（机械制造及其自动化专业论文）离散产品设计变更管理的理论研究与应用.pdf

摘 要 摘要 随着卖方市场向买方市场的转变，快速多变的市场需求使得快速响应市场、 缩短产品上市周期成为企业竞争成败的关键。而产品在开发过程中存在着各种不 确定因素，如客户需求更改、供应商发生变化、产品出现质量问题，以及产品生产 制造过程中出现偏差时，不可避免地都要变更产品设计数据。因此，设计变更成 为制造企业生产经营活动中的一项重要业务。本文首先分析了离散产品制造企业 对设计变更管理的需求，将需求划分为两个层次：保证产品数据的完整性、一致 性、有效性和可跟踪性：正确、及时地传递变更信息。接着，论文归纳总结了设 计变更的原因与目的，详细论述了设计变更过程，就变更过程中的每一活动项， 包括变更建议、变更评审、变更申请、制定变更任务、执行变更、评审发放变更、 发放变更通知、变更实施和变更跟踪进行了阐述和分析。对变更建议，论文详述 了其涉及的信息，论述了建立设计变更控制机构的重要性。在交更结果管理问题 上，采用版本管理的思想分别就零件的版本管理和装配件的版本管理提出解决方 案，在零件的版本管理问题上提出用件号、版本号和修改序号描述不同版本产品 的方案，在装配件的版本管理问题上论述了版本的传递性。用技术状态管理技术 定义变更结果，包括技术状态标识、技术状态控制、技术状态纪实和技术状态审 核。对设计变更影响度分析按照设计开发阶段的变更、制造阶段的变更和产品已 经投放市场的变更，围绕变更的质量管理、时间管理和成本管理进行论述。变更 的实施涉及企业本身同时涉及客户、供应商，本文就变更实旖需注意的问题进行 了详述。对关联变更，提出用变更关联矩阵来标明产品、零部件之间的关联关系 的解决方法。然后，本文根据理论研究成果运用统一建模语言u m l 完成了基于产 品数据管理系统p d m 的设计变更管理系统的概要设计，建立了d c m m 模型，该 系统借鉴了国际工组流管理组织、f m c 制定的参考模型。接下来，论文详细论述 了该设计变更管理系统基于先进的w e b 结构技术j 2 e e 的实现方法，给出了作者参 与开发的系统：基于j 2 e e 的迈特p d m p l m 3 0 系统。为了论述这一系统的先进性， 论文对u m l 技术及j 2 e e 技术进行了一定的介绍。 最后，作为对研究成果的验证，作者提出基于该系统的设计变更管理解决方 案作为应用实例。 关键字；设计变更管理，p d m ，版本管理，技术状态管理，工作流管理， u m l ，j 2 e e 苤苎塑要 a b s t r a c t w i t ht h em a r k e tl e a d i n gt r a n s f o r m i n gf r o ms e l l e r st ob u y e r s ，q u i c ka n dv a r i a b l e m a r k e tr e q u i r e m e n tr e q u i t e sac o m p a n yt oq u i c kr e s p o n s et om a r k e ta n ds h o r t e n i n g t i m e - m a r k e tk e yt h a td i r e c t l yd e c i d e sw h e t h e rac o m p a n y - r o l ls u c c e e di nc o n t e n t i o n b e c a u s et h e r ea r em a n yu n c e r t a i nf a c t o r si nt h ep r o c e s so f p r o d u c t sd e v e l o p m e n t , e g a v a r i a b l ec l i e n t sr e q u i r e m e n t , av a r i a b l es u p p o r t e r , i ti si n e v i t a b l et oc h a n g ep r o d u c t s d e s i g nd a t a s od e s i g nc h a n g eb e c o m e sa ni m p o r t a n to p e r a t i o ni nt h ea c t i o no ft h e c o m p a n y sp l a n t i n gm a n a g e m e n t a tf i r s t ，t h ed i s s e r t a t i o n a n a l y s e s t h ed i s c r e t e m a n u f a c t u r ec o m p a n y sr e q u i r e m e n tt od e s i g nc h a n g em a n a g e m e n ta n dd i v i d e st h e r e q u i r e m e n ti n t ot w ol e v e l s ：t h ef i r s to n ei sa s s u r i n gt h