PLM与ERP实施对产品质量提升的研究及应用

赵长生，姜立勇，董松金，李文华，樊庆琢

(山推工程机械股份有限公司，山东济宁 272073)

质量管理专家朱兰博士指出“21世纪是质量的世纪”，基于这样一种观念，只有不断提升产品质量才能够适应激烈的市场竞争。在行业竞争激烈的形势下，质量管理理念和控制手段也应该与时俱进。产品质量不仅仅局限于企业内部生产过程的工序质量，而且包括设计质量、供应商质量管理、采购管理、制造过程质量管理、包装质量、服务质量等多方面因素，其中设计、供应商、采购、制造过程是影响产品质量的主要方面［1］。

先进的质量管理理念主要体现为两个方面：一是质量贯穿于产品的整个生命周期，而不是简单的生产过程中的质量控制，所以不应只关注质量数据，而应建立质量数据与其他业务数据的柔性关联;二是强调用数据说话，而不是传统的粗略比较［2］。先进的控制手段主要表现为运用信息化系统实现质量控制过程。产品生命周期管理(Product Life Cycle Management，PLM)和企业资源计划(Enterprise Resource Planning，ERP)是企业的两大重要的信息化系统，在品质保证方面，PLM侧重研发过程中的设计质量保证，ERP侧重制造过程中的供应商管理、生产管理保证，两大系统的成功集成为保证山推推土机的卓越品质进一步提供了有力保障。

1 PLM提升研发品质

PLM是先进的管理理念和信息技术的结合产物，具有文档管理、工作流管理、产品结构管理、变更管理、零部件管理、项目管理、与CAPP集成等功能。与企业原来所使用的某公司的PDM系统相比，PTC公司开发的PLM系统(Windchill10．0)除了完全实现原PDM所具备的功能之外，还具有支持三维设计、规划变更流程、产品生命周期管理、系统集成等功能，这些功能对产品质量提升具有重要意义。

1.1 支持三维设计

旧PDM大都仅支持二维设计，新的Windchill10．0系统完全支持三维设计。相对于传统的二维CAD设计而言，三维ProE设计的实现加速了研发过程，缩短了研发周期。同时三维研发是基于实体的高度仿真设计，因而能在设计阶段发现很多二维图纸不易发现的结构干涉等结构问题，对于结构复杂的产品来说，三维设计对产品质量提升的意义更为突出。

1.2 变更流程规范化

旧PDM系统一般也有变更流程，但是变更流程非常简单，设计人员仅从结构角度考虑，并没有工艺人员的参与。Windchill10．0系统中变更流程更为完善，不仅有设计人员，还有工艺人员、车间技术人员等参与。新的设计变更流程考虑到了实际工艺及生产一线，使得产品变更不仅面向设计，同时兼顾制造，更加符合生产实际，能减少设计错误的发生，从源头保证产品品质的提升。新的设计变更流程如图1所示。

图1 设计BOM及图纸变更通告流程

1.3 产品生命周期管理

产品装配中，能否正确使用零部件对产品质量也有重大影响。企业经过多年发展后，零部件的编号会越来越多，必然会对一些零件编号做修订或者废弃。对于修订的零部件，不管修订多少次，系统的有效部件都是以最新的为准，但这并不表示旧版本的数据就失去了意义，特别是对于研发人员来说，保留历史变更信息非常重要，PLM提供了很完美的图纸审批、版本变更、基线管理等历史查询等功能。对于废弃的零部件将不能继续使用，通过设置生命周期状态可以避免误用已经废弃的零部件。

1.4 工艺路线内部集成

一般PDM系统都具有集成和接口功能，为不同企业实现多种功能提供了可能。CAPP是工艺流程规范化的信息化代表，CAPP产生的工艺数据需要提交至PDM进行统一管理，而CAPP所需的设计及工艺资源需要由PDM提供，二者之间存在信息交互。目前大多数制造型企业是通过PDM和CAPP集成实现路线功能，而Windchill10．0系统自带的MPMLink功能，可以将工艺和工装直接挂在系统中，减少原有工艺卡片、系统集成等中间环节，使得工艺信息能及时准确地传至生产一线。此外，通过系统集成为实现工艺路线的系统化、精益化提供了管理平台。

2 ERP提升制造品质

ERP将企业内部所有资源整合在一起，对采购、制造、质量、财务、销售、人力等资源进行规划，以达到最佳的资源组合，取得最大效益。质量管理是ERP中的重要组成部分，质量并非单纯地体现于制造过程，而是覆盖了企业从设计到销售的生产经营活动的全过程，在这个活动过程中，存在大量的质量信息流动，因此质量问题需要从全面的“质量流”角度进行分析。

