面向船舶行业的可定制PLM系统

　　1 项目背景

　　船舶工业是综合工业经济之冠，有“一船下水，百家受益”之说，在国民经济和工业经济中具有重要地位。20世纪后期，世界造船业通过应用信息技术，在技术、体制与造船方式上发生了一系列的重大革命与进步。特别是，日本、韩国等国家的先进船厂在其生产、经营、管理中广泛应用信息技术，大大提高了造船效率。虽然中国造船产量已连续10年位居世界第三，但在信息技术应用方面，与日本、韩国造船业差距还比较大。中国造船业已经明确提出，到2015年成为“世界第一”的奋斗目标。世界第一造船大国这一宏伟目标的实现，取决于技术与管理的创新，离不开信息技术和管理水平的支持。

　　因此，用PLM技术武装船舶行业，提升造船业的创新和发展水平成为必然的发展趋势。借助近几年在PLM领域的经验积累，山东山大华天软件有限公司(以下简称：华天软件)逐步开展了“面向船舶行业的可定制PLM系统”的研究，并在2007年得到了国家863计划重点项目的资助，重点研究了可定制PLM系统框架、生命周期数据模型、船舶产品的数据组织模式、项目管理、分类管理与统计分析、船舶检验、维护等。在研究过程中，课题组采取了软件公司、船厂、高校联合科研的模式，以黄海造船有限公司(以下简称：黄海造船)作为示范企业，依托山东大学，实现优势互补，多方共赢。

　　2 主要研究成果

　　华天软件结合当前船舶行业的信息化基础和实际需

　　求，研究中国船舶的行业需求、管理模式等，研究了动态可扩展的PLM系统架构、产品生命周期数据闭环管理、船舶产品数据组织模式、项目管理、船舶检验、维护维修管理等关键技术。以产品业务对象为数据组织核心，以项目管理为过程管理核心，构建了面向船舶行业的可定制PLM系统，覆盖船舶的方案设计、详细设计、生产设计、完工设计、建造、交付、检验和维修/维护阶段的应用服务，支持船东、造船厂、船级社、船舶设计院、修船厂的协同业务处理，提高船舶设计、建造的效率，保证船舶行业信息、知识的安全。

　　2.1 建立了动态可定制的PLM系统架构

　　PLM业务需求始终处于一个动态演化的过程中，包括行业企业差异性需求、企业内部部门间差异需求和行业企业自身发展过程中的衍生需求等。为了能够动态适应和满足PLM的动态演化需求，对华天软件PLM系统的基础平台InforCenter进行了改进和调整，形成了支持架构可定制、功能可定制和用户体验可定制的三级可定制的PLM系统架构，能够应用于船舶等大型、复杂产品的全生命周期业务，适应和满足PLM的动态演化需求。软件架构主要包括基础库类、基础架构、应用软件基础业务、PLM业务领域4层。通过这4层结构之间的关联和交互，保证了基础平台的高扩展性和伸缩性，为PLM应用系统提供了一个易扩展、支持复杂应用环境的底层架构和基础设施。其中，基础平台已经包含了用于支撑PLM应用系统的所有与业务不紧密相关的基础服务和构件，PLM应用系统将基于这些基础服务和构件构造业务相关的应用服务和功能，从而满足对产品生命周期各阶段的数据管理和业务支撑的需求。

　　2.2 面向船舶行业的项目管理

　　根据船舶企业主要设计和建造流程的分析可以发现，船舶设计与建造项目不同于其他企业的项目管理，它贯穿了产品的整个生命周期，从船舶的设计、建造直至船舶交付。项目研究建立了贯穿产品设计、制造阶段的项目管理，实现了基于交付物的项目与过程管理的集成和动态成本管理。

　　项目管理可实现计划协同编制与执行、状态动态跟踪与监控、资源综合平衡与优化，支持船舶协同设计、建造与管理。除常规的过程视图、时间视图、资源视图、组织视图外，通过与产品视图和成本视图的关联，实现了对企业成本的预估、分析和核算，确保了对船舶项目的动态成本管理;而且与产品视图的关联，使得船舶项目的各任务和过程可以以产品的各部件、零件或图文档的完成情况为依据，实时更新项目的完成情况。

　　2.3 产品生命周期数据闭环管理

　　产品生命周期是指从需求和概念开始，到产品报废回收结束的整个时间区间。根据产品生命周期的特点，通常将生命周期阶段分为生命周期开始(Beginning Of Life，BOL)、生命周期中间(Middle Of Life，MOL))和生命周期结束(End Of Life，EOL) 3个阶段。BOL阶段是指产品在制造企业中的阶段，包括产品的需求、设计、制造等子阶段，是产品逐渐产生的过程。MOL阶段是指产品到用户手中后至报废之前的阶段，包括产品的使用、维护和维修等子阶段。EOL阶段是指产品离开用户到拆解企业进行报废处理的过程，包括产品报废、回收等子阶段。通过分析不同阶段数据的特点，建立了支持对象模型定制、基于元数据的、分阶段的产品全生命周期数据模型，将传统的以BOL为中心的产品生命周期阶段扩展到MOL和EOL阶段。