ep r o d u c t sd a t ai n t e g r a t e d ， c o i n c i d e n t ， e f f e c t i b l ea n dt r a c e a b l e ；t h es e c o n do n ei s c o r r e c t l ya n dp u n c t u a l l y t r a n s f o r m i n gc h a n g ei n f o r m a t i o n ，s e c o n d l y , t h ed i s s e r t a t i o ns u m m a r i z e st h er e a s o n sa n d p u r p o s e so fd e s i g nc h a n g e ，a n da m p l yd i s c u s s e st h ed e s i g nc h a n g ee n t i r e l yp r o c e s sa n d e v e r yi t e mo ft h ep r o c e s s ，i n c l u d i n gc h a n g es u g g e s t i o n ，c h a n g ea u d i t ，c h a n g ea p p e a l ， e s t a b l i s h i n gc h a n g et a s k s ，c h a n g ee x e c u t i n g ，a u d i t i n ga n dp u b l i s h i n gc h a n g er e s u l t ， c h a n g en o t i c e ，c h a n g ep e r f o r ma n dc h a n g et r a c k , s p e e i a lo nc h a n g es u g g e s t i o n , t h e d i s s e r t a t i o na m p l yd i s c u s s e st h er e l a t i v ei n f o r m a t i o na n dt h ei m p o r t a n c eo fe s t a b l i s h i n g t h ed e s i g nc h a n g ec o n t r o lc o u n c i l o nt h ei s s u eo fm a n a g i n gt h ec h a n g er e s u l t , t h e d i s s e r t a t i o nd i v i s i o n , a l l yp r o v i d e st h ec o n s u l t a t i o n sb o t ht h ep a r ta n dt h ea s s e m b l y t h r o w 【g hv e r s i o nm a n a g e m e n tt e c h n o l o g y t h ep a r ts h o u l db ei d e n t i f i e dw i t hi d e n t i f i e r , v e r s i o na n dm o d i f ys e q u e n o o , a n dt h ea s s e m b l ys h o u l db et h o u g h to nc h a n g et r a n s f e r t h ec h a n g eo b j e c ti sd e f i n e dw i t hc o n f i g u r a t i o ns t a t u s m a n a g e m e n tt e c h n o l o g y , i n c l u d i n gc o n f i g u r a t i o ns t a t u si d e n t i f i e r , c o n f i g u r a t i o ns t a t u sc o n t r o l ，c o n f i g u r a t i o n s t a t u sa c c o u n t i n g ，a n dc o n f i g u r a t i o ns t a t u sa u d i t t h ed i s s e r t a t i o nd i s c u s s e st h ed e s i g n c h a n g ei n f l u e n c eo nq u a l i t y , t i m e ，a n dc o s td u r i n gt h ep e r i o do fd e v e l o p m e n tp h a s e ， m a n u f a c t u r ep h a s e ，a n ds a l ep h a s e b e s i d e st h ec o m p a n y , t h ec h a n g ec o n d u c ti n v o l v e s