PLM 在核燃料元件制造业中的应用研究

甘德英，余 辉

（中核建中核燃料元件有限公司，四川 宜宾 644000）

PLM（Product Lifecycle Management）包括计算机辅助设计、辅助制造、辅助工程分析及产品数据管理4个方面（即CAD/CAM/CAE/PDM）。其主要用于产品开发与制造企业在产品规划、概念设计、详细设计、功能验证、制造、维护、改型创新等各个环节。在国内，PLM 系统得到了广泛的应用，如航空行业的飞机数字化样机、航天行业的神舟系列、铁道行业的3 次大提速、造船行业的船检系统、机械行业的甩图板工程等。PLM 的应用加快了设计生产制造等过程，推动了企业经济效益的提高[1]。

近年来，PLM 已推广至核电领域，国外西屋、阿海珐及国内中核[2]等公司均采用该方案管理设备产品研发设计。按照集团公司“加快推进核工业数字化、智能化转型”和精细化管理要求及公司新时代发展战略，公司根据多年的核燃料元件制造经验，探索基于PLM 系统的核燃料元件产品制造及工艺开发管理的应用，实现由PLM 平台驱动产品制造和工艺开发项目的管理过程，建立项目执行管理标准体系，实现对项目进度、风险和问题的实时监控，规范化项目过程管理，实现技术状态的动态管理，建立工艺设计数据和流程管理。

1 建设背景

公司核燃料元件产品种类繁多，对产品设计、工艺、制造等技术资料、科研项目的管理仍采用人工、纸质方式，已无法满足公司的管理和应用需求，亟需在产品工艺、科研项目、数据管理应用方面建立一套信息系统为公司产品全生命周期数据的管理提供系统平台支撑。对公司相关业务部门进行调研，目前公司的产品生产研发制造业务过程主要面临以下问题。

1.1 无项目管理系统支撑项目管理业务

公司已有企业标准的项目管理执行规范，但是缺乏系统支撑，无法严格落实和贯彻。虽有Project 等工具负责项目计划编制，但在实际过程中，对项目进度情况无法做到实时监控，对整个项目的管理缺乏有效的平台或措施手段来监控，管理者无法详细了解、汇总项目实际执行情况。

项目执行过程中，项目管理人员对项目计划的执行、项目状态的监控及交付物管理都通过人工方式管控。项目执行过程中的过程文件没有统一的平台维护管理，除应用系统等重要的交付物外，项目执行中的过程文件都分散在业务人员电脑中，没有集中统一管理。项目结束后，随时间推移相关过程文件遗失可能性逐渐增加。

1.2 图文档技术资料检索困难

虽然目前绝大多数的图文档技术资料已经在协同办公系统中实现电子化归档管理，但是所有数据缺乏必要的组织、分类管理，造成图文档资料检索困难，极大影响业务人员工作效率。

1.3 缺少以BOM 为核心的产品数据管理体系

目前在公司技术管理部门没有建立起统一的产品BOM 结构，技术中心维护了产品BOM 的上层结构，而车间维护了产品BOM 的下层结构，没有形成统一的产品完整BOM 结构。

现有的BOM 结构并没有发挥组织技术文件数据及生产产品相关汇总信息的作用，对研发和生产过程的业务价值有限。

1.4 缺少结构化管理和控制更改体系

缺乏规范化更改过程管理，缺少更改影响分析，对问题报告、更改单等文件未进行关联，针对更改查找相关数据困难，缺少结构化更改数据管理。

1.5 业务报表汇总统计不够全面

由于目前系统管理的数据不完整，无法对系统的数据进行自动统计分析，报表信息几乎通过手工整理，导致管理人员工作量大，而且很难确保数据的完整性、正确性、实时性，无法给相关业务部门提供及时、准确的信息。

2 建设思路及内容

2.1 建设思路

统筹规划，分步实施：PLM 项目建设思路应依据“整体规划、分步实施、逐步深化”的策略开展。PLM平台建设涉及公司未来相关信息化整体建设规划布局，需要按照公司和集团整体信息化建设战略进行项目整体规划，按照公司PLM 应用相关业务需求和公司信息化成熟度，进行PLM 系统平台的分布实施，逐渐深化应用推广。

