基于PLM系统的研发项目管理平台构建研究

李大鹏　郭建超　李鹏　朱登伟

[摘要]研发项目管理平台是现代制造业保持技术创新和企业竞争力的基础，本文分析了离散型煤机制造业面临的难题，指出研发项目管理中存在的主要问题，借助于先进的信息技术、制造技术及项目管理知识，解析基于PLM系统的研发项目管理平台构建的关键因素，并提出基于PLM系统的体系结构模型，并最终实现研发项目管理平台的构建，达到了预期目标，使企业信息化管理水平更加科学高效。

[关键词]研发项目管理；离散型煤机制造业；PLM系统

1、 引言

上世纪，科学管理之父泰勒提出的大规模生产模式给制造业带来了长期的繁荣，但随着经济全球化一体化的发展，以加工制造为重心的传统制造企业运作模式已很难满足用户需求，其主要原因在于管理层决策缺乏有效的工具指导，决策参考困难，导致产品结构单一，同质化现象严重。对于离散型的煤机制造行业而言，存在同客户群体的战略协调性差，造成交货周期短，生产过程变化大，导致企业按时交货率不高[1]等现象的发生。

为了能够快速响应市场需求，煤机制造业必须要在产品研发、生产制造和销售服务等环节提供强大的信息化技术支持，因此，研发项目管理平台的构建就显得尤为重要。传统的信息系统（如ERP、CRM、SCM等）因其业务侧重点不同，很难实现企业知识财富的积累，极易形成信息孤岛。PLM系统能将产品的开发流程与ERP、CRM、SCM等系统实现集成，建立一个统一的、集成的、规范的、共享的、交互式强的数字化综合研发平台[2]，实现从概念设计、产品设计、产品生产、产品维护到管理信息的全数字化，为企业提供问题解决方案，提升企业研发项目管理水平和突破性创新能力。

2、研发项目管理存在的问题

项目管理通常是指在既定的约束条件下，利用有限的资源，在项目管理过程中综合运用相关的知识、技术、工具等以最佳的方式达到预期目标。但研发项目管理存在较多不确定性因素，如用户需求的不确定性、项目整体进度的不确定性、项目风险预测的不确定性等都会影响研发项目管理的执行效率。归根结底，这些不确定性因素为：

1）、项目评审问题。主要是指项目立项前的需求分析，从技术实现的可行性和业务盈亏可能性展开的可行性综合评估。需关注的问题有：该项目在技术实现上是否存在较大难度，分解的项目节点是否易于控制等；该项目业务盈利能力如何，通过市场分析和定位，能否找到新的盈利点，能否快速投放具有竞争性的差异化新产品，并获得较高收益。

2）、数据管理问题。主要是指研发项目过程中的结构化流程管理，如何实现异构数据间的信息交换，如何实现数据的重用问题，如何保持数据的同步性和有效性，提高研发项目和批量产品计划达成率，如何规范设计图纸中物料信息与生产信息的一致性，如何解决设计过程中的各种变更问题，评审流程的控制及项目归档数据的统一管理问题等。

3）、时间管理问题。主要是指项目实施阶段的计划节点监督，通过量化数据的方式来检查关键节点，使项目相关人员能够通过图表的呈现方式对项目整体进展情况进行评估。该问题直接关系着项目进度的监督、项目交付物的管控、项目过程中的变更管理，以及项目运行的甘特图查看及各种统计分析报表[3]，为研发项目管理后期的各项综合考核提供最直观的数据支持。

4）、质量管理问题。主要是研发项目管理中利用先进的虚拟制造技术、统一数据模型技术、虚拟样机技术等实现研发项目各个阶段的动态模拟，通过三维软件对产品进行模拟分析，及干涉检验，减少产品样机设计差错率，大大缩短产品研发时间，减少重复性劳动，降低研发成本，为项目质量管理提供有效的技术保障。

本文提出基于PLM系统的研发项目管理平台构建，旨在利用PLM系统有效整合及集成各种信息资源，提供产品全生命周期相关数据管理和数据重用机制，并对异构数据进行有效的管理，集成数字化管理平台，提高现有设计知识的重用率，从而减少项目设计任务量，降低产品设计成本，增加产品市场竞争力。