t h ec l i e n t sa n dt h es u p p o r t e r s t h ed i s s e r t a t i o na m p l yd i s c u s s e st h en o t i c e a b l ei s s u e s w h e nd e s i g nc h a n g ei sc o n d u c t e d t h ed i s s e r t a t i o nc l a i m sc h a n g ea s s o c i a t i v em a t r i xt o m a r kt h er e l a t i o nb e t w e e np a r t sa n da s s e m b l yt os o l v et h ea s s o c i a t i v ec h a n g ei s s u e t h e n , w i t ht h et h e o r y , t h ed i s s e r t a t i o nc o m p l e t e st h ed c m mm o d e lt h a ti st h eo u t l i n e d e s i g no fd e s i g nc h a n g em a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do np r o d u c td a t am a n a g e m e n t ， w h i c hu s e st h er e f e r e n c em o d e le s t a b l i s h e db yt h ei n t e r n a t i o n a lw o r k f l o wm a n a g e m e n t i l i 重庆大学硕士学位论文 c o r p o r a t i o n , t h r o u g hu n i f i e d m o d e ll a n g u a g e ( u m l ) t h ed i s s e r t a t i o n a m p l y d i s c u s s e st h ea d v a n c e db a s e d w e b i m p l e m e n tm e t h o d o ft h e d e s i g nc h a n g e m a n a g e m e n ts y s t e m j a v a2e n t e r p r i s ee d i t o r ( j 2 e e ) ，a n de x h i b i t st h ei m p l e m e n t e d s y s t e m ：m r rp d m p l m3 0b a s e do nj 2 e e i no r d e rt oi l l u m i n a t et h ea d v a n c eo ft h e s y s t e m ，t h ed i s s e r t a t i o ns u m m a r i l yi n t r o d u c e su m la n dj 2 e e f i n a l l y , a sav a l i d a t i o no fr e s e a r c hr e s u l gt h ed i s s e r t a t i o np r o v i d e st h ec o n s u l t a t i o n b a s e d0 1 1t h es y s t e ma sa i la p p l i c a t i o ni n s t a n c e k e y w o r d s ：d e s i g nc h a n g em a n a g e m e n t , p d m ， v e r s i o nm a n a g e m e n t , c o n f i g u r a t i o ns t a t u sm a n a g e m e n t ， w o r k f l o wm a n a g e m e n t , u m l , j 2 e e i v 1 绪论 1绪论 1 1 引言 随着卖方市场向买方市场的转变，快速多变的市场需求使得快速响应市场、 缩短产品上市周期成为企业竞争成败的关键。而产品在开发过程中存在着各种不 确定因素，如客户需求更改、供应商发生变化、产品出现质量问题，以及产品生 产制造过程中出现偏差时，不可避免地都要变更产品设计数据。因此，设计变更 成为制造企业生产经营活动中的一项重要业务。当企业的产品设计需要进行变更 时，如何使得相关的人员及时了解到这种需求，企业决策层又如何做出合理的变 更决策并快速有效的下达变更决策，同时如何有序的实施变更并监督变更的进展 情况，而变更后如何及时的通知相关人员，这是目前大多数企业在变更控制上普 遍面临的问题。这就使得针对设计变更管理的研究越发重要。 1 9 9 7 年2 月，国际对象管理组织( o m g ) 公布了其p d m 使能部件( p d m e n a b l e r ) 规范草案。