基于PDM的工程机械项目管理系统设计与实现

导读：本文重点围绕系统集成、BOM管理、权限控制、项目建模四项关键技术进行阐述，提出基于PDM的项目管理系统框架与功能，并完成面向工程机械行业的项目管理系统设计、开发。

作者：李敏强 董长青 徐耀宗 李川鹏 | 来源：数字化企业网

　　近年来，随着两化融合进程的进一步加快，信息技术已成为推动制造业快速发展的重要驱动因素。项目管理系统，对于企业提升产品研发效率，节约产品研发投入，推动产品品质提升，缩短市场反应周期，保持市场竞争力具有重要意义，其所表现的积极作用也得到了航空航天、汽车以及机械制造等行业的认可。

　　目前，国内外有许多研究学者以项目管理系统为研究对象展开探究，文献针对制造业项目管理的日益复杂性和数据存储处理挑战，提出面向云计算的项目管理模式；文献以产品创新和研发为主要出发点，对项目多供应商协同技术与项目管理系统整合匹配进行研究：文献基于项目管理新模式的演进方法，提出以“互联网 ”相关技术为支撑的项目管理新模式：文献探究高维度场景下，利用大数据开展统计分析、预测、优化，从而实现数据驱动决策的新思路和新模式：文献以交付物管理为核心，提出以过程管理为基础的汽车研发项目管理思路和方法。然而，对于工程机械产品研发领域而言，如何应用项目管理系统有针对性地开展全生命周期管理的相关研究相对较少。为此，本文通过深入分析工程机械行业项目管理过程中普遍存在的不足，以项目管理理论为基础，研究若干关键技术，探索工程机械项目管理系统的实现。

1 行业现状分析

　　1.1 制造行业信息化分析

　　在信息化产业的快速推动下，很多制造企业都对信息化设施和技术开展了大量应用，以提升研发水平，增强研发效率，逐步建成了以PDM为基础的产品研发创新平台。对于制造企业而言，一个新型产品的研发是一项繁杂而又艰巨的工作，不仅包含对顾客的需求剖析，同时还包含研发设计、虚拟仿真以及物料准备等环节，详情见图1。

图1 基于PDM的产品设计研发过程

　　1.2 项目管理系统发展分析

　　企业对项目管理系统的应用，主要分为独立型和集成型两个层面。独立型项目管理系统具有行业普适性，虽然通用项目管理功能模块得到众多行业认可，但其与特定领域技术融合还有待加强，与产品研发过程的匹配仍需改善。集成型项目管理系统常被定义为大型研发管理系统的子系统，例如，达索公司的Enterprise PDM等，其研究重点主要在数据收集管理层面，项目管理功能有待完善。

　　通过对企业项目管理流程进行分析，如图2所示，一个完整的产品研发流程将会产生大量的文献资料，这些资料既包括立项申请表、项目验收表等，还包括项目进度表以及规划表等，即不仅包含管理资料，还包含各类技术文档。

图2 企业项目管理流程

　　对工程机械领域而言，其项目管理与航空航天、汽车行业有相似之处，但也具有工程机械领域的独特性，因此，工程机械项目管理系统，要同时具有规律性和交叉性。通过对工程机械行业调研发现，多数企业还不具备完善的项目管理系统，产品研发还没有相应的系统支持和流程规范，甚至有部分企业仍然采用手工方式进行项目管理。以某工程机械企业为例，其项目管理主要存在如下问题：

　　(1)项目立项管理不严谨。在立项方面，对概念开发阶段重视不够，没有经过充分的市场调研和分析就确定项目，容易造成资源浪费。

　　(2)项目研发过程不规范。在产品研发过程中，由于缺乏有效的研发体系和流程规范，产品研发信息不能及时推送。忽视产品研发进程监控，容易导致存在的问题不能得到及时反馈和解决。尤其当企业并行多项目时，容易产生人力资源和设备资源冲突。

