本文選自《起重運輸機械》雜誌，如需轉載，請註明出處
作者：黃茂民 季 俊 沈軍武 夏文俊
摘 要：基於CMII 理論基礎，提出了基於工程機械產品的一體化變更流程。首先，分析了工程機械企業工程變更存在的問題：產品更改的問題報告數據缺乏結構化管理，上下遊更改數據缺少一體化管理，以及變更的流程無法閉環。其次，結合產品成熟度、問題影響度及問題緊急度等維度，對一體化工程變更流程進行了分析。最後，對產品的變更場景進行了確定。研究結果表明：一體化工程變更流程，將實現工程變更上下遊數據的一體化管理和變更流程閉環控制。該流程將提高產品的改進、升級換代的效率，進而提高企業的核心競爭力。
關鍵詞：工程變更；PLM；工程機械；一體化
Abstract: According to CMII theory, an integrated change process based on construction machinery products is proposed. Firstly,the problems of engineering change in construction machinery enterprises are analyzed: the problem report data of product change lacks structured management, the upstream and downstream change data lacks integrated management, and the change process cannot be closed-loop. Secondly, the integrated engineering change process is analyzed based on product maturity, problem impact and problem urgency. Finally, the change scenario of the product is determined. The results show that the integrated engineering change process will realize the integrated management of upstream and downstream data of engineering change and the closedloop control of change process. This process will level up the efficiency of product improvement and upgrading, so does the core competitiveness of enterprises.
Keywords: engineering change; PLM; construction machinery; integration
0 引言
工程機械產品（如汽車起重機、泵車等）的生命周期包括了產品定義、方案設計、詳細設計、試製及批量、退市等諸多環節。在產品的全生命周期過程中，產品的工程變更是不可避免甚至是不可或缺的。近年來，眾多學者對產品的工程變更管理進行了多方面、不同層次的研究。概括起來，主要類型為基於不同軟體，分析、定義工程變更的業務流程及數據模型。劉東升等[1] 用形式化方法論證了工程更改過程中，如何保證產品數據的完整性、一致性和可跟蹤性。朱海平等[2]在PDM 系統集成的基礎上，討論了變更對象的生命周期概念和工作流，分析了生命周期過程中對象之間的協作與同步，並建立了同步模型。王忠浩等[3] 分析了工程更改管理中普遍存在的問題，建立了一種工程更改管理(ECM) 模型。楊煜俊等[4] 以產品結構為基礎組織變更過程，採用面向對象的思想分析了工程變更對象模型及對象之間的約束關係。林建軍等[5] 從工程變更的需求出發，提出了基於PDM 的工程變更模型和變更流程，並結合PDM 中已有的工作流管理技術和生命周期管理技術，闡述了如何保證變更流程自動化控制和變更數據的正確傳遞與演變的關鍵問題。唐桂軍等[6] 針對企業信息化工程變更管理過程中存在的主要問題，並結合實例提出了工程變更管理的優化過程和基於Windchill 的PDM 系統工程變更管理模型。