所谓使能部件，指的是实现或者支持一种特定的抽象处理过 程的物理实体，它通过提供共享产品数据的灵活方式来增强产品开发团队的能力 和效率，使它们能够支持企业在制造过程模型中的整个产品开发过程。规范中专 门定义了设计变更使能部件【1 】。设计变更使能部件包括四个过程：变更问题( e c i ) 收集、变更申请( e c r ) 、变更任务( e c o ) 、变更通知( e c n ) 。规范中强调了变更对 象状态的重要性，“设计变更管理着眼于变更对象的状态管理，通过变更对象的状 态调用，执行系统中其它对象特定的活动和操作。在变更对象的整个生命周期中， 变更对象的状态控制是整个设计变更管理过程的中心。”设计变更过程跟踪变更对 象和变更申请。这些变更也许会触发其它的变更对象，造成变更的相互影响，因 此需要一些对象来管理受到影响的其它变更对象的工作状态。同时需要严格区分 产品整个生命周期中工作状态和一个过程中的工作流的各个方面。一个设计变更 项目影响能够变更的对象。针对变更任务的并行，规范中描述到“考虑变更任务 时还要考虑出现多个变更任务时，变更任务的优先级，在这种情况下，这些变更 任务有明确的序列，即，这是一种序列的需求。”同样，考虑变更任务时还要考虑 变更任务的并发执行，“有些变更任务应该明显是并发的，这是一种协同的需求。” 变更是一个广义的概念，就变更发生的范围而言，它有可能是企业发展战略 的变化，企业组织机构的转变，产品开发策略的改变：也有可能是一个零部件的 设计变更，工艺路线的变更，一次设计任务的变更等等。 就变更发生的产品类型而言，又分为离散产品变更和流程产品变更。离散产 品的生产过程通常被分解成很多加工任务来完成。每项任务仅要求企业的- - d 部 重庆大学硕士学位论文 分能力和资源。企业一般将功能类似的设备按照空间和行政管理建成一些生产组 织( 部门、工段或小组) 。在每个部门，工件从一个工作中心到另外一个工作中心 进行不同类型的工序加工。企业常常按照主要的工艺流程安排生产设备的位置， 以使物料的传输距离最小。另外其加工的工艺路线和设备的使用也是非常灵活的， 在产品设计、处理需求和定货数量方面变动较多。在我国，离散型制造企业分布 的行业较广，主要包括：机械加工、电子元器件制造、汽车、家电等。 就整个产品生命周期而言，包括设计变更( d e s i g nc h a n g e ) 、工序变更、工夹 具变更、操作人员变更，这些统称为工程变更。 就变更对象来说，包括产品、零部件，设计开发项目本身，设计流程，设计 开发计划等。 本文仅研究离散产品的设计变更。下文中提到的产品如没有特殊说明，都是 指离散产品，其中，产品的范围包括最终出厂的产品和组成产品的零部件；变更 管理如没有特殊说明，都是指设计变更管理。 在进行下面的论述之前，需要说明两个定义：变更项和变更对象。 变更项是指变更控制过程中的活动，如建议变更、评审变更等； 变更对象是指需要变更的产品或零部件。 1 2 企业对设计变更管理的需求 为了高效、正确的改正产品设计中的错误、降低成本、提高质量，快速响应 市场需求，缩短产品开发周期，企业对设计变更管理的需求是希望实现 2 1 ： 保证产品数据的完整性、一致性、有效性和可跟踪性： 产品数据的完整性是指产品结构发生变更，其相关的图档、文档要同时发生 变更，其相关的其它产品和零部件要同时发生变更；产品数据的一致性是指产品 设计数据发生变更，其在工艺部门、制造部门、库存管理部门、采购部门等的数 据都要进行相应的同时变更；产品数据的有效性决定产品设计变更何时或在哪一 批次生产中生效；产品数据的可跟踪性是指可以追溯产品变更的历程，可以得到 任意时间的该产品的数据。 正确、及时地传递变更信息 当产品设计需要进行变更时，企业希望凭借其信息系统的支撑使相关的人员 及时了解到变更情况，企业决策层能够做出合理的变更决策并快速有效的下达变 更决策，组织各部门人员，完成从设计、工艺到采购、制造、服务等一系列设计 变更活动。同时有序的实施变更并监督变更的进展情况，而变更后相关人员能及 时的得到通知。 2 1 绪论 1 3 设计变更管理研究现状 研究设计变更管理的目的，就是通过建立一套信息完备的信息模型，通过该 模型完整地保存设计变更的原因、任务及相关的产品、部件和零件数据，建立设 计变更后产品数据之间的内部依赖关系，无论发生何种更改，都能保证产品数据 的完整性、一致性、有效性和可跟踪性。在此基础上，将信息模型应用于计算机 软件中帮助企业形成设计变更知识库，提高产品研发能力。通过提供快速查询工 具，使设计人员在后续工作中避免重复错误，减少设计变更次数，提高生产效率 和产品质量。 i 目前国内外很多高校、研究机构和解决方案提供商对设计变更管理进行了研 究。 美国电子数据系统公司( e d s ) 提出了基于协同的产品全生命周期管理( p l m ) 图1 1t e a m c e n t e r 中设计变更流程 f i g 1 1d e s i g nf l o wo f t e a m c e n t e r 系统t e a m c e n t e r 的设计变更管理 解决方案，提供了一种现代的、 一致的方法来管理复杂产品的 不同更改过程，同时使在包括供 应商和合作伙伴在内的扩展企 业内进行更新和协作成为可能口 【4 j ，如图1 1 ： 美国参数技术公司( p t c ) 提出了协同商务设计的解决方 案，针对设计变更定义了变更控 制工作流程。