3、 基于PLM系统的研发项目管理平台构建

3.1 构建的关键因素分析

基于PLM系统的研发项目管理平台构建的关键因素主要包括业务流程、组织方式及数据模式三个方面。

1）、业务流程。以煤机制造行业为例的离散型企业因其产品结构较为复杂，零部件较多且存在自制件与外协件并存的情况，设计及工艺过程经常发生变更请求等都是影响研发项目管理的制约因素。以PLM系统为依托的业务流程管理能够彻底改变传统管理模式中过程管理随意性大、协同能力差的情况，规范设计过程中的各种变更问题（如设计更改、工艺变更、标准化审查等），评审流程规范、执行严格，各种产品数据BOM结构等配置管理更加科学，保证了数据的统一性和正确性。

2）、组织方式。煤机制造行业保持着客户驱动型的订单生产模式，必须按客户需求进行产品研发，通常产品研发周期较长，已无法采用人工干预的形式对研发项目进行管理，因此必须对项目进行阶段性分解。特别是在虚拟结构和团队结构中更需要清晰界定产品研发流程，建立项目责任制，调动各智能部门的资源投入到研发项目管理中去。

3）、数据模式。产品数据管理是PLM系统的主要功能之一，它以数据为中心，多个应用为目的，最终实现研发项目的统一管理。对于离散型煤机制造业而言，因企业或部门间业务模式的不同，其工作侧重点和数据管理模式均存在差异，这种差异化是造成异构数据产生的主因。因此，基于PLM系统的研发项目管理平台必须从数据模型的底层结构采用相关技术统一数据模型，在研发项目过程中实现设计数据和生产数据的统一性，杜绝因设计及工艺性修改等问题带来的材料变动而导致数据信息传递的滞后性和数据的不唯一性。

3.2 体系结构模型的构建

面向产品研发创新的PLM系统是一种具有知识管理和流程优化功能的数字化集成管理工具，借助于Web Services相关技术及特定的建模语言及转换标准，可构建具有多层模型结构的研发项目管理平台。基于PLM系统的体系结构模型如图1所示，该模型共分为4层：基础数据层、管理规划层、技术应用层和用户服务层。

1）、基础数据层。基础数据层中的数据源主要由Web数据、文献性数据、零部件信息、产品结构、CAD文档等工程数据以及各种不同功能的数据库信息组成。这些海量的数据源信息可采用UML作为建模语言，借助Rational Rose等图形建模工具对其进行处理和转换，再利用STEP标准中的Express描述语句进行表达，最终以XML实现中间文件的格式转换，满足不同用户的使用需求，同时也使具有虚拟结构和团队结构的组织企业方便异构数据间的数据共享和解析。

2）、管理规划层。管理规划层按照项目管理中时间管理、成本管理及质量管理三大领域对研发项目进行整体规划布局。时间管理能有效记录项目生命周期内所跟踪数据和事务的活动状态，可作为计划调整的重要参考依据；成本管理实现了项目资源的有效评估，从根本上控制了项目风险。质量管理通过对研发项目过程的优化和协调，结合产品配置信息实现EBOM和MBOM的一致性，避免了因变更问题带来的信息传递滞后性问题，通过工程变更管理使系统存储的数据结构信息与图纸信息保持高度一致性。

3）、技术应用层。技术应用层是研发项目的具体执行层，通过前期任务的分解及规划到借助CAD、CAM、CAE等设计工具和PDM系统进行产品零部件的设计，CAPP软件可满足工艺规划的要求，编制出详细的工艺路线信息，把零部件加工、装配中需要使用的工序、车间班组、加工中心、定额等数据反映到工艺路线中[4]。研发和工艺部门的紧密联系能够快速生成虚拟样机，并实现各阶段的动态模拟，及早发现并解决问题。生产制造部门借助APS高级计划系统编制更为优化的生产计划，而MES制造执行系统可采集和记录生产过程中的各种数据，实现生产现场的实时检测，两者的有效结合，使零部件的生产达到了快速成型的目的。利用PLM系统的集成技术使研发部门、工艺部门和生产制造部门按照不同的职责要求，实现了研发产品的数字化制造。

