产品研发过程数据管理的思考

产品研发过程数据管理的思考

罗亮 王翔

航空工业陕飞设计研究院  陕西汉中  723200

摘要：产品研发过程中的数据是不断产生和应用的过程，是产品研制规划、设计、制造、评估以及开展航空科学研究的最重要的基础；同时数据也是一个企业的核心资产，数据管理是将数据作为战略资产来管理，需要建立一套从数据采集到处理应用的管理机制，以提高数据质量，实现广泛的数据共享，最终实现数据价值最大化，有效的产品数据管理是实现研发目标的有力保证。本文内容以某企业信息化建设为背景，在系统工程方法论指导下，对建立一组相互关联的物料清单（BOM），并以之为主线，实现研发全过程的产品数据的集成管理和可追溯的建设思路、总结与展望。通过本文能让大家对数据管理的意义整体有个基本了解，能对相关工作有一个更好的推动，从而助力自主研发能力的不断提升。

关键词：数据管理、数据模型、系统工程

0 引言

     近年来，围绕数字化研发-制造一体化的发展趋势，基于单一数据源，以全数字量传递为手段，构建了对与产品制造相关的数据、过程、资源的统一管理，并根据自身产品研发-制造的技术特点，设计并实现以了基于PDM应用（Windchill系统）为基础的产品研制协同系统，将产品制造过程主要产品要素和业务单元联系起来。如图1所示，研发人员利用三维CAD软件进行产品设计，明确产品零部件的特征属性及其之间的装配层次关系，形成工程物料清单（EBOM），并通过PDM系统向制造部门进行产品制造数据传递。

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图1产品研制协同示意图

但众所周知，没有一个应用系统供应商能提供一个大型企业业务运营所需的全部应用解决方案，随着公司外购、自研系统的增多，各业务域建立的相应的信息系统，并经过多年的建设形成了围绕产品制造数据的综合应用平台；但针对需求分析、概念设计、技术方案、仿真／计算分析结果、试验／试飞研证结论、各类目录等产品研发数据多以纸质或电子文档的形式散落于各级研发人员、档案部门，数据也以文档的形式进行传递，没有基于信息系统的数据组织、管理系统应用；给产品研发带来了过多的返工、延迟、质量问题，很大一部分问题出现在研发活动中引用了错误的、不完整的或失效的数据，而产品研发周期长、专业多、协调范围广等特点，导致研发部门需要耗费大量的人力和时间对前期数据进行整理、分析，研发数据流动迟滞，数据实时性、准确性无法保证。

在产品研发过程中，产品研发数据作为研发活动的输入／输出和技术决策的依据，不断产生、更新和应用。产品研发的正确、有效组织，依赖于其中的各个环节均能及时获得有效的产品研发数据，因此，确保研发数据受控且能及时共享，是高效优质地开展产品研制的必要条件。但产品研发数据的管理也往往是企业忽视的重要环节，而该数据是一个企业的核心资产，应该作为重要资产来管理。

1 产品研发数据的产生

1.1数据的定义

根据《主数据管理规定》中的定义，数据是对客观事物的逻辑归纳，一般使用符号、字母等方式对客观事物进行直观描述。其中主数据是指具有高业务

价值的、可以在企业内跨越各个业务部门被重复使用的数据，是单一、准确、权威的数据来源。一般情况下指各业务系统的基础数据。共分13类：机型、标准件、材料、成品、工量具、工装（含样板）、零组件、机械设备、人员、组织、供应商、客户、型号科研项目等。并据此建立了相应的信息资源综合管理平台，对数据进行组织、管理、应用。

产品研发数据是指产品及产品研制过程中，各项描述产品的方案和实物所具有或期望具有的特性的数据，包括用户需求、研制总要求、产品构型、产品定义、计算分析结果、技术状态、试验／试飞验证数据和与产品直接相关的数据等。涵盖了产品研发全过程所形成的数据，是产品数据的不可分割的重要组成部分之一，不仅直接支撑产品研制鉴定／定型，同时对产品的改进改型、模拟仿真、用户服务与支持、新技术探索与预先研究等有着巨大的科研价值。

1.2产品研发的业务模型

公司产品作为典型的大型复杂系统工程，其研发过程分为论证阶段、方案阶段、工程研制阶段、设计定型阶段、生产定型阶段等5个阶段，每个阶段都有各自的依据、任务和目标、工作内容、控制要点和完成标志，主要以文档为主的研发模式，驱动各阶段、各专业间的研发活动的开展。在产品设计阶段采用三维数字化定义进行产品建模，主要表现为产品零部件的特征属性及其之间的装配层次关系，它以工程物料清单（EBOM）的形式，通过目录单、明细表和各种零件统计清册向制造过程进行数据传递，作为产品制造过程的数据源；同时，很多与产品直接有关的设计、仿真分析、计算报告、验证结论等研发数据以各种设计文档来描述飞机产品结构尺寸、原理、技术性能、功能指标等，如表1所示：

表1 设计文档类型及说明

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近年来，随着基于模型的系统工程在行业内的推广应用，公司产品作为典型的大型复杂系统工程，其研发应遵循系统工程的基本逻辑，是需求提出、分解和逐步验证的迭代循环过程。在研发过程中，以“需求一验证”为主线，各项需求分析、设计、试制、试验和技术管理等研发活动，按照研制程序通过系统工程“V模型”有机组织，共同实现由用户需求向产品实现的转化。而这些研发活动之间的纽带即是研发中所应用和产生的各类产品研发数据。产品的设计过程，是按照产品架构在“系统一子系统一元素”之间自顶向下的需求分配与确认，以及自底向上的产品集成；在每层级产品内部，是需求分析、架构设计、产品定义和仿真分析共同构成的“需求一验证”的循环迭代。从数据视角看，在产品研发的过程中，各类产品数据沿数据链条顺次产生、传递；根据数据链条中的验证关系判定是否需要迭代开展；当上游数据发生变更时，对下游数据沿数据链依次传递影响，直至验证闭环。