其协同产品商务 ( c p c ) 产品w i n d c h i l l 提供了一个建立在丰富经验基础上的单一、柔性解决方案， 它通过使用w m d e h i l lf o u n d a t i o n 的工作流功能，来控制提议更改的信息和自动完 成更改过程，从而进一步提高效率【5 1 【6 】。 德国系统专家约瑟夫萧塔纳，在其著作制造企业的产品数据管理中，对 设计变更的过程用一个实例进行了深入浅出的描述，指出变更的控制必须要通过 有效的、规范的过程管理来实现【7 1 。 国家8 6 3 c i m s 工程研究中心的熊光楞教授对并行工程嗍环境下工程变更管理 9 】【】o 】【1 1 1 的需求作了分析，将变更划分为有意变更和无意变更【1 3 】1 1 4 1 ，并分别对有 意变更和无意变更进行了过程建模。指出若干的工程变更管理的方法，给出了铁 路货车产品设计中工程变更的实例。 清华大学精密仪器及机械学系的刘敏硕士、纪丰伟博士在基于p d m 的企业 变更控制研究中，研究了产品设计的三级共享数据仓库( v a u l t ) ：个人工作区、 重庆大学硕士学位论文 局部共享区、全局共享和归档区。分析了设计变更管理对变更对象在三个仓库中 的转移的控制与新版本的生成过程【1 5 1 。提出了“基于p d m 的企业变更控制研究”， 在基于产品数据管理系统p d m 提供的分布协同式工作环境下，针对p d m 的数据 管理与共享机制，通过分析企业的变更过程，提出了相应的变更控制方案和实施 思路。图1 2 是p d m 框架下变更执行的示意图渊。 l 弼孳v a 哪日棒脯。 j 1 葶 一， 籀辜v a i j l t 翔轹a 警一 i - 迕耋笱薰l ， v 1 l ，一 ( 蔫鬻琶氐缀魏孽一= 1 姗一面磊i r + j 图1 2p d m 框架下变更执行示意 f i g 1 2s k e t c ho f c h a n g ee x e c u t i v eb a s e do np d m 华中科技大学c a d 中心提出了以p d m 系统为基础，以变更流程为主线的工 程变更管理策略，并以在江铃汽车股份有限公司的实施进行了验证【m 】。 图1 3 版本管理结构图 f i g - 1 3a r c h i t e c t u r eo f v e r s i o nm a n a g e m e n t 4 1 绪论 西北工业大学c a d c a m 国家专业实验室张维博士在其 p d m 实施中的版本 管理研究与应用中分析了目前企业采用的版本管理的特点和不足，提出了正式 版本和临时版本的概念，同时分别对零件和部件制定了一套版本管理方案。且将 此方案应用在企业的p d m 实施, p t ”，版本管理结构图如图1 3 。 吉林工业大学链传动研究所副所长、国家链系质量监督检验中心主任柴邦衡 教授在设计控制中，针对设计变更分析了设计变更的原因和目的，针对设计 变更过程中涉及的提出变更建议、建立设计变更控制机构、设计变更评审和批准、 变更影响度分析、关联变更及变更的实施、跟踪进行了详尽的研究【l ”。 清华大学童秉枢教授在其著作产品数据管理( p d m ) 技术中，分析了版 本的记录模型包括线形版本模型和树状版本模型，研究了版本的状态变化过程， 并提出了修改序号的概斛”l 。 1 4 论文研究的学术意义 设计变更管理涉及到的方面包括变更项的管理，变更对象的管理，变更过程 的控制，变更影响度的分析。其中变更项包括变更申请、变更任务、变更通知等； 变更对象可以是产品、零部件，及相关的图文档、技术文档、工艺文档、功能说 明书等设计相关文档；变更过程是包括各种变更项及其顺序关系的工作流程；变 更影响度分析包括变更时间周期、变更对象的质量、变更反复次数、变更对象的 设计生产成本、变更对象半成品的损失、变更反复成本等 1 8 1 。目前，国内外对离 散产品设计变更管理的研究基本上都是在这几个方面满足企业的两个需求，这些 研究成果对本文作者的研究具有宝贵的借鉴价值，但研究成果不具有很强的可操 作性，同时，本文作者发现上述研究成果在一些研究问题上存在着不足，需要改 进： 对设计变更管理的整体研究较少，没有提出一个针对变更的产品数据的结果管 理与变更过程控制管理的整体解决方案； 版本管理的研究，有些是针对单个零件的版本的生成规则的研究；有些是针对 产品、部件的版本与其所属装配件的版本及相关文档的版本的关系的研究；有些 是针对版本生命周期的研究。可以在此基础上综合各研究方向，提出版本管理的 完整解决方案； 设计变更控制的研究，涉及的变更项不同，可以在研究已有设计变更控制的成 果上，设计出一个全面而详尽的设计变更控制过程方案。 企业需要的是一套贯穿设计变更整个过程的用于满足其两个需求的可操作的 整体解决方案。通过本文的研究，作者总结前人的研究成果，归纳总结出一套全 面而详尽的设计变更管理的整体解决方案，建立一套信息完备的信息模型，通过 重庆大学硕士学位论文 该模型完整地保存设计变更的原因，任务及相关的产品、部件和零件数据，建立 设计变更后产品数据之间的内部依赖关系，用于指导企业的设计变更活动。