　　(3)交付物质量难以保障。由于产品研发、制造过程需要不断尝试和修正，必然要对前期设计结果进行重复修改，从而生成大量的过程性文件。如果不能借助信息化手段对这些文件进行有效管理，便会造成交付文件质量参差不齐，交付的文件版本也会呈现多样性，增加工作差错和人为处理时间。

　　(4)项目考核机制有待健全。一个良好的项目考评机制对于调动员工积极性、激发团队的凝聚力具有重要作用。在绩效评价过程中，现有项目考评机制与客观情况不匹配，不能充分考虑各相关利益者诉求，不能客观分析项目大小和难易程度，这些都将对项目考评结果产生重要的影响。此外，员工绩效评价缺乏数据支撑，往往依赖于主观评价，积极性不能得到充分调动。

　　(5)项目数据流转效率较低。在产品研发过程中，有许多亟待审批的文件因沟通不及时而被搁置，从而延长项目周期。

　　(6)项目知识体系难以传承。项目研发过程会产生大量的文档和资料，但企业并未针对这类资料进行有效的管理，文档存放混乱，导致知识经验难以积累。

2 项目管理理论

　　2.1 产品全生命周期管理理论

　　项目的全生命周期一般被划分为4个阶段：项目立项阶段（筛选、评估、选择）、项目规划阶段（计划、评估、发布等）、项目实施阶段（技术开发、资源调整、试制验证等）、项目完成阶段（最终产品、文件、总结等），四者相辅相成。根据项目全生命周期的阶段划分，不同阶段的主要任务各不相同，具体如图3所示。

图3 产品全生命周期管理阶段图

　　2.2 集成产品开发(IPD)模式

　　集成产品开发IPD是一种完善的产品研发体系，获得了国内外许多知名企业的认可。IPD框架集成了实践验证的诸多要素，是集成产品开发的精髓，其主要包括跨部门融合、结构化流程、项目和管道管理、异步开发与共用基础模块、客户需求分析、优化投资组合和衡量指标7个层次。IPD作为拥有先进创新理念的研发体系，其核心是准确定位研发需求，即将研发过程看作是一场投资活动，并注重各部门之间的联动性。

　　2.3 项目管理的知识体系

　　项目管理知识体系(PMBOK)是项目管理系统的理论源泉。美国项目管理协会提出PMBOK的9个不同知识体系，即包含范围管理、沟通管理、质量管理、整体管理、时间管理、风险管理、采购管理、费用管理以及人力资源管理等。这些内容贯穿于项目的全生命周期，其评价指标包括时间、成本、范围、质量和资源5个维度。

3 项目管理系统关键技术研究

　　产品研发过程中，多数企业已经建成相对独立的研发生产管理系统，如PDM、ERP、MES和PM等，各系统之间相互独立，缺乏联系，并形成严重的信息孤岛。如何促进各系统间的协调工作，构建贯穿于产品研发全生命周期的集成框架，完成任务分配和各类分析，需要重点开展如下4项关键技术研究。

　　3.1 系统集成技术

　　项目管理系统的集成(见图4)，主要是将企业产品数据管理系统(PDM/CAD)和生产制造管理系统(MES/ERP)的数据打通，消除信息孤岛，使之变为项目管理体系过程中的有机组成部分。系统集成过程中，主要有两大技术难点，一是各种产品研发系统已经固化，如PDM和MES系统数据库呈现异构性，需要通过ODBC访问数据库实现共享；二是各类系统产生的数据格式呈现多样性，除结构化二维数据之外，还有大量的文件系统数据，如CAD文件等，需要通过定义Web service接口，屏蔽复杂的业务逻辑，从而实现信息共享。系统集成框架以数据库系统为技术支撑，由数据库层、网络层、外部应用层、专用接口层和项目管理信息系统层共同组成。

