0 引言
PLM(Product Lifecycle Management)作為當今企業實現設計、制造、管理信息一體化的重要技術，是為滿足制造業對產品生命周期信息管理需求而提出的一種新的管理模式。它主要對企業中與產品相關的信息（包括產品規范、電子文檔、CAD文件、產品結構、存取權限等）和過程（包括工作流程的定義與管理、審批/發放流程、工程更改流程等）進行管理。
工藝設計是產品生命周期的重要組成部分，是連接設計與制造的橋梁，包括工藝設計方法與工藝設計過程管理；企業多數重視設計方法而忽視了工藝設計過程管理。對工藝文件繁多、工藝路線復雜、設計周期較長的產品（如葉片、箱體等），很容易造成工藝文件簽審流程混亂、簽審信息不正確；流程進度不明確，因此，過程管理顯得尤為重要。本文結合某葉片制造企業在工藝設計過程中出現的具體問題，在分析研究企業工藝設計流程基礎上，構建流程模型，運用PLM軟件實現對工藝設計過程的管理。
1 企業需求分析
葉片是渦輪機、汽輪機、壓氣機等設備的關鍵零件，其制造企業多為多品種、小批量生產模式，決定了產品類型更換頻繁，要求制造企業在保障質量的基礎上快速響應市場，提高工藝設計效率，按時投產、按期交貨。由于葉片為非規則零件，種類繁多、加工精度要求高、工藝設計過程復雜，不僅要求有先進的工藝設計方法、豐富的設計經驗，還要求有先進的管理技術、管理水平。隨著CAD/CAPP技術發展，以及多年設計經驗積累，該企業設計方法顯著提高，但是在過程管理方面面臨以下問題：①實際工作中，管理層已經制定合理的設計流程，由于工藝文件簽審流程繁多，造成文件簽審混亂，即出現“兩層皮”現象；②文件簽審過程中，由于采用人工簽審方式，文件簽審信息與實際簽審人不符現象不可避免，即“文實不符”，出現產品質量問題，無法明確責任；③設計進度不明確，計劃與實際進度相偏離。
1.1 PLM功能概述
PLM系統遍歷從產品概念到報廢整個過程，實現問題可追溯，設計進度實時監控。其體系結構如圖1所示，PLM系統基于數據庫與網絡，管理設計過程中的相關技術文件、工作流程、權限控制、系統集成等內容，為用戶提供數據共享平臺，為企業實現信息化、集成化提供前提條件。
圖1 PLM體系結構
在流程管理方面，PLM提供適合多數企業可配置的工作流管理模塊，用戶可根據企業現狀自定義工作流程模板，固化流程；結合產品數據管理，實現文檔管理與簽審流程無縫集成。
1.2 葉片工藝設計任務
葉片工藝設計任務主要是指工藝文件的編制、簽審，較之其他產品更為復雜。該葉片廠技術中心包括：鍛件開發部、葉片開發部。前者負責熱加工，包括：鍛造、熱處理、表面處理等。后者負責機加工，包括：銑削、磨削、特種加工（線切割、電火花加工等）、釬焊、拋光處理等。由此可知，一類產品工藝包含幾十道工序，需要完成多種類型工藝文件編制任務。工藝路線復雜，設計周期較長，技術產物繁多。為了實現設計任務可追溯、設計進度實時跟蹤，引進PLM是企業的迫切需求。
因此，基于PLM的葉片工藝設計過程研究是十分必要的，也是企業實現與ERP、MES等其他系統集成的前提條件，實現企業信息化的關鍵所在。
2 葉片工藝設計流程分析
2.1 工作流技術與工藝設計流程分析
工作流技術主要針對日常工作中具有固定程序的活動而提出，是PLM管理中的關鍵技術。其主要目的是將一個具體工作分解成多個任務，通過一定規則和過程，實現任務的執行和跟蹤、責任的可追溯性。對企業而言，完成產品或者零部件工藝設計，可將設計對象按照企業組織結構劃分為部門任務，再進一步劃分為任務元，即具體工藝員所要執行的任務。