这套 解决方案可以应用于未上产品数据管理系统( p d m ) 的企业和上了产品数据管理 系统的企业，对于还没有上产品数据管理的企业，可以指导企业建立设计变更管 理程序文件，通过传统的手工管理手段控制变更过程，并管理变更后的产品数据； 对于已经上了产品数据管理的企业，可以指导企业建立设计变更过程控制模型， 版本管理模型。下一章节将按照设计变更的过程研究设计变更管理理论，在几个 关键问题上进行深入剖析，提出解决方案。 在这套解决方案的基础上，本文作者通过统一建模语言u m l 【2 0 】【2 l 】【2 2 l 【2 3 1 完成 了基于p d m 的设计变更管理系统的概要设计，并将概要设计指导基于p d m 的设计 变更管理系统的开发实现，为制造企业提供一套先进而实用的设计变更管理解决 方案，用于帮助企业完成设计变更的产品数据管理及设计变更的过程控制。 1 5 论文的篇章结构 接下来，本文将在第2 章通过设计变更的理论研究，分析企业对设计变更管 理的需求，归纳总结出设计变更的原因和目的 1 6 1 【2 4 】：深入剖析设计变更的控制过 型2 7 】【2 8 】【2 9 1 ，特别在变更过程、变更问题的提出【2 5 】【2 6 】、变更对象的版本管理、变 更影响度分析、变更的实施及变更跟踪【3 0 】等问题上进行一定的论述。 理论研究终久要应用于实际生产中，本论文第3 章在第2 章理论研究的基础 上，采用统一建模语言u m l 建立设计变更管理的概要设计模型，包括设计变更管 理系统用例模型( d c m m c a s e ) 、设计变更管理系统应用对象模型 ( d c m m c l a s s ) 、设计变更管理系统序列模型( d c m m s e q u e n c e ) 、设计变更建 议及工作协作模型( d c m m c o l l a b o r a t i o n ) 、设计变更工作活动模型 ( d c m m a c t i o n ) 、设计变更工作状态模型( d c m m s t a t u s ) 等，用于指导基于 p d m 的设计变更管理系统的软件开发。 i t 技术的飞速发展推动了制造业信息化的飞速发展，9 0 年代末期，基于浏览 器服务器b s ”】结构的p d m 系统迅速发展起来唧，较传统的客户端朋艮务器端c s 结构的p d m 系统，它具有开放性、分布性、协同性【3 3 】【3 4 】1 3 5 】等优势，极大提高了 企业产品数据管理的水平。j 2 e e 3 6 】 3 7 1 结构技术是b s 结构的一种实现技术，也是 目前最为成熟的b s 结构技术。第4 章详细介绍了j 2 e e 技术，并对基于p d m t 2 5 1 的设计变更管理系纠3 9 】 柏 4 1 1 的其它i t 支持技术，包括数据库技术【4 ”、邮件及 传输技术【1 9 进行了简要介绍。后半部分详细讲述了基于j 2 e e 结构的p d m l 4 2 2 6 1 【4 5 】 系统中设计变更管理子系统的实现。 第5 章讲述了一个应用实例基于j 2 e e 结构的迈特p d m p l m 3 0 原型系统 6 1 绪论 中设计变更管理子系统的应用对象及解决方案，该方案详细讲述了针对某重型汽 车公司，通过迈特p d m p l m 3 0 系统完成产品、零部件的设计变更。该解决方案 在企业中进行了实际应用，取得了良好的效果。 第6 章是对整篇论文的一个总结。 2 设计变更管理的理论研究 2 设计变更管理的理论研究 2 1 离散产品设计变更管理需求分析 分析企业对设计变更管理的需求，可以得出这是一个从基本到高级的带有层 次性的需求。 “保证产品数据的完整性、一致性、有效性和可跟踪性” 是从设计变更结果着眼，这是设计变更管理要实现的最基本的要求。对于结 构复杂的产品其相关的图档、文档，及相关的其它产品和零部件很多，保证这些 产品数据的完整性有效性是一个重要的问题，要保证相关产品数据同时发生变更。 执行变更时，变更产品影响到的其它产品或零部件容易被遗漏，造成变更后产品 数据不完整；在对变更结果的实施过程中，由于变更的生效是在未来的某一时间 或某一批次，生产制造部门保留有前后两个版本的数据，很容易发生变更实旌后 产品数据一致性和有效性错误，造成生产浪费；i s 0 9 0 0 1 质量保证体系对产品数据 的可跟踪性提出了要求。 “正确、及时地传递变更信息” 是从设计变更过程控制着眼，即产品数据发生变更时，该产品涉及的部门、 该产品相关图档、文档涉及的部门及该产品影响到的其它产品或零部件涉及的部 门都能够及时得到正确的变更信息。这是为了保证不管是简单产品的设计变更， 还是复杂产品的设计变更，其产品数据都具有完整性、一致性、有效性和可跟踪 性，是对设计变更管理提出的更高要求。产品数据，特别是结构复杂产品的数据 发生变更时，往往会遗漏通知某些部门，特别是受到影响的产品涉及的部门，造 成变更信息的不完整、不一致，从而延长了变更时间、提高了变更成本。设计变 更控制技术可以很好的解决这一问题。 上述第一条需求是设计变更管理的研究目的，第二条需求是为了实现第一条 需求而对设计变更的过程提出的要求。