图4 项目管理系统集成框架

　　3.2 基于BOM的项目管理技术

　　BOM（产品物料单）对于项目管理的成功实施具有关键作用。BOM在PDM构架体系中，不但有着联系产品数据系统的作用，而且还连接着工艺设计系统和制造执行系统，是大部分企业组织研发和生产的主线。首先，基于BOM可以实现任务分派，剖析、探索BOM在企业生产过程中的流转与状态改变，有利于完成新产品研发过程中的任务指派与管理。其次，基于BOM可以开展成本分析和控制，由于物料占据制造型企业产品大部分成本，BOM分析对于开展产品经费预估和成本控制起着很大作用。此外，基于BOM可以加强项目文档管理，在新产品研发的项目管理过程中，随着BOM的演化，将会产生多种不同文档，BOM对于高效管理文档起着举足轻重的作用。

　　3.3 用户访问权限控制技术

　　基于角色的访问控制，在过去传统的访问控制模型中加入角色要素，把用户与角色进行联系、角色与权限进行联系，这样能够制约客体对于主体的访问过程。

　　如图5所示，把用户与角色联系起来，通过用户角色来确认用户权限，通过角色的改变来获得不同的系统权限、使用界面和使用功能，从而完成相应的工作，这种方法能够最大程度地降低用户访问权限控制的管理复杂度。

图5 用户访问控制模型

　　3.4 项目建模技术

　　根据项目统计，企业产品研发之间有很多相似特点。如果根据研发共同特性，建立同一类型产品研发的项目模型对象，那么当进行具体产品研发时，设计开发人员就可以选择相对应的模型建立研发项目，省去繁琐的项目分解、定义任务，从而极大提高项目管理的效率与效果。

　　如图6所示，在具体执行某一类新产品研发项目时，可以创建由项目模型封装成的项目模型对象实例，这样实例继承了对象的全部特征，项目、子项目、计划、任务等，只需要进行少量修改，就可以完成整个项目管理的定义过程。

图6 项目建模与实例化过程的演示图

4 系统设计与实现

　　4.1 项目管理系统框架

　　项目管理系统的框架可分为3个层次，即用户界面层、逻辑功能层和数据访问层，见图7。

图7 项目管理系统层次分布图

　　(1)用户界面层。用户与软件互动的显示层，依照用户职能角色配置相应权限，预设管理员、项目经理、项目成员等，用户登录系统自动切换操作界面，主要接收用户输入指令，并将数据呈现给用户。

　　(2)逻辑功能层。项目管理系统中所有功能的整合，主要包括项目定义、任务分解、任务执行、项目跟踪、项目组管理、文档管理、PDM管理、资源管理、工作流管理等所有业务逻辑处理功能，是推动项目管理成功实施的重要因素。

　　(3)数据访问层。包括推动企业项目管理系统正常运行的硬件、软件（操作系统、中间件及数据库）和数据资源。主要对项目管理系统数据统一管理，如项目任务数据、交付物质量管理数据、用户数据等，在任务完成后，交付物将上传到服务器数据库进行审核管理，交付物审核过程中，相关信息如审核人、审核结论等都将储存于数据库。

　　4.2 项目管理系统功能开发与实现

　　在前期项目管理理论研究基础上，以某工程机械企业为实际案例，完成了项目管理系统X-RPM的设计开发，并与原有PDM系统的高度集成。系统运用J2EE架构，分层设计，具有更大的灵活性，利于快速部署和维护升级。

　　X-RPM以项目实施为核心，以时间进度控制为出 发点，对项目立项、进度、过程、成本、团队等资源，进行全面跟进和高效管控，数据信息实时共享，实时掌控项目计划与实际执行的差异，跨领域解决复杂问题，支持一个或多个项目协同进行，协助企业合理配置资源及资金，最大限度节约成本，降低风险，确保项目目标如期实现。