流程导向，增值业务：以公司产品研制业务流程为主线，瞄准行业先进产品制造与管理模式发展方向和相关具体信息化建设内容，加强公司信息化建设与生产制造业务的融合。支持PLM 环境下产品研发数据的有效承接管理，支持公司在制造模式转变和创新环境下，显著提升公司信息化建设对业务的价值贡献。

集成应用，协同创新：在公司统一规划指引下，有效整合各种内部业务模式，建立产品制造、管理和多专业协同的产品协作制造应用体系，实现各种工具和信息平台的集成化应用，避免零散管理信息系统建设与公司业务功能的分立，实现一体化产品生产制造。

2.2 建设内容

当前处于生产制造环节，公司的产品研制依托具体的核电建设项目进行。公司在产品研制数据管理上，按照项目的方式管理产品研制过程，并根据设计院的产品设计图纸信息在公司内部建立一套完整的产品生产制造应用数据以推动公司后续生产制造环节业务开展。结合公司目前在产品研制数据管理应用方面的需求，需完成产品制造和工艺开发项目管理、基础技术状态管理、工艺设计数据管理、工程变更控制和信息系统集成领域中多个核心功能的实施，主要应用领域及功能模块如图1 所示。

图1 主要应用领域及功能模块

首先，将构建以产品BOM 为中心的数据组织架构（获取并组织设计所研发数据），结合公司现有数据业务管理要求，形成公司的MBOM 结构（管理组织生产制造数据），并以此为基础开展相关研制数据管理及业务流程的执行。

其次，以MBOM 为核心的工艺设计数据组织管理模型，具备良好的开放性和可扩展性，可以支持目前公司的所有设计相关图文档数据的管理，并且通过高度可扩展的类型、属性及关联关系定义，可以便捷地进行数据组织结构扩展，满足公司未来更多业务数据管理需求。系统主界面如图2 所示。

图2 系统主界面

2.2.1 产品（科研）项目管理

项目计划管理。首先对项目进行WBS 分解，形成项目计划树，并通过指定任务的计划时间、执行周期、前置（或后置）约束等条件可进行自动排程，形成项目计划的甘特图，可直观地查看项目执行的时间计划安排，以及任务、人员的安排调度情况。

项目执行情况监控。项目的执行主要以项目任务的完成进度为依据，任务的完成度可根据任务的登录时间或其交付物的完成情况等不同维度进行计算。项目的完成度则通过汇总运算所有的任务完成度获得，项目负责人可通过项目完成度了解项目执行的健康情况，并可详细了解具体的任务执行情况，以诊断项目的实际问题，并作为后续决断（措施）的依据。

项目交付物管理。可为项目任务定义具体的交付物，并作为该任务完成的依据。任务交付物可以为任意类型的数据对象，如技术文件、设计图纸等，并可以数据对象的生命周期状态为任务完成进度的依据，如当数据对象达到已发布状态时，才认为任务完成。

项目人力资源管理。为项目的任务指定具体的负责人，结合项目时间计划安排，查看人员负载情况，并及时做出合理调整，确保有效利用人力资源。

项目文件集中管理。将项目执行过程中产生的文档在统一的项目库中进行集中统一管理，包括项目执行中的过程任务及项目任务关联的交付物文件。在项目库中对项目文件进行集中的权限管理、版本管理、状态管理、归档管理等，确保项目文件的准确性、完整性。

产品（科研）项目管理业务流转如图3 所示。

图3 产品（科研）项目管理业务流转

2.2.2 技术状态管理

技术状态的版本管理。对进入系统的所有技术状态建立版本记录，并准确记录每个数据版本的内容，用户可追溯数据的所有历史版本及每个版本的准确数据内容。

技术状态的生命周期状态管理。为技术状态赋予生命周期状态，用以标识技术状态的业务成熟度，如“已接收”“已发放”等状态。生命周期状态同时与访问权限关联，在不同的生命周期状态下数据拥有不同的生命周期权限，以满足不同业务成熟度场景下的不同的权限控制要求。