本章后半部分将详细论述离散产品的设计 变更管理理论。 2 2 设计变更的原因和目的 2 2 1 设计变更的主要原因 产品开发过程中的设计变更是不可避免的，从质量出发，更改设计中的错误， 大到更改产品、总成，如汽车整车结构、发动机、传动系统、制动系统等，小到 更改小部件、零件，如轴、螺丝钉等：从满足市场需求出发，设计出新的车型， 如上海汽车集团生产的奇瑞新车型千里马，由于客户对汽车外形和内饰提出 9 重庆大学硕士学位论文 了高的要求，企业在原型车韩国现代a c c e n t 轿车的基础上，通过强化车身、底 盘的耐用性，追加方便装置，高档化装修室内等3 0 0 种以上的配置变更作业而设 计出的改进车型。 一般认为，产品开发过程中设计变更的主要原因如表2 1 ： 表2 1 设计变更的原因 t a b l e 2 1t h er e a s o n so f d i g nc h a n g e 设计变更原因 来源类型 l因功能方面的要求或制造方面的原因变更产品设计o 改错 2 产品设计中的错误o 改错 3 产品的部件结构发生变化( 增、减、替换零部件) o 改错 4 客户需求发生变化或错误地理解了客户需求 o 改错 5 设计评审、验证或确认中要求的更改 改错 开发过程中当初设定的条件，例如竞争商品的状况、可以 6 改进 利用的开发资源等发生了变化 成本大幅度的提高超过了预定值或从降低成本、提高市 7 改进 场竞争力方面提出了新的要求 希望设计出更有利于生产、检验、试验、使用和维护的产 8 改进 品 9 国家从健康、安全、环保等方面提出了新的要求。改进 来源包括： 0 企业外部，包括客户需求、国家法律法规 企业内部，包括设计、生产、制造、销售和售后服务部门 一般地，早期的变更影响面窄、代价小，后期的变更影响面宽、代价大。 2 2 2 设计变更的主要目的 设计变更的主要目的是改正产品设计中的错误，改进产品功能、性能，降低 成本，提高质量。具体说来包括7 】： 表2 2 设计变更的目的 t a b l e 2 2t h ea i m s d e s i 弘c h a n g e 目的 1 满足客户需求 2 变更产品的规格 3 改进设计中的缺陷 4 降低成本 5 缩短设计的开发、生产周期 6 不影响生产、不影响交货期 7 解决相关变更 l o 2 设计变更管理的理论研究 2 3 设计变更的控制 产品数据在其整个设计生命周期中要经历三种状态的转变：设计状态、预发 布状态和发布状态。设计状态是指正在设计中的产品数据状态，这时产品数据一 般存放于个人工作区，设计更改频繁但对企业的产品设计没有什么影响，设计人 员在各个设计评审之前，拥有对解决技术要求的充分的自由度，在这期间，对未 完成的设计结果，除了按计划要求完成外，无必要进行设计更改控制；预发布状 态是指已完成设计但尚未归档的产品数据的状态，这时产品数据存放于归档数据 共享区，别的设计师可以查看，但不能引用，设计更改频繁程度一般，对企业的 产品设计有了较大影响；发布状态是指已归档产品数据的状态，这时产品数据存 放于数据共享区，别的设计师可以查看、引用，设计变更很少，对企业的产品设 计影响很大。设计变更控制针对的是预发布状态和发布状态的产品数据。 进行设计变更控制的目的是允许进行合乎要求的变更，而禁止进行不必要的 变更。对设计变更过程的控制，本身也是控制质量、时间和成本的好方法，因为 每一次变更均要耗时耗力，不只是会延误工期，更可能对设计带来新的附加的错 误。原则上是除非设计已经不能满足设计要求，否则就别去变更设计。有的设计 师喜欢频繁地把最新结构和最新技术凭借个人喜好纳入设计之中，藉以提高产品 性能而忽视了质量、时间要求和成本。控制设计变更的一个理由，便是约束一下 设计师的创造力，保证设计质量，使设计保持在预算成本和时间要求之内。一旦 设计要求已经商定，任何对要求的改动均应经过正规的程序；一个特定的设计结 果完成并经设计评审和批准，断定其已符合要求时，任何新的变更就应纳入变更 控制之中。 2 3 1 设计变更的控制过程 因为设计变更必须有规范的过程约束与控制，所以与过程管理是紧密联系在 一起的a 因为变更工作必须始终与企业质量管理的要求保持一致，以便符合 i s 0 9 0 0 1 的要求，所以，设计变更过程必须具备一个包含如表2 3 的变更项规则库： 重庆大学硕士学位论文 表2 3 设计变更项规则库 t a b l e 2 3t h er u l el i b r a r yo f d e s i g nc h a n g ei t e m 名称 1 建议变更 2 评审变更 3申请变更 4 许可变更 5 变更任务单 6 说明变更 7 执行变更 8 发放变更 9 通知变更 1 0 实施变更 图2 1 给出了包含这些变更项的设计变更过程的简单例子。 图2 1 设计变更过程图 f i g 2 1e n g i n e e r c h a n g ep r o c e s s 第一个步骤通常是建议变更。变更过程的发起者可以是某个员工、某个小组 或某个部门。首先，需要编制一份变更建议书，在变更建议书中，对建议的变更 内容或变更原因进行了详细的说明。利用变更建议书和信息分配表，变更过程的 发起者便可以启动设计变更的过程。 