　　X-RPM系统基于企业产品研发全生命周期管理，从需求分析、概念设计、产品设计、工艺规划、生产制造、售后服务等方面出发，形成一个集成化的信息管理平台，支持项目计划制定、任务分配、资源配置以及项目分析和统计等功能，通过丰富的流程引擎管理，实现文档的流程化审批。主要功能如下：

　　(1)立项与结项管理。系统贯穿产品研发项目启动，计划制定、执行、监控和收尾的PDCA循环。项目立项之初，需在系统中成立项目组，提交项目可行性报告，涵盖产品定位、产品生命周期计划表，组织各体系综合分析政策法规、宏观环境、竞争态势、产品组合、细分市场等内容，同时需完成项目收益、质量、进度等目标及项目整体关键参数的设定，同时按照规定流程报批后通过。

　　(2)过程管理。项目创建完毕后，需对项目计划进行分解。项目可通过基于原有项目模板生成、人工创建和导入新模板三种方式建立。项目计划进行分解时，可根据项目节点自动分解，节点分解可分为企划、财务、项目管理、设计研发、成本、质量、采购、工艺工程及销售等，子项目经理依照整体大计划制定二级计划，从而分解为各项可执行任务。任务下发至责任人后，责任人按任务的生命周期进行相应的流转，直至任务处理完成。

　　(3)质量管理。通过项目仪表盘对项目进行全方位实时监控，实现多维度（按人，按任务，按阶段，按计划，按质量，按风险，按问题，按需求，按缺陷，按成本等）透视项目的运转状态，同时运用多种质量分析工具，对项目过程进行全面质量管控，自定义导出质量分析报告，设立质量问题管理看板，并按照自定义流程针对质量问题进行系统化的解决。

　　(4)绩效评价管理。绩效考核自上而下分解，按照项目既定指标要求，将项目指标层层分解到项目子经理、部门经理和员工，指标之间具有较强关联性，确保公司整体绩效目标的实现。同时，针对整个项目管理过程进行全面评价，针对不同项目依据其复杂度系数设置不同的权重，从计划完成情况、预算执行情况、交付物管理、工时管理等过程要素进行全面考核评价。系统还对项目各任务工作时间实施了严格的量化和统计，设立了工作时间与个人任务日志相联系，对项目成员的任务执行进度和投入时间进行评价，激发员工主动性。

　　(5)统计分析报表管理。交付物作为机械产品研发制造过程控制中的一个重要因素，如果能够对交付物进行统计分析，能够为项目管理人员提供更好的决策支持，同时也可以为后续产品的研发制造奠定基础。系统已实现项目状态进度统计、资源统计以及问题统计，同时对项目过程中的交付物进行系统统计，对交付物审核过程的评定分数进行分析说明。项目统计分析内容包含甘特图跟踪、里程碑阶段偏差率、任务完成时间、任务状态、工作量、问题数等，可实现柱状图、饼状图、管道图、燃尽图及曲线图等呈现方式，综合了解项目整体情况，方便各级管理组织，根据项目分析，平衡资源分配，做出更及时准确的决策。

　　(6)文档管理。结合产品研发过程，系统将项目交接的文档，按照种类的不同进行分类，对文档版本全面控制管理，从而实现企业知识经验的积累和延续。

5 结束语

　　为更好提高产品市场竞争力，各企业都在积极采取信息化的方式，固化企业项目管理体系，从而增强企业自身研发能力。项目管理系统能够高效地将企业产品研发任务联系起来，监控研发过程，提高机械产品研发效率。本文针对工程机械行业项目特点，通过对某工程机械企业项目管理流程及存在问题的分析，提出了项目管理系统框架，并完成了项目管理系统X-RPM的开发与实现。通过X-RPM系统的实施，项目管理人员能够准确把控项目整体进度，提升资源利用效率，降低沟通成本，确保项目顺利有序推进，效果显著。此外，系统还能实现所有项目资料的归档操作，确保技术沉淀和项目延续，从而提升企业产品研发组织和管理水平。