以下以主机企业质量控制模块为背景，分析如何实现对“质量流”的全面质量管理。质量问题从广义方面可以分为内部质量因素 (如生产过程、整机检验、库存管理等)和外部质量因素(如供应商质量控制等)。结合企业实际质量管理，ERP质量控制模块应包括以下8个方面：

a．基础数据定义。包括确定物料定义检验属性，质量搜集要素、搜集计划，设置采购物料的抽样检验计划、跳批检验计划，以及设置检查人员的权限等。

b．物资进厂检验管理。这里主要指采购接收、报检、不合格品控制等。

c．生产过程的检验管理。产品制造过程是产品质量形成过程中的重要环节，是企业中参加人员最多、涉及部门最广的一个阶段。在确认产品设计质量的前提下，它是实现产品设计质量的关键。通过ERP质量模块的实施，实现对自制件的一序一检，历史数据记录分析等多种功能，不仅确保了制造过程每道工序的合格，而且实现了对实时数据进行多角度分析。历史数据的记录使得生产数据具有良好的追溯性，也为产品质量改善和质量缺陷预防提供了宝贵丰富的数据源头。

d．整机完工检验管理。

e．成品库存检验管理。虽然从原材料的采购到工序的各环节都在进行质量分析与控制，但还是会不可避免地出现不合格的成品。这些不合格品一旦出厂，都将会损害企业的信誉，最终影响企业的市场竞争力，因此需要对成品进行一定的质量分析与控制。通过整机完工检验和库存检验双重检验机制，确保了主机入库和出库质量。

f．不合格品控制。不合格品的控制流程包括物资检验不合格控制流程、制造过程不合格控制流程和整机检验不合格控制流程。

h．内部工厂质量索赔。现代工厂高度集中分工模式使得企业制造过程越来越趋于流水作业模式，下游工厂 (或者工序)的加工质量往往与上游关系密切，通过建立内部工厂索赔管理机制，可以强化责任和质量意识，进而提升制造质量。

g．供应商质量索赔。由于制造分工越来越精细，企业大都只需掌握核心技术，仅有少量核心部件需要自制，其余大部分零部件通过专业地供应商资源来完成，所以加强对供应商的管理对整机产品质量的保证显得尤为重要。

基于以上8点，建立了符合实际的ERP质量管理总体流程，如图2所示。

图2 质量管理总体流程

3 PLM和ERP集成保证产品质量

质量贯穿于整个产品生命周期中，设计是生产制造的根本依据，是一切生产数据的源头，所以产品设计对质量的影响最大。对当今制造业来说，研发能力的高低甚至决定了企业竞争力的强弱。然而有一个不容置疑的事实就是，强的研发能力并不等同于强的制造能力，优异的产品设计也并不能保证优异的产品质量。在企业的实际生产制造中，有相当一部分质量问题是因为没有严格按照设计进行而引起的。那么如何实现研发和生产同步?PLM和ERP两大系统为此提供了解决方案。

3.1 PLM和ERP的区别

PLM和ERP的区别主要在于以下两点：一是管理侧重点和使用范围不同，PLM侧重与产品相关的信息，主要服务工程管理、设计人员;ERP侧重对企业的物资流、资金流、信息流的管理，主要服务于制造、采购、财务及管理层。二是管理数据类型不同，PLM侧重图纸、模型、结构、过程信息等;ERP侧重庞大的数据信息，如字符、报表等信息。ERP的起点是以制造为基础，PLM的终点也是服务于制造，两大系统的信息交汇处就是BOM(Bill Of Material)和工艺路线。PLM和ERP集成的最大成功在于打破了PLM和ERP各自“信息孤岛”的现状，达到从设计源头到生产一线数据完全一致，信息共享达到最大化，发挥基础数据的最大价值。

3.2 实现设计源头数据的一致性和准确性

研发人员完成零部件结构设计后，将各自设计出的零部件进行虚拟装配就形成了一个完整的产品，这个自上而下的设计产品结构在PLM系统中就称为 EBOM(Engineering Bill Of Material)，然后根据EBOM构建MBOM(Manufacturing Bill Of Material)和工艺路线，这是保证实现一切数据来自设计源头的基本前提。然而不少企业的现状是研发人员仅负责研发产品，工艺人员仅负责工艺流程、工装，一线生产人员仅负责生产，三者没有严谨的信息沟通机制和平台，无法保证产品严格按照设计进行制造，长此以往，EBOM和MBOM严重脱钩。通过PLM和ERP的集成实施，MBOM、工艺路线就成为了连接三者的关键纽带。如何将EBOM转换为MBOM的方法已经很多，这里不再赘述［3-4］。通过PLM和ERP系统集成，将在PLM系统中构建完全基于EBOM的MBOM和工艺路线，然后将这些信息发布至ERP中，生产一线完全按照设计结构和工艺路线进行制造，杜绝了企业中长期存在的EBOM和生产现场“两张皮”的现象。

3.3 实现对研发、制造品质的共同提高

在构建MBOM和工艺路线的过程中，由于EBOM和现场长期脱钩，势必会带来基于图纸、工艺路线和生产一线不相符的情景，这些冲突情景主要体现为以下几点：某部件是否需要安装;是否可以、是否应该被其他部件代用;结构是否合理;工艺路线是否正确等。针对这些EBOM和MBOM不一致的问题，通过MBOM构建人员逐一反馈给研发人员和生产一线，经过对设计、生产、三者综合分析，最终确定出既符合设计要求和质量规定，同时又兼顾制造现场的最佳方案。