技术状态的访问权限控制。系统以数据类型、数据存储位置、数据的生命周期状态、用户角色及权限控制类型5 个维度对数据的访问权限进行控制，确保任何情况下数据的访问安全，同时对数据及人员设置密级，实现对数据的密级流向控制，满足军工保密要求。

技术状态的接收与发放管理。建立对上游技术状态的接收管理机制，准确记录数据的接收记录，并通过流程控制数据接收的过程，确保接收数据的一致性、完整性。同时将接收的技术状态向内部相关部门发放传阅，同时建立数据发放记录，并实现数据接收发放情况的全链路查询能力。

技术状态的高效检索。系统中所有的技术状态无论以怎样的结构存储，也无论存储在何处都可以通过数据对象类型、数据对象属性、状态、编号、名称等条件在系统中进行快速检索，以提高业务人员的工作效率。

技术状态管理业务流转如图4 所示。

图4 技术状态管理业务流转

2.2.3 工艺设计管理

建立以MBOM 为核心的工艺设计数据管理能力。以设计数据为基础建立统一产品MBOM 结构，改变现有各个工艺部门独立维护部件级BOM 结构的情况，并在系统中建立MBOM 与相关工艺设计数据的关联关系，形成以MBOM 为核心的产品MBOM 数据结构。

基于MBOM 的工艺路线管理。在MBOM 基础上进行工艺路线的设置和维护，生产相关管理部门可基于MBOM 及相关的工艺路线信息进行工艺分工及工艺设计任务的分配。

工艺设计数据的发布评审管理。在PLM 系统中统一管理工艺设计数据并建立以MBOM 为基础进行工艺设计数据的发布评审（改变现有在MES 系统中管理工艺设计数据的情况），并以相关的评审流程控制业务过程。

工装设计数据管理。系统提供与MCAD（如UG）的集成能力，工装设计师可通过集成工具检入工装设计模型，并生成相应的工装BOM，并以工装MBOM为基础进行工装设计数据管理，以及工装设计数据的发布评审。

工艺设计数据的变更管理。在系统中通过工艺变更单及相关的工艺变更控制流程实现对工艺数据的统一管理，实现工艺变更的制造发布落实及对变更的追溯。

基于MBOM 的报表统计。基于MBOM 可以生成各种汇总统计表，如原材料汇总表等。

工艺设计管理功能如图5 所示。

图5 工艺设计管理功能图

2.2.4 工程变更管理

设计-工艺的一体化变更管理。在系统中接收上游设计单位的设计更改单（或偏离单等）及相关的新版设计数据，并在本系统中还原，同时将设计更改及相关数据发放到对应的工艺设计部门，由工艺设计师建立对应的工艺更改单，并进行工艺数据更改。在系统中建立设计-工艺一体化变更的控制流程，实现对工艺变更贯彻情况的追踪，只有相关的所有工艺变更贯彻后，设计变更才能达到贯彻状态，一次确保设计更改的贯彻。

变更数据的发放管理。系统中通过变更控制流程实现当变更数据发布后，系统能自动将变更单及相关新版设计数据发送到下游责任单位。

变更执行情况的统计分析。在系统中对更改问题、内容、结果、执行情况等进行关联管理，实现可追溯性，同时可对所有变更的执行情况进行统计分析。

工程变更管理业务流转如图6 所示。

图6 工程变更管理业务流转

3 结束语

基于PLM 的产品全生命周期数据管理系统的应用研究，实现了对现有设计院“图纸数据”的版本化管理，并在此基础上实现对设计院“更改技术通知单”的历史追溯和查询。实现了基于产品完整MBOM 结构的产品设计、工艺、生产信息的结构化管理。建立了项目执行管理标准体系，实现对项目进度、风险和问题的实时监控，规范化项目过程管理。

未来将不断深入和扩展PLM 系统应用领域，并带动和完善ERP 系统、工艺设计管理平台（CAPP）、协同办公及资源管理平台（OA）、制造工程系统（MES）等信息化系统的建设和深入应用，实现各信息化系统的融合和内部深入推广，全面提升公司整体工作效率和管理水平，适应公司的高速发展，为实现核燃料元件制造的“数字化、网络化、智能化”打下坚实的信息化基础。