面向复杂产品研制的数字化技术状态管理系统

韩皓睿，申雪儿，许 瑞

（北京机电工程研究所，北京 100074）

1 引言

20世纪60年代，随着复杂装备系统工程研制发展，技术状态管理概念逐步发展形成为一门工程管理科学。技术状态管理方法最早成功应用于波音公司的747飞机项目，支撑其多型产品并行研制。在20世纪80年代后期，随着装备产品复杂性不断提升，我国提出了装备产品技术状态管理要求，目前国内航空航天等军工单位主要执行GJB 3206A—2010《技术状态管理》。技术状态管理是在产品全生命周期内，确保并维持产品的功能特性、物理特性与产品需求保持一致的管理活动，主要包括技术状态标识、技术状态控制、技术状态记实和技术状态审核。

北京机电工程研究所是复杂装备的总体设计单位（以下简称A单位），产品研制呈现多类型、高并发、小批量的特点，随着产品多系列多状态并行研制情况的不断深入，技术状态管理工作量越来越大、协调难度越来越高，传统的技术状态管理方式已不能有效满足新形势下复杂产品快速研制要求，因此需要借助信息化手段构建数字化的技术状态管理环境。为解决上述问题，本文主要面向产品工程研制阶段，提出了基于产品结构和批发次有效性的技术状态管理方法，通过二次开发形成数字化技术状态管理功能软件，提供技术状态项标识、产品结构树管理、产品基线管理等手段，保障产品技术状态标识清晰、准确、完整，并依靠电子流程控制技术状态更改、偏离等活动，确保产品批发次技术状态信息受控、完整可追溯，支持技术状态管理人员对产品状态进行把控和管理。

2 PDM支撑技术状态管理的基础功能

PDM系统作为产品协同研制数据及过程管理平台，具备多类型数据版本管理、数据更改管理、数据关联追溯、数据查询筛选等功能，可控制产品数据的有效性和可追溯性，一定程度上支撑了产品技术状态管理活动。现梳理PDM系统支持技术状态管理的基础功能。

2.1 灵活的产品数据模型和关联关系

多类型的业务数据模型不仅是产品数据管理的基础，也是技术状态管理的底层结构。产品生命周期内生成的技术文件类型较多，按照文件内容形式，在系统中将技术文件划分为零组件、技术文档、单据等类型。PDM系统提供了灵活的数据模型配置方法，支持根据业务需求定制化配置数据模型，不同类型的数据模型由数据对象、数据版本、属性表、数据集、BOM视图、状态对象等内容组成。

各类数据通过灵活的关系进行组织关联，系统支持定制化配置数据间的关系将同类或不同类的数据对象、数据版本进行关联。关联关系有效保障了各级技术状态文件间的可追溯性，常见的关系有引用、使用、版本、规格、表现、更改等。以更改单对象为例说明数据模型关联关系如图1所示。

图1 更改单数据类型及关系示例

2.2 可定制的工作流审批控制

PDM系统内置了灵活可配置的工作流引擎，支持按照业务要求定义流程模板对技术状态数据进行审批、发放和控制，并有效驱动任务相关人员在系统中对目标数据进行确认把控。通过工作流对模型图样、技术文档、单据等技术状态文件进行流转和发放，严格、及时地处理技术状态更改、偏离等申请，有效支持了技术状态控制活动。同时，通过流程模板的配置与定制化开发，可实现图文档的电子签署。

2.3 精确的数据版本管理

精确的版本管理是对各类型技术文件进行技术状态标识的保障，一方面数据版本记录产品研制过程中技术状态文件的更改与修订，并通过关联关系对更改情况进行汇总和展示，另一方面，通过大、小版本的生成规则控制数据版本变化，PDM系统规定通过数据修订生成大版本，通过数据检出检入生成小版本，用户只需关注大版本的数据有效性，避免了版本混乱造成的产品技术状态失控。PDM系统中数据版本模型关系及生成逻辑如图2所示。

图2 PDM系统数据版本管理逻辑

3 A单位技术状态管理现状和需求

国家军用标准要求在复杂装备产品方案论证阶段、工程研制阶段、设计定型阶段、生产定型阶段、批量生产阶段、使用保障阶段全寿命周期实施技术状态管理，其中A单位技术状态管理主要管控了从方案阶段到批生产阶段的产品状态。各阶段具体业务活动和输入输出内容详见GJB 3206A—2010附录。