王寧等[7] 論述了設計變更管理與產品全生命周期管理系統（PLM）系統的關係，闡述了設計變更管理的詳細過程，提出了以PLM 系統為基礎，以變更過程為主線的設計變更管理策略。FANG Yong-ze 等[8] 提出了基於PLM 的工程更改（EC）管理。同時，提出了一種動態的、並行工程更改評估的方法。工程更改實施將進一步保證工程更改數據的完整性、一致性。王麗[9]對PLM 系統中的工程變更管理需求出現的原因和存在的問題進行分析，深入探討了PLM 系統中的工程變更管理流程。呂盛坪等[10] 建立了對工程變更信息進行描述和存儲的統一信息模型，建立了基於流程推送與服務請求推拉結合的變更流程控制模式。孫清超等[11] 按照CMII 的要求建立了閉環的變更流程，並且採用國際工作流管理組織定義的7 種活動狀態表示變更項的完成情況；建立了數據組織模型，討論了數據的完整性控制；最後討論了變更管理在PLM 系統中的應用。以上學者基於PDM 或PLM 對工程變更的流程、模型進行了深入的探討與研究，但尚缺乏對工程變更的「一體化」控制。
基於CMII 的閉環工程變更，將工程變更的「端到端」路徑打通。從工程變更的問題報告的提出，到工程變更的任務執行、反饋，實現閉環控制。產品設計數據的變更將對下遊的工藝數據（PBOM、工藝路線等）、服務資料數據（產品的手冊、圖冊等）均產生相應的影響。只有將產品的工程變更形成一體化的閉環控制，才能對產品的上下遊（研發設計、工藝、服務資料等）數據的完整性、一致性進行控制，同時實現變更的可追溯。本文以工程機械產品為流程載體，基於CMII 理論規範，運用PLM 系統對工程機械產品的工程變更進行一體化閉環管理，實現對產品的上下遊（研發、工藝、服務資料等）更改數據的完整性、一致性的整體控制，同時實現變更流程的閉環、可追溯。
1 基本理論
1.1 CMII 的基本概念
CMII（Configuration Management II）是國際技術形態管理協會(ICM) 定義的關於配置管理的規範[11]，提供產品定義以及在整個產品開發生命周期內工程更改管理的規範。CMII 還規定了不同權限的變更管理職能設置，根據變更的影響度，選擇變更的快速路徑或完全路徑。CMII 對企業變更管理的要求主要體現在以下幾個方面：面向整個產品生命周期的數據對象；不斷改進的變更過程；文檔數據等更加清晰、簡明、有效；採用閉環交流過程；有效的衡量監督。
1.2 PLM 與產品變更的關係
產品生命周期管理[7] 不僅是一套應用系統和具體的解決方案，而且是戰略性的思想方法，用於管理整個產品在虛擬企業範圍內協同地工作。PLM 作為整個企業的協同公共平臺[12，13]，能集成產品生命周期內的全部圖、文、數據等多媒體信息，將產品設計、分析、製造、工藝規劃和質量管理等方面的信息集成在一起，進而實現對整個產品生命周期內數據的統一管理，因此，它能為工程變更管理提供一個良好的集成環境。另外，藉助PLM 系統提供的文檔管理、工作流管理、人員組織等管理模塊，使工程變更管理更加靈活方便。
2 一體化工程變更流程的建立
2.1 當前工程變更管理存在的問題
在目前一些工程機械企業內部，產品的工程變更存在如下問題：
1）變更的來源缺乏管控，無法追溯。由於粗放的企業技術管理，問題的收集、提出多數通過郵件等線下方式，變更來源的數據無法結構化。
2）產品的工程變更未能實現閉環控制。研發設計端的數據變更在PDM 線上進行，而下遊的工藝、服務資料數據不在同一平臺進行管理。同時，變更任務的執行情況也未能反饋到研發設計端。
2.2 一體化工程變更流程的總體框架
為了解決以上問題，構建了一體化工程變更流程框架，如圖1 所示。一體化工程變更的主要目標：從變更問題來源的數據，到變更實施、執行、反饋，實現全方位的可控。
圖1 一體化工程變更流程總體框架
一體化工程變更流程的總體框架主要包括5 個階段，各階段主要工作職能如下：
1）問題報告（PR，Problem Report）。產品在試製、交付給客戶等階段，針對產品質量或性能問題，公司研發部門以外的其他人員均可通過PLM 系統提交關於產品的問題報告。該流程可將產品的問題數據結構化，做到可追溯，有據可查。徹底改變以往反饋產品問題的平臺不一致問題。
2）更改請求（ECR，Engineering Change Request）。對上遊的問題報告流程與下遊的更改通告流程起著承上啟下的作用。該流程負責對產品的問題、改進方案、涉及的受影響機型產品進行評審。用以評估是否需要發起更改通告流程。