4）、用户服务层。实现了PLM系统与ERP、CRM、SCM的有效整合。通过ERP系统实现企业内部资源的优化整合，实现了物流、信息流和资金流的有效管理，提供ERP数据与PLM数据的共享渠道，使设计、工艺过程更加清晰、便于控制，保证获取信息的一致性；通过CRM系统实现与客户间的交流互动，利于信息技术进行数据挖掘分析用户实际需求，准确把握客户需求动向，细分用户群体，有针对性的开拓用户市场，形成概念化设计并指导详细设计；通过SCM系统实现库存信息的查询，实时掌握库存件利用动态，合理选用物料状态，可有效降低采购成本，结合供应商群体，可做到实时信息的共享及快速响应客户需求。

4、 基于PLM系统的研发项目管理平台的实现

基于PLM系统的研发项目管理平台实际上可分为直接的有形可见的效益和间接的无形感知的效益两种[5]。本文以PLM系统的数据管理功能和业务流程管理功能为切入点，结合研发项目管理中的时间管理和进度管理，对直接效益的整体情况进行阐述。

PLM系统的数据管理对象主要包括研发设计过程中的部件、CAD文档、规范文档、基线和升级请求等。本文将资料存储管理划分为产品库及存储库两大类。产品库是研发项目产品的数据存储地，而存储库里的相关规范数据可供产品设计时选用，并通过模糊或高级搜索、Parslink分类检索的方式实现数据共享。利用PLM系统中的基于Windchill的ProjectLink可实现研发项目的过程管理，通过项目数据存储和项目计划的执行，实现设计任务分发及反馈，设计活动与交付物实现关联管理，其流程示意图如图2所示：

在项目跟踪阶段，领导或项目经理能够以可视化的方式查看工作进展情况，可利用量化数据的方式来检查关键节点，并能在生成的时间表中直观地看到项目整体完成情况，如图3所示。通过明确项目成员的设计任务和工作指令，在PLM系统工作任务页面给予成员任务的提醒，如图4所示。

项目计划的创建及任务分发、反馈问题，可由PLM系统的研发管理员创建设计项目计划，成立研发项目小组，创建子项目计划并分发任务给各项目成员，各项目的任务负责人根据子项目进展情况，及时按要求完成交付物并更新任务完成率，如图5所示。

设计项目完成后通过各级图纸审核请求并根据不同部门的要求，提交相应的打印基线（处于已发布状态）将最终设计图纸传递给不同的部门，如图6所示

以上所述内容仅为基于PLM系统研发项目管理平台的冰山一角，研发项目管理平台的构建不仅要实现有形的可见的直接效益，而且要通过构建真正实现诸如企业形象、客户满意度等间接效益。借助于PLM系统，企业产品架型标准化和模块化工作进展顺利，研发项目设计周期（以新产品设计为例）从2014年的6.5天/套图提高到2015年的5.2天/套图，设计周期提高20%，产品模块化率可达到60%，标准架型覆盖率达到50%，大大减少了设计任务量，由于企业标准件及通用件的大量使用，同时设计开发套用标准架型及成熟架型，减少支架压架费用，提高了产品套用煤安证的比例，从而降低了生产成本，增强企业竞争优势。

5、 结语

在全球市场经济激烈竞争的时代背景下，信息化水平的提高是实现企业利润最大化的有效途径，是企业获得长远发展的根本。基于PLM系统的研发项目管理平台的构建，不仅提高了企业研发项目管理水平，而且也从根本上使研发项目管理平台的成功实施提供了可靠性的借鉴。因此，以河南机械装备投资集团为重要契机，转型为投资+制造的新型制造业，借助PLM系统的研发项目管理平台，加强煤矿智能化开采装备技术的研究和应用，淘汰落后的开采方法和装备，将现代自动化、信息化、智能化技术及先进制造技术等信息化集成技术与煤炭开采技术深度融合，全面提升产品品质，真正实现高端产品的智能化和国际化，走高端制造、绿色开采之路，才是企业长盛不衰的根本。

参考文献

[1]王颖.煤机企业信息化人员体系建设分析[J].煤矿机械，2016，37（1）：1-2.

[2]陈珍.借助信息化技术构建烟草企业数字化研发平台[J].中国管理信息化，19（2）：60-61.

[3]彭旭.基于PLM平台打造高效研发项目管理体系[J].CAD/CAM与制造业信息化，2010，（7）：27-29.

[4]张浩.M集团产品全生命周期管理系统（PLM）的构建规划研究[D].南京：南京理工大学，2010.

[5]贾红雨，张力，杨兰.产品生命周期管理系统效益评价研究现状[J].现代制造工程，2009，（3）：136-140.