A单位作为总体设计单位，业务基本覆盖从方案论证阶段到设计定型阶段的各个环节，主要包括可行性论证、总体方案设计、机电液分系统详细设计、联调仿真、试验验证等研制活动。自GJB 3206A—2010发布以来，A单位始终执行国军标要求，建立了企业质量体系管理要求和技术状态管理程序文件，规定了产品文件标识和记录的方法，提出了产品文件更改与偏离管控的具体要求，在研制过程中实施技术状态管理。针对A单位产品研制业务过程和要求，梳理了技术状态管理过程和范畴，如图3所示。

图3 A单位产品技术状态管理过程与范畴

在信息系统方面，A单位于2013年实施上线了西门子TeamCenter软件作为PDM系统，经过多年的系统建设完善和应用推广，实现了大部分在研产品的图文档一体化管理，有效提升了产品协同研制效率、降低了工程数据管理成本。但是PDM系统基础功能无法完全替代传统管理文档在产品技术状态管控的作用，需要依据实际业务需求提出有效的数字化技术状态管理方法并开发相应软件功能。

对照图3的技术状态管理过程与范畴，基于PDM系统基础功能和应用特点，可以通过信息系统实现的技术状态管理业务活动和功能见表1。

表1 A单位技术状态管理活动与软件功能需求

4 基于PDM的数字化技术状态管理

PDM系统虽然在一定程度上支撑了技术状态管理活动，但还无法全面覆盖技术状态管理的业务需求。对照表1中A单位技术状态管理业务活动与信息系统功能需求，本文基于PDM系统基础功能提出了一套数字化技术状态管理解决方案并通过系统的二次开发建设软件功能，既保证满足现行管理体系要求，又与实际业务管理活动相适应，并根据用户使用习惯进行了一些操作的简化。数字化技术状态管理软件功能架构如图4所示，在项目管理、数据模型等基础功能上二次开发形成数字化技术状态标识、控制和记实功能，并为技术状态审核提供依据。

图4 数字化技术状态管理软件功能架构

4.1 技术状态标识

按照技术状态标识的管理要求，型号管理人员需依据研制程序，完成产品技术状态管理策划，规划并确定产品分解结构、标识技术状态项、编制技术状态文件并进行有效性标识、适时创建基线等活动，业务简化流程如图5所示。

图5 技术状态标识业务简化流程

数字化技术状态管理系统支持产品技术状态管理人员（型号总体专业）创建产品结构树、维护产品批发次有效性，产品研制人员基于产品结构树和有效性对技术状态文件进行标识，型号总体依据产品不同有效性下文件齐备情况，梳理技术状态文件清单并进行基线管理。

（1）产品结构管理

产品结构树是型号技术文件管理的组织核心，用于表述型号产品分解结构，以树状结构按照产品配套级次划分。系统提供产品结构树节点的创建、维护、下发等功能，支持用户对型号分解结构进行灵活管理，并标识各子节点是否为技术状态项。型号人员可基于产品结构树进行各类文件关联管理，如图6所示，形成产品数据组织、标识和展示的结构体系。

图6 基于产品结构管理技术状态文件

（2）有效性标识管理

批发次有效性是产品数据版本生效的明确限定，用于规定产品的多种状态。根据A单位产品特点，在系统中将有效性标识定义为阶段、状态、批次、发次等字段的集合，并支持型号总体新建、维护、导入、导出有效性，有效性示例见表2。

表2 技术状态有效性标识示例

（3）技术状态文件标识有效性

通过在产品结构树节点上灵活关联文件版本进行文件组织管理，这将导致同一节点下不同技术文件版本配置的情况。系统支持对文件版本标识明确的批发次有效性，确定文件生效的状态，实现技术状态文件标识。系统支持一个文件版本标识多个有效性，文件版本与技术状态标识的关系如图7所示。