　　基于生命周期数据模型，针对船舶行业PLM需求的特殊性，研究开发了船舶检验管理和船舶维护管理功能，处理船舶制造检验及维护/维修业务过程及信息，并对船级社、修船厂等第三方的过程和数据进行了跟踪。以检验、维护/维修业务为切人点，建立了以设计为核心的产品数据生命周期闭环管理模式，支持数据的正向传递和面向设计的数据反馈。船舶设计阶段为制造检验、维修/维护阶段提供正向的数据传递，如检验准则、参考图文档、维修BOM、维护计划、故障评估、维修策略等。在船舶检验、维护等过程中获取的问题经过分析后，作为设计需求或更改请求反馈到设计阶段，为船舶产品的质量改进提供重要参考。这就构成了产品生命周期的闭环管理模式，它将成为今后数据管理和支持创新的重要发展和管理模式。

　　2.4 船舶产品的数据组织模式

　　船舶是典型的按订单设计的复杂产品，船东订单驱动，单艘或数艘订单生产，根据船东需求的不同，同一母型船的各艘船舶之间存在较大差异;船舶产品构型众多，材料和形状各异，零组件数量巨大，并且具有边设计、边生产、部分并行作业的特点，设计、制造周期长，设计、制造变更频繁。因此，产品数据具有动态、复杂性的特点，船舶产品没有一个相对稳定的BOM, BOM视工程项目的不同而不同。黄海船厂PLM系统通过对船舶产品数据特点的分析，根据船舶产品设计的4个主要阶段(即，方案设计阶段、详细设计阶段、生产设计阶段和施工设计阶段)的任务、文档、产品结构的特点和差异，提出了以ITEM(零部件)为基础，以分段和专业为组成，以不同设计阶段任务为目标的船舶产品数据组织模式。

　　2.5 船舶管理中心

　　针对船舶产品订单驱动、单件定制生产的特点，面向船舶行业的可定制PLM系统建立了项目、变更、送审、维护、检验、问题管理等船舶行业构件，并形成了相应的船舶管理中心。可以实现问题、计划、检验、送审、维修和变更管理的信息查看和管理，从整体上把握船舶的生命周期信息。

　　3 系统实现

　　针对船舶行业的特点和对PLM系统的需求，建立如图1所示的PLM系统框架。PLM基础平台是PLM系统的核心部分，构成PLM系统的基础架构，为PLM应用构件提供数据、过程和组织模型的管理服务以及其它公共基础设施服务。Infor Center是华天软件开发的PLM基础平台，具备良好的可伸缩性和可配置性，可根据特定企业的具体需求灵活配置出满足产品生命周期管理等不同层次要求的PLM系统，并且保证系统功能的平滑升级和动态演化。

　　在此基础上，架构PLM应用层，即基于PLM平台框架和PLM平台服务，开发PLM应用构件。PLM应用构件按照应用范围分类，可以分为通用PLM应用构件和行业PLM应用构件。该部分主要在PDM核心功能的基础上，进一步扩展项目管理、工艺/制造数据管理、服务数据管理、企业信息系统集成等通用PLM构件。同时，开发船舶行业构件，如船舶图纸送审交付、检验管理、专用CAD系统集成等。

　　图1 PLM系统框架

　　PLM工具层主要面向PLM咨询、实施和系统管理人员提供支持PLM项目咨询、PLM系统实施和PLM运行管理的辅助软件工具。

　　按照船舶设计/建造的要求，以产品业务对象为数据组织核心，以项目管理为过程管理核心，构建了面向船舶行业的PLM解决方案，覆盖船舶的方案设计、详细设计、生产设计、完工设计、建造、交付、检验和维修/维护阶段的应用服务，支持船东、造船厂、船级社、船舶设计院、修船厂的协同业务处理，提高船舶设计、建造的效率，保证数据安全。主要功能包括工作中心、业务管理、系统管理、分类管理、项目管理、编码器、船舶管理中心等。

　　该PLM系统中产品数据的组织是在工作中心一>我的空间的基础上进行基本操作，项目管理主要实现项目计划、状态跟踪、监控。

　　4 项目应用实施

　　面向船舶行业的可定制PLM系统项目于2008年底进入黄海造船现场实施，实施范围包括技术开发处、质量管理处、产品项目组、结构分厂、管装分厂、涂装分厂和新厂(专做船体中间分段的新建厂)。2009年2月，进入用户测试阶段。2009年3月，开始系统试运行，全厂共有100多名技术人员参与到系统的试运行，共同构建黄海造船产品全生命周期管理平台。通过系统的实施，黄海造船有限公司取得了如下效果：

　　(1)船舶产品数据的结构化管理取代原有的文件夹管理模式，保证了数据的安全性、共享性、一致性和准确性，出错率下降50%;查询效率提高60%。企业多年的设计经验，重要图纸财富均完整、准确地保存下来，有效地避免了人员流动带来的影响。

　　(2)面向船舶全生命周期的项目管理，实现了船舶项目计划制订和工作任务的分解，船舶设计和建造的动态监控，直至船舶交付，使以往项目的会议定期跟踪、经验决策，变为实时跟踪、数据决策。

　　(3)提供协同平台，支持船舶送审、交付和检验等过程和清单的处理，显著提高了流程控制的力度和业务处理的效率。

　　(4)丰富的图表、统计分析功能，可以为船厂领导和相关人员提供信息，支持决策。

　　(5)实施以来，已有初步的应用效益：产品设计周期缩短30%，产品建造始终处于可控状态，且提高了造船生产效率、降低了材料消耗。