3）更改通告（ECN，Engineering Change Notice）。該流程是整個工程變更活動中最重要的環節。經過評審委員會評審通過後，主要負責管理產品改進的圖紙更改，受影響的機型產品，更改通知單的管理（產品更改的具體實施時間、更改前後的變化描述、物料的處置方式等等）。包含了對更改任務（ECA）的詳細定義。
4）更改任務（ECA，Engineering Change Activity）。更改通告中具體的任務活動。
5）更改任務執行（ECO，Engineering Change Order）。主要是更改任務下發後，下遊部門對更改通告的響應與執行。在工程機械企業內部，產品數據的流向通常是從研發到工藝再到服務資料等下遊環節，如圖2 所示。
圖2 產品數據流向
研發設計工程師設計完成產品圖紙，發布產品的EBOM；工藝工程師基於EBOM、圖紙進行PBOM、工藝路線、作業標準等工藝數據的設計、發布；服務資料工程師基於EBOM、PBOM 等數據生成初始的SBOM。待主機產品經過廠內製作、調試等環節後，達到入庫待交付機器狀態時，服務資料工程師發布完成最終的OSBOM 數據。同時，製作完成產品的手冊、圖冊等資料。
2.3 一體化工程變更流程具體分析
將產品的數據流向與一體化工程變更流程的總體框架進行融合，形成詳細的一體化工程變更業務流程，如圖3 所示。圖3 中，DECN 表示設計端發起的更改通告（Design-ECN）；MECN 表示工藝端發起的更改通告（Manufacture-ECN）；SECN 表示服務資料端發起的更改通告（Service-ECN）。右側數據類型：實線框為必選項，虛線框為非必選項。
圖3 詳細的一體化工程變更業務流程
2.3.1 產品成熟度與問題影響程度等定義
產品成熟度主要用於對產品在研製過程中所達到的成熟程度進行定性的描述，隨著產品信息的不斷增加和完善而提高，貫穿於產品的全生命周期[12]。工程機械產品的全生命周期過程中，經歷了：產品定義、設計、試製、小批、批量、退市等不同環節。產品的成熟度主要體現在試製及小批、批量環節。產品的工程變更活動主要發生在產品的試製、小批、批量環節。不同生產環節進行的產品變更所需的時間、消耗的成本以及涉及的產品數量也各不相同。通常，在產品樣機試製階段進行的產品工程變更所需的時間、成本是最小的。所以，問題解決的越早，那麼後續節省的成本越多。產品出現的各類質量問題，對產品產生的影響程度是不相同的。如圖4 所示，通常，可以將影響程度定義為S 類、Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類。重大影響程度的主要是指S 類、Ⅰ類。
1） S 類 導致人身事故或違反法律法規的重大變更、需要上升到事業部層面評審的重大變更。
2）Ⅰ類 設備停機或出現等同於停機的故障，更換關重件、改變受力結構、影響主要性能等，需要試驗驗證和銷售後跟蹤的變更。
3）Ⅱ類 出現導致增加較大運行成本的故障，引起工裝變更的零部件變化、更換多個非關重件等，需要小批驗證的變更。
4）Ⅲ類 簡單明顯的單個零部件的變化，如出現輕微滲油或輕微異響等故障、單個非關重件替換等，僅需試製樣機，無需小批驗證的變更。
圖4 產品成熟度與問題影響程度關係
5）Ⅳ類 對生產無影響的改錯，如未添加英文名、一般標準化問題、文檔錯誤、E-PBOM 不一致、結構樹不一致、屬性變更等，無需樣機試製等後續驗證的變更。在產品的工程變更活動中，不同成熟度及問題影響度的產品，其改進問題具有一定的緊急程度，可以分為緊急與非緊急。緊急變更通常是產品指已投放市場、研發部門認為需要儘快執行的變更（通常在變更任務完成後1 ～ 2 天執行）。非緊急變更通常是指按計劃部正常排產計劃執行的變更。
2.3.2 基於成熟度與影響程度的一體化變更流程分析
在一體化工程變更業務流程中，業務數據產生的環節主要分為研發以外的部門、研發設計、工藝、服務資料。製造商務部門主要負責對變更數據的執行、實施。從工程機械產品的成熟度來考慮，產品的變更活動通常發生在試製、小批、量產三個階段；產品問題的影響程度通常概括為五類。基於成熟度與影響程度的變更流程具體包括：