图7 技术状态文件与有效性关联

基于技术文件标识有效性，可过滤生成型号不同有效性下配套文件清单，支持管理人员把握型号不同状态的文件完备情况。

（4）技术状态基线管理

基线是产品研制过程中某阶段节点、某状态下数据、状态及其组成关系的固化，是对产品特定时间下研制状态的快照。基线与有效性是多对一的关系，一个有效性下可创建多个基线。系统提供基线管理功能，支持用户选取有效性创建技术状态基线，抓取该有效性标识的所有的文件版本，标定生成一个基线对象，基线对象与产品结构树节点、有效性标识、技术文件关联关系如图8所示。

图8 基线对象与其他数据关联关系

4.2 技术状态控制

技术状态控制需要贯穿产品研制全过程，对产品更改、偏离、让步申请进行控制和执行。面对研发过程中数量庞大的更改单、技术通知单、现场问题处理单等技术状态变更、偏离申请，需要利用信息化手段进行更改/偏离单管理、审批、闭环，以提高技术状态控制效率并加强控制管理。

（1）技术状态更改控制

技术状态更改是指在项目研制过程中对已受控的技术文件所做的更改。按照影响程度，GJB 3206A—2010将技术状态更改分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类，其中Ⅰ类和Ⅱ类技术状态更改应先完成技术状态更改申请，更改申请通过审批后，才允许设计人员提请具体更改，Ⅲ类技术状态更改由于其影响程度较低可直接提请更改，为汇总说明更改内容用户需按照更改信息编制更改单。系统支持用户对已受控文件版本发起更改，并识别内容是否包含Ⅰ类和Ⅱ类更改，按照更改类别规范技术状态更改活动。通过将更改申请报告、更改单等新编文件与更改前、更改后文件按照既定关系进行组织管理，实现更改信息的追溯和回查。更改申请和更改单都严格执行审批流程，确保更改的正确实施。

（2）技术状态偏离控制

技术状态偏离是指产品制造之前，对该产品在指定时间范围或数量内不执行其现行有效文件要求进行制造的一种书面认可。系统支持用户对已受控文件版本编制技术通知单、现场问题处理单等偏离申请，通知单、处理单和有效现行文件按照既定关系进行组织管理，便于偏离信息追溯和查看。系统通过配置工作流控制偏离申请文件严格执行审批流程，确保偏离的正确实施。

4.3 技术状态记实与审核

（1）技术状态记实

PDM系统数据查询和筛选功能可有效解决技术状态记实的部分问题，如用户通过关联关系追溯各级各类型技术状态文件，并通过强大的搜索引擎准确有效查询产品技术状态记实信息。

PDM系统技术状态记实相关功能复杂、易用性较差。为解决这一问题，作者基于系统基础功能和各类型技术状态文件定制开发技术状态管理视图，将型号产品结构树、技术状态文件、文件有效性标识、输入输出文件清单、技术状态基线等信息在视图中进行统一展示，并提供查询搜索功能，方便型号研制人员全面、快速、准确地获取产品分解结构、产品技术文件、产品技术状态项等技术状态信息。另外系统支持将更改单、偏离单与工艺执行任务进行关联，工艺人员可在系统中反馈更改、偏离申请的落实情况，实现技术状态更改、偏离的闭环管理。

（2）技术状态审核

国家军用标准规定产品技术状态审核包括功能和物理技术状态审核。PDM系统只能为技术状态审核提供产品研制文件、过程和状态等依据，技术状态审核活动需要在线下开展，用户可根据审核结果在系统发起技术状态更改。

5 结论与展望

技术状态管理是支撑复杂装备多型号多状态并行研制管理的有效手段，本文梳理了PDM系统支撑技术状态管理活动的基础功能，并着眼产品数字化技术状态管理需求，结合A单位实际情况提出了信息化方法与实现方式，通过定制化开发软件模块，为产品技术状态标识、控制、记实等活动提供了信息化支撑环境，提供了较为全面的技术状态标识功能，有效管控产品技术状态更改与偏离活动，并通过数据搜索和汇总视图提升了技术状态记实和审核效率。目前该系统已经应用于A单位部分产品型号，明显提升了产品研制过程中技术状态管理的准确性与工作效率。

随着复杂产品研发模式从基于文档的系统工程向基于模型的系统工程（MBSE）转变，后续需研究MBSE模式下型号产品技术状态管理方法与数字化 手段。