2 产品研发对数据管理的要求

2.1产品研发数据的管理原则

公司产品是一个复杂的系统，由各个功能、结构均相对独立的部件和子系统共同组成，各部分之间高度耦合。在研制过程中，各部分研发工作高度并行，伴随着密切的协调，且需要根据协调情况经常性调整各部分的指标要求和技术方案，为保持产品设计状态和实物状态的受控，研发数据管理的首要原则是确保研发团队成员能够及时、准确获得有效数据，这其中包含三方面对数据管理的原则：数据的集成管理、有效性控制和在适当的范围内高效共享。

2.2产品研发数据的传递关系

在研发过程中，各单位间主要数据传递关系主要包括总体专业向各分系统专业传递技术要求／需求；分系统专业向承研单位分解技术要求和需求；承研单位向总师单位传递模型图样、文件、仿真数据等形式的设计结果；设计部门向试制单位传递模型图样、文件，承研单位向总师单位反馈实物状态信息数据；生产部门向设计部门提出加工、装配中现场技术问题，设计部门向生产单位反

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馈对现场技术问题的处理措施；设计部门向试验单位传递模型图样、试验要求和状态信息数据，试验单位向设计单位传递试验数据、试验结论；试验单位向设计单位提出试验中现场技术问题，设计部门向试验单位反馈对现场技术问题的处理措施。

2.3产品研发数据的管理要求

近2年来，公司研发部门为改变以往改进改型的产品研发设计思路，传承设计经验，打牢正向设计基础，开展了设计流程体系建设工作，形成了一套用于新产品正向设计的流程集，梳理了流程步骤间的逻辑关系，提高了设计流程实用性，明确了数据之间存在着“输入-输出”、“需求一验证”的数据链条，因此数据需要关联、集成管理，避免形成一系列独立的数据孤岛，为产品研发数据的管理提供了便利；同时，在数据的集成管理中，管理的对象不仅应包含数据本身，更应包含数据间的逻辑关系及其完整的映射关系。同时对数据发布、审查、修改等进行控制，制定不同策略进行管理，实现数据的权限和分发控制，并实现用户对数据的使用和访问。对产品数据的管理中，应能对每组协同的数据进行横向和纵向管理，使得各环节间的数据发包和数据同步能够准确、高效开展。

3 基于BOM的产品研发数据管理模式

3.1基于BOM的产品数据分类

根据数据产生和应用的阶段、基于该数据协同的范围和对应的追溯关系、不同类型数据的管理策略、数据之间的关联关系，将研发全过程的各类数据分类组成若干数据组，按照特定的数据结构关联形成数据表BOM。数据按照特定的BOM组织，便于数据应用者能够根据逻辑关系准确检索并关联查询；同时，数据产生者产生的数据按照规则存放在BOM结构中，在数据的跨单位协同中便于按照BOM进行数据发放，保障发放数据的完整和关联关系的正确有效。可以将产品研制过程中由需求到验证的数据，按照数据产生的逻辑关系和时序关系组合为几个相互关联的BOM，依次为需求BOM（RBOM）、定义BOM（DBOM）、工程BOM（EBOM）；以及面向生产及试验的相关BOM表（PBOM、MBOM、TBOM），

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如表2所示。RBOM、DBOM由设计人员在产品论证阶段、方案阶段期搭建，主要用于研发环节内部协同、管控和项目的工作策划；EBOM在工程研制阶段由各分系统设计人员搭建，主要用于“设计一试制”环节的交互和协同；PBOM和MBOM由制造部门基于EBOM搭建，主要用于工艺设计、制造实施环节；TBOM在试验策划阶段，由设计、试验人员根据策划开展的试验科目搭建，实现按科目对“需求-试验要求一试验结果”的闭环控制。

表2BOM的产品数据分类

3.2基于BOM的产品数据管理的推进

现阶段公司经过多年信息化条件建设，建立了基于Windchill的产品管理系统，其中EBOM、PBOM、MBOM等数据表等到了很好的集成和应用，实现了产品数据的信息化管理，但用于研发环节内部协同、管控和项目的工作策划和试验策划阶段所需的相关数据表仍处于空白，如何做好各类表单定义、完善现有数据管理平台、多专业协同研发平台集成建设、打通数据流是后续工作重点、难点。目前，公司根据中长期产品发展战略及规划，打造以需求为主线、以模型为驱动的正向设计研发体系，主要达到以文档为主的研发模式转变为以模型为主的研发模式，促进由“需求满足型”向“需求驱动型”转变，建立的相应的流程、标准、规范，逐步形成基于模型的系统工程（MBSE）研发体系，实现正向研发能力的突破。

4 结论

通过对某企业目前产品数据管理的现状梳理，分析了产品数据产生的模型，明确了产品研发对数据管理的要求，提出了基于BOM的产品研发数据管理模式，阐明了以产品数据为核心，拓展数据管理的范围，将助力自主研发能力不断提升的建设思路，对指导后续工作的开展具有重要意义。

参考文献

［1］冯雷 飞机数字化设计工程数据管理技术研究 计算机集成制造系统2010年

［2］黄乙中 浅谈数据治理建设方案 轻工科技 2020年

［3］梅中义 飞机设计制造中产品数据的生成、传递和管理技术 制造自动化2002年