由于MBOM的构建涉及产品的所有装配和制造部件 (供应件质量主要通过ERP系统本身的质量管理模块实现)，这就意味着对所有装配和自制件需进行逐一审查。经过MBOM构建过程中的全面梳理，实现了研发、制造质量的共同提高。

以某企业信息化实施过程为例，集成前MBOM和现场的吻合率不到70%;集成后生产和图纸的吻合率达95%以上 (辅料未包含在内)，其中大部分问题产生的原因在于制造过程未完全按照正确的设计和规范化的工艺进行生产。在MBOM构建过程中，发现装配过程中部分工艺螺栓、工艺法兰均被一线装配者误安装在工作管路等核心部件;某些部门常常自己创建零部件编号，导致“一物多码”现象存在，这些都是易引发质量问题的重大隐患。而通过实施PLM和ERP集成，这些隐藏在企业深处的质量问题均可得到解决，实现研发、制造品质的共同提高，从而明显改善整机质量。

3.4 实现业务流程的规范化管理

通过PLM和ERP集成，从研发到整机入库所有的流程都处于系统监控中，可以从PLM和ERP系统中清晰地看到研发制造的全过程，不同部门在整个流程中担任不同角色，当出现质量问题时，可以迅速准确地定位引发问题的原因，避免出现相互推诿等现象，实现对业务的规范化管理。此外，当EBOM和MBOM发生变更后，通过PLM和ERP的集成系统可以将EBOM、MBOM变更信息及时、准确地反馈给制造一线，避免出现通过手工更改带来的更改周期过长、更改单丢失或更改信息不准确带来的质量问题。

4 信息化实施的几点建议

4.1 基础数据的准确性非常重要

尽管企业实施信息化选取的PLM、ERP大都不具备很好的兼容性，需要对中间接口表进行大量的二次开发工作，但是经过查阅众多实施PLM和ERP系统集成的案例和某些制造型企业信息化实施结果，发现集成的最大难点并不在于此，而在于信息化系统中基础数据特别是MBOM的准确度及其执行状况。只有保证系统中基础数据的准确性，才能通过PLM和ERP集成，实现数据共享，突破信息孤岛，提升研发、制造品质，规范产品质量管理流程，进而提高产品质量。

4.2 面向制造的EBOM研发模式转换

日益激烈的国际竞争迫使企业将非核心的部件转向外协或供应商，而企业本身仅需掌握核心部件的研发、制造。目前几乎国内所有企业将EBOM转化为产品的过程中都需要经过MBOM的转换，但是由EBOM向MBOM的转换不仅耗费较多的人力、资金，而且容易出错。未来在实施信息化的过程中，应逐渐规范并建立起面向制造的EBOM模块化研发模式，按照是否自制或外协供应，将各自模块封装起来，这不仅能尽量减少MBOM的构建工作量，提升效率转换准确率和转换效率，而且对核心、非核心模块部件的质量提升都有更为广阔的发展空间。

4.3 建立PLM和ERP接口信息交互机制

现行ERP和PLM的接口大多只实现了从PLM向ERP发布产品数据和变更信息，这虽然保证了ERP数据源头的准确性，但是PLM系统中的研发内容并非全正确。在MBOM梳理期间，有专门的团队整理并向设计源头反馈EBOM问题，当系统顺利运行后就缺少了反馈机制，设计更改就减少了动力，而设计恰恰是影响产品质量的源头，因此从某种程度上说反馈是质量改善的动力之一。从成本上来说，从概念设计到市场销售，越往后为改正错误而付出的代价就越高，因此在设计阶段就发现问题或者通过制造过程向设计反馈可以尽量降低修改代价，所以建立PLM和ERP的交互机制是有必要的。

总之，生产一线的质量提升是一个反复的PDCA过程，同理，研发也应该建立PLM和ERP的交互机制，不断提升设计、制造质量，从而提升产品质量竞争力。

5 结束语

影响产品的质量的因素贯穿于产品的整个生命周期，有些是由于研发不合理引起的，有些是由于工艺不合适或者制造没有按照设计进行引起的，也有部分是由于库存、运输、使用不当等因素引起的，但研发和制造是影响产品质量的两个重要因素。PLM和ERP是提升企业管理的有力平台，同时也是提升产品质量的有效措施。本文从信息化实施对产品质量提升的角度，简单介绍了PLM、ERP、ERP和PLM集成各自功能，从多方面详细分析了PLM和ERP在提升产品品质方面的有益作用，然后结合企业信息化实施经验，从质量提升角度给出一些实施建议。如何从PLM、ERP及集成的其他角度进一步挖掘提升产品质量的有效方法有待进一步探索。

［1］ 陈启申．成功实施ERP的规范流程［M］．北京：电子工业出版社，2005．

［2］ 汪国章，桂海进．ERP原理、实施与案例［M］．北京：电子工业出版社，2002．

［3］ 黄学文，范玉顺．BOM多视图和视图之间映射模型的研究［J］．机械工程学报，2005，41(4)：97-102．

［4］ 高燕林，侯开虎，李玉亭．PLM系统中BOM多视图技术的研究［J］．机械工程与自动化，2006(6)：43-44，47．