整的變更數據。最后，在所有的ECO流程完成后，一個完整的由ECR發起的變更流程才最終結束。變更業務流程如下：
圖3 變更業務流程圖
5 結論
工程變更管理涉及企業技術和管理等較深層次的問題，PDM更改管理為企業技術管理信息化的實施和應用提供技術手段和支撐平臺。企業需結合產品特點、產品開發和制造業務流程制定合適的工程更改管理機制和更改流程，確保產品數據的完整性、一致性、有效性和可跟蹤性。使得與產品研制有關的人員能夠在并行的工作方式下及時獲取最新的有效數據，減少工程更改次數，縮短更改周期，從而提高產品質量，減少產品研制成本。
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