在PLM系統中，每個任務都有與之相關的創建者、審核者和執行者，都有以任務的生成、審核、分派、執行、提交以及歸檔為流程的生命周期。根據任務（如機加工工藝規程編制）指派系統中的流程模板，選定合適人員完成流程中某個節點任務。因此，在定義流程模型之前首先要分析優化企業工藝設計流程（以機加工為例）。如圖2所示，葉片工藝設計流程。
從圖2可知，市場部獲得客戶資料后，將資料移交至兩部門負責人審查，根據企業現階段加工設備、加工技術，判斷是否可行。這中間必然要考慮兩部門工藝需求，即會有一個冷熱交接過程，從而保證整個產品工藝可行性。
圖2 葉片工藝設計流程
由于該企業主要負責加工，葉片的設計參數由客戶提供。開發部計劃人員將任務分發至主管工藝員，工藝員根據客戶提供的參數，進行產品造型；技術部門為防止造型錯誤、提高造型準確度，往往交由兩個工藝員參與造型，包括一位主管工藝員，一位程序員；程序員負責數控加工程序編制，因此也必須了解葉片相關信息。創建臨時造型Ⅰ，臨時造型Ⅱ，之后交由專職校對員對兩造型進行檢查比對，無誤后確定正式造型。
當產品造型確定后，編制相關工藝文件，主要包括工藝方案、工藝規程、工裝明細、加工程序等文件。經標準化、批準后，將設計好的工藝文件下發車間進行新產品試制，如果在加工過程中發現技術問題，這時還要對工藝細節做適當修改，待整個產品加工生產完之后，將已修改的工藝文件歸檔，提升版次（如從1.00升至2.00），作為產品正式加工的指導性文件。
客戶設計信息向制造信息轉化過程中，傳遞介質是各種工藝文件；為保證信息的準確性，結合產品全生命周期各種信息（質檢、售后、生產等），考慮加工過程實際情況，必須經過各級部門負責人審批，作為正式文件下發。因此針對每一個工藝文件需要走相應簽審流程。
2.2 流程模型研究與構建
為保證實際流程在系統中實現，必須將連續的抽象的流程具體化、離散化。在流程設計上采用“自頂而下(Top-Down)逐層細化”設計思路。從宏觀上分析，整個工藝設計流程（主流程）可以劃為：客戶資料交接、冷熱交接、產品造型、工藝設計和工藝變更等多個父節點，如圖3所示。依據父節點將工藝設計過程分為相應幾個階段，父節點之間存在依存關系，前一節點輸出信息作為后一節點的輸入信息，即串行結構；各種工藝文件編制規范保證文件編制的可行性、準確性；企業設備、人員技術狀況作為節點任務的支持條件；每個階段均有相應的技術文件，作為該父節點的目標輸出。
圖3 葉片工藝設計流程模型
從微觀角度看，各父節點內部包括一個或多個子流程，子流程由多個子節點構成，如編制、校對、審核、會簽和批準等。各子節點在邏輯上的關系呈現多樣化：串行、串行反饋、并行。
以產品造型父節點為例，該父節點只有產品造型簽審子流程，如圖4所示，工藝人員創建葉片造型Ⅰ、造型Ⅱ之后，交由相關人員簽審，無論哪一節點拒絕，任務將回退到造型節點，否則將順利發布，生成正式造型；而對于工藝設計父節點而言，包括鍛造工藝規程簽審子流程、機加工工藝規程簽審子流程、工裝簽審子流程等。同一父節點中的多個子流程之間在邏輯上是“與”關系，即：只有所有子流程完成，該父節點任務才判斷為完成，并轉至下一父節點。
圖4 產品造型簽審子流程
系統中每個子流程中均有“開始”“完成”節點，表示任務流程的起始、結束。針對工藝文件（或任務）指派流程模板，并對流程中各節點指派人員。在子流程中設置“發布”節點，對流程中業務對象添加狀態。處于發布狀態的業務對象所有用戶不再具有更改權限，如果需要對業務對象進行更改或者重新發起流程，需要將狀態刪除或升版，這樣結合權限管理實現了圖文檔管理以及文檔變更管理。