1）對於研發以外的部門人員，如製造部工程師、質保部質量工程師等，如果需要提出產品的改進問題，必須通過PLM 系統的問題報告（PR）流程來提出，由所在部門的PR 專幹，搜集整理產品的問題點，通過PLM 系統進行提交。所在部門的主管進行判斷是否需要處理，如果不需要處理，則關閉問題報告（PR）流程；如果需要處理，則判斷處理的業務部門是研發設計、工藝還是服務資料等，進而觸發更改請求（ECR）、更改通告（DECN/MECN/SECN）的發起。
2）研發設計工程師負責更改請求（ECR）及更改通告（DECN）的發起。對於問題報告（PR）提交的產品問題，如涉及量產定型產品，經過評審，問題的影響度屬於重大類型時，則必須啟動更改請求（ECR）流程，不可直接觸發創建更改通告（DECN）流程；對於問題報告（PR）提交的產品問題，非量產定型產品，經過評審，可直接觸發創建更改通告（DECN）流程；對於部分產品問題，當成熟度處於試製和小批階段時，可直接創建更改通告（DECN）流程。
3）工藝工程師負責工藝端更改通告（MECN）的發起。當研發設計端創建更改通告（DECN）後，作為數據下遊環節，工藝工程師根據DECN 的內容，進行MECN 的創建，對相應的PBOM、工藝路線等數據進行更改維護。
4） 服務資料工程師負責服務資料端更改通告（SECN）的發起。當研發以外部門提交的問題報告（PR），經過評審確認，相關問題變更需要服務資料工程師負責完成；當研發設計工程師創建更改通告（DECN），作為下遊數據環節，服務資料工程師需要對產品的手冊、圖冊數據進行更改時，創建SECN 進行更改。
5）以上所有變更活動，經歷了非研發部門、研發設計、工藝、服務資料，均在同一數據平臺PLM 完成。變更數據下發至下遊環節的製造商務部門，進行變更活動的執行、實施，即ECO 的執行。ECO 執行完成後，執行完成情況會反饋至PLM 平臺各環節部門，形成工程變更活動的閉環管理。
2.3.3 產品變更場景確定
不同的業務場景下的變更活動，其執行的路徑是不一樣的。根據上文定義的產品成熟度、問題影響程度及緊急度等，將工程機械產品的變更場景進行定義，見表1。
表1 產品設計變更場景定義
註：☆表示必選，○表示可選；對於快速通道、完全通道二者必選其一。
將產品的成熟度、問題的影響度以及緊急度融入到產品的變更場景中，從而對變更活動進行有效區分，形成不同的變更路徑，強化了變更效率的提升。尤其需要注意：
1）當產品成熟度處於批量階段且產品問題的影響度為重大時，工程變更活動必須發起更改請求（ECR），進而觸發更改通告（DECN）。
2）當產品成熟度處於批量階段時，無論問題影響度是一般還是重大、是否緊急，研發設計端的更改通告（DECN）必須選擇完全通道。
3 一體化工程變更流程的應用
三一集團作為工程機械行業的大企業，隨著行業競爭的逐年加劇，以及客戶需求的不斷提升，企業內部數位化升級需求迫在眉睫。
在該企業PLM 升級項目中，將一體化變更作為項目的重點功能進行了研究。基於企業業務的全面調研、流程的存在問題分析，本文提出的一體化工程變更流程與該企業業務流程相結合，藉助PTC 公司的PLM 信息化平臺，形成適配該企業的一體化變更流程。圖5 所示是企業典型的一體化工程變更業務，主要包含了問題報告（PR）、更改請求（ECR）、更改通告（ECN）的邏輯關係。在更改通告環節，更改通知單可以自動創建。與該企業過去的工程變更流程相比，增加了問題報告、更改請求環節，對問題的改進進行數據的結構化管理，做到了問題可追溯；對研發設計更改活動的下遊各個環節（工藝、服務資料等）的更改數據進行一體化管理，實現閉環控制。
4 結論
分析了工程機械行業當前工程變更存在的問題：僅依賴PDM 系統進行研發設計端的更改通告及更改任務的管理，忽略了對產品問題的報告、更改請求的數據管控；同時，研發設計下遊的工藝、服務資料的數據更改也缺少統一的管理。
引用CMII 的理論，以工程機械產品為流程載體，依託PTC 公司的PLM 系統，提出了一體化的工程變更管理流程。該流程對產品問題報告進行根源性控制，同時，對產品更改活動中，研發、工藝、服務資料的更改數據流進行一體化管理，且PLM 系統下遊更改任務的執行情況也可以進行反饋控制。因此，整個工程變更活動保證了數據的一致性、完全可追溯，實現了閉環管理。不僅提高了工程變更活動的效率，更提升了企業的核心競爭力。
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