变更建议书由设计变更控制机构按照信息分配表发送给有关的员工，设计变 更控制机构具体职能在2 3 3 设计变更的控制机构一节中作详细说明。变更过程的 发起者是该控制机构的召集人。会议的结果是一些支持、修正或反对发起者建议 的意见。如果该变更建议得到了设计变更控制机构的肯定，变更过程的发起者就 2 设计变更管理的理论研究 要提出一份正式的变更申请表( 或称设计变更申请表，e c r ，e n g i n e e r i n gc h a n g e r e q u e s t ) ，并将与该变更对象有关的产品数据( 业务对象和数据对象) 填写在变更 申请表中。 接下来，变更申请表进入下一步骤许可变更( 设计变更控制机构仲裁) 。 在该步骤中，对变更申请表的格式进行检查，并将所提交的文档资料送交有关职 能部门进行检查和批准。如果一个或几个职能部门反对由变更过程发起者所提出 的产品变更建议，则设计变更控制机构便将变更申请表和反对意见一起返回给变 更过程的发起者。该变更流程至此结束。如果有关的各个职能部门都同意变更申 请，则设计变更控制机构同样也将变更申请表和同意的意见一起返回给变更过程 的发起者。 这样，就可以填写变更任务单( e c o ，e n g i n e e r i n g c h a n g e o r d e r ) 继续执行下 一个过程步骤。编制变更说明这个步骤中需要迸行变更影响度分析，即研究如果 对产品数据表中的某些数据进行了修改以后，将会对设计、生产及其他的产品数 据产生怎样的影响。 接下来就可以执行具体的变更任务了。各个职能部门的有关人员通过任务箱 或电子邮件得到工作任务。他们能够找到所需变更的对象并对其进行修改。 变更执行工作结束以后需要变更结果评审和发放过程。在经过发放过程以后， 变更对象被赋予一个新的变更标记，重新将其存入档案库并打上标记“冻结”，同 时分发变更通知单或发放通知单。制造部门根据变更通知单上标明的变更实施计 划，按要求实施变更。至此，设计变更的生命周期结束。 图2 1 只是一个设计变更项的顺序框图，未具体描述变更过程中控制任务的流 转以及信息的流转及对变更对象的版本控制。 为了准确地描述变更项流转关系，采用工作流管理技术砷的活动图定义规则来 描述设计变更控制过程，如图2 2 。图2 2 中的方框表示活动，如果采用传统的人 工管理方式，那么所有的活动由人来完成；如果采用p d m 系统，那么有些活动可 以由计算机来完成，如发放变更、通知变更等。椭圆圈表示人员或组织。 无条件连接弧和有条件连接弧都属于控制连接弧的范畴【3 】，控制连接弧表示过 程的控制逻辑、活动节点的时序关系，其转移意味着变更项状态的转移与整个变 更控制过程的演迸。其中规定只有前趋变更项执行完毕后，并且经过该控制连接 线的转移，后继变更项才被允许执行。无条件连接线不需要任何条件的判断，只 是一种顺序关系。有条件连接弧实现对某变更项的多个后继变更项的选择性激活， 是一种选择关系。 数据连接弧用于解决数据流和控制流不一致的情况，在单独存在数据关系的不 同变更项间建立数据输出一数据输入的关系。 重鏖盔兰堡主堂垡堡苎 “与节点”表达“与连接关系，执行过程就是判断其所有输入连接线是否都 发生了转移，只有所有前趋变更项都已经执行完，则与节点”执行完毕叫。 图2 2 设计变更管理过程控制图 f i g 2 2d e s i g nc h a n g ep r o c e s sc o n t r o l 1 4 2 设计变更管理的理论研究 开始节点和结束节点用于简化对变更控制过程开始和结束的判断。 从图2 2 可以清楚的看出，设计变更发起人提出变更建议后，除了提交设计变 更控制机构评审变更之外，还要向变更对象设计者、变更对象上级对象设计者、 生产制造部门和客户等提交变更建议书。评审变更后根据评审结果来决定活动转 移。许可变更需要每个相关部门批准后才能编制变更任务单。 每个变更项都用“状态”属性来表示完成情况，状态值采用国际工作流管理 组织w f m c ( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o r p ) 定义的7 种活动状态：初始、就绪、 执行、挂起、终止、执行后和完成。如表2 4 所示。 表2 4 活动状态列表 t a b l e2 4a c t i v i t ys t a t el i s t 状态名 状态组 说明 称 整个过程的控制流还未达到某一需要执行的变更项时，该变 初始 更项所处的状态。 表不该变更项已满足“开始条件”，即该变更项被使能；若 就绪 不满足条件则继续进行判断，直到条件被满足为止。 s l 当被使能的变更项经过触发机制( 包括人工触发、自动触发) 执行 触发后，就进入执行状态。 执行后变更项已经执行完，但还未满足完成条件。 完成变更项已经执行完并满足完成条件。 终止 在变更项执行过程中，出现例外或错误情况，所处的状态。 挂起该变更项被临时中断，状态禁止变迁。 s 2 执行 外部命令“重启”，变更项状态恢复变迁。 在s 1 组状态中分为中间状态和结束状态两类，中间状态是不稳定的状态，还 可能继续变迁，结束状态是变更项的最终状态，此后变更项不能变迁，结束状态 包括完成和终止，正常结束的状态为完成，非正常结束的状态为终止，其余都为 中问状态。当变更