對于有特殊要求的業務對象在設計流程時需要判斷該對象是否滿足所需的基本條件，設計流程時需要考慮設計分支路線，即：“True”路線，“False”路線，由系統內自動判斷條件。以工藝規程更改流程為例，在工藝規程修改完之后，需要標明文件中的更改內容，而包含變更內容的文件是工藝更改通知單，其中既有變更原因，如客戶資料更改、工藝路線更改；還包含變更類型、變更的具體內容。因此，在對更改之后的工藝規程發起流程時，必須將工藝更改通知單附加到工藝規程，兩者一起走變更流程。工藝變更簽審子流程如圖5所示，系統自動判斷，如果存在更改通知單，將執行“True”支路，否則執行“False”支路。在“False”支路中設置一“DO”（執行）節點，該節點負責添加更改通知，任意簽審節點拒絕后，文件退回到編制節點，要求工藝員修改。
基于上述流程研究，在流程底層節點上，保留責任人信息以及任務執行時間，任務執行信息依附流程存在，并通過屬性映射機制實現系統內電子簽名。
上述分析核心思想是以節點的形式將整個工藝設計相關過程分解為多個離散的子流程，逐層細化；每個父節點為一個設計階段，產生一個或多個交付物。如果在后續過程中發現前一個任務的交付物存在問題，回退給該任務的主要負責人，重新編制，并走相應流程。避免了整個設計過程變更，僅需針對其中問題交付物作修整即可，在實現流程跟蹤管理的同時較好地實現工藝的并行設計。
圖5 工藝變更簽審子流程
2.3 系統功能描述與實現
權限管理功能：按照企業組織結構，創建多個工作組(Workgroup)，包含若干用戶(User)；針對不同部門用戶指派增刪改查權限；系統中，對象所有權歸屬創建者，其他用戶無刪除權限；流程發起者可以是對象創建者，也可指派其他用戶。指派用戶后，只有被指派者能執行相關任務，避免他人代替執行。
流程可視化功能：用戶通過可視化工具，可直觀地查看任務簽審進度。為計劃員編制計劃分配任務提供依據，均衡主管工藝員的工作壓力。系統中，流程節點黃色表示任務正在執行，綠色表示已經執行，灰色代表尚未執行。如圖6所示。
電子簽名功能：采用面向對象技術，針對流程節點定義相關屬性，用戶執行任務過程，即是添加屬性值的過程。屬性映射機制將節點中的簽審信息（簽審人員、簽審時間、文檔信息）傳遞到技術文檔對應的屬性中。屬性映射需要與文檔模板結合使用。系統上線之前，定義帶有屬性的技術文件模板，如Office中自定義相關屬性、編寫屬性映射代碼；CAD文檔中創建塊(Block)，定義塊屬性。用戶在系統內執行簽審，確保簽審信息一致性，避免“文實不符”。
系統中用戶工作界面如圖6所示。
圖6 工藝變更簽審流程實現及用戶使用界面
3 結束語
將實際生產活動中連續抽象的流程離散化是能否在PLM系統中實現的關鍵。文章運用PLM流程管理理念與方法，并結合具體PLM軟件流程設計模塊，提出了“自頂向下，逐層細化”的流程分析方法，為流程在系統中實現提供了理論依據，并在系統實施中證明該方法可行性。在此基礎上，圍繞企業在工藝設計過程中具體問題，提出相應解決方案，提高了工藝簽審效率，保證了簽審信息準確性、一致性，使企業管理更加科學化、信息化、系統化，為即將開展的結構化工藝做好準備。
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本文標題：基于PLM的葉片工藝設計過程分析與研究
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