产品全生命周期
项目管理系统
配方管理系统
实验管理系统
电子实验记录本
研发成本管理
化工行业
电路模块产品结构管理PLM解决方案
产品结构指用于描述各种零部件如何组成产品的结构。产品结构体现了零部件之间的装配关系。产品结构管理是产品数据组织和管理的一种形式，它以数据电子仓库为其底层支持，以材
产品应用
1 因素分析
1．1 电路模块产品的自身特点
电路模块行业具有不同于整机和民用电子行业的显著特点，主要包括以下方面：
(1)在产品特点方面，电路模块结构相对简单,通常采取单层的元器件明细表来实现BOM的功能。
(2)在行业特征方面，军工电路模块产品属于典型的多品种小批量业务，客户在整个产品生命周期过程中具有强大的话语权，产品以定制开发为主，研制周期短，产品通用性差。
(3)在产品体系方面，电路模块研制单位一般有多个产品门类，每个门类下积累了众多产品系列，甚至部分产品不成系列。
(4)在质量管理方面，具有严格的状态管控要求，设计定型后很难进行产品的改良、改进，很少产品出现定型后的版本更新。
(5)在产品研发方面，一般是小团队开发为主．甚至部分单位以单个实际是独立研发为主。很少有设计的分工。
1．2 一般应用方式与电路模块的差异分析
产品结构管理一般是通过产品结构树的建立，对产品结构层级、相关的文档关系和版本进行管理，通过多层的产品结构展开，逐层管控到物料。但产品结构管理的传统方式很难直接适用于电路模块产品。主要包括：
(1)传统的产品结构树是基于实物结构建立的。电路模块本身就位于整个系统结构树的底层。很难再去对它进行拆解。产品结构管理应用的目标之一是通过产品的分解，实现设计分工、派工。而在元器件单位产品基本不再实施分层派工，一般由一个设计师独立完成整个产品的设计。如图1所示。
图1 产品结构树模型
(2)整机行业的产品一般是在低版本产品上衍生出来，存在大量的整件、部件、零件借用关系。元器件由于受到用户产品状态管控的要求，很难进行产品自主升级。大量的客户化定制，产品差异化明显。
1．3 问题分析
模块电路研制单位普遍存在以下问题：
(1)研发周期难以满足客户需求
模块电路产品由于多由设计师独立完成，新产品设计每次都需要从单元电路设计、整机设计、整机验证等活动。对于差异化定制的模块电路产品，个体在同类型产品上能够积累的经验是有限的。产品设计周期基本由设计师自身的设计能力决定。而这种个体设计能力很难量化评估和准确判断，且无法形成统一的工作标准，所以产品的研制周期波动较大，难以满足用户需求。
(2)研发质量管控难度大
一方面产品研发依靠个体力量完成。产品对企业的知识利用不充分，产品验证难以保证充分；另一方面在外边技术支持方面，相关技术人员没有有效地参与到项目研制中，无法在设计评审和项目指导中给予深人有效的意见和建议。两方面造成产品研制的质量难以保证。
(3)企业知识利用不充分
模块电路研制单位产品技术档案的保持与使用一般通过纸质图文档实现，即使部分单位使用了PDM系统进行管理，也多是对产品整件图纸的管控。整件图纸在其他产品研制中的复用和借鉴相对困难，需要设计人员先掌握源产品的基本设计思路，从中找出可借鉴的信息。这也导致模块电路研制单位图纸在新产品设计过程的设计调用很少发生。更多地依靠设计师个体间的互动交流来获取知识。这就造成模块电路研制单位产品研制周期失控、研发质量失控、知识管理失效等突出问题。
2 产品结构管理的基本方法
产品结构指用于描述各种零部件如何组成产品的结构。产品结构体现了零部件之间的装配关系。产品结构管理是产品数据组织和管理的一种形式，它以数据电子仓库为其底层支持，以材料明细表为其组织核心，定义最终产品数据的组织、管理与控制，并在一定的目标或约束下，向用户或应用系统提供产品结构的不同试图和描述田。主要包括产品结构层次关系管理，基于文件夹的产品一文档关系管理和产品版本管理等。
2．1 产品结构树管理
产品根据装配的层级，按照单机、组件、部件、器件、元件等层级逐级分解形成的分层树状结构称之为产品结构树，如图2所示。产品结构树管理的原理就是通过将各层级及其之间的逻辑关系来描述以产品结构模型为基础的整个产品信息，再对各层级的对象进行编码、命名、属性管理和版本管理。通过产品树的建立向分层单元的设计组织派工，按照统一的标准规范开展分层研制，并通过产品结构树对整个项目进行跟踪管控。
图2 产品数管理模型
2．2 图文档管理及版本管理
在产品结构树下建立相应的文件夹，在文件夹下归集产品相关的设计图纸、BOM清单、工艺文件、检验规范、设计说明等文件。对相关文件进行结合项目研制的阶段和变更规则，进行版本管理。如图3所示。
图3 图文档管理模型
这些文档都将存放于PLM系统服务器的电子仓库，系统支持多维度的查询，并支持对电子文档的借用管理，将跨产品间的文档借用建立关联关系，以便于质量追溯。但传统的产品树一般是基于实物的分层管理，对各层的属性、边界可以自上而下地进行约定。各实物层可以容易形成标准的CBB模块，便于为其他项目研制借用、借鉴。从而形成企业的知识平台。
3 应用研究
电路模块产品结构相对简单，一般由基板(PCB版、陶瓷基板)、外壳、阻容器件、各类芯片、导线、变压器、电感、传感器等功能器件组成。组装方式一般是按照一定的工艺顺序将各类器件组装在基板或直接装配在外壳上，形成一个具有特定功能的电路模块。实物层几乎可以看成一个平面。但实际上任何一类电路模块都会有若干个功能单元与结构件组成，只是这些功能单元是通过固化在基板上电路与器件组合而成，且功能单元大多共用基板，部分甚至会共用器件，不易进行实物分割。对于电路模块产品可以通过功能单元的分解建立虚拟化的功能层，再向下分解器件，来建立产品结构树。
3．1 电路模块产品结构树的建立
电路模块产品以功能单元加实物单元组合的方式建立产品结构树。其中功能单元主要来源于电路模块产品的设计原理和设计规范。以DC／DC变换器模块为例，DC／DC变化器从电路功能角度来分，可以分为以下几个部分：输入滤波、控制部分、功率变换、整理滤波、反馈回路及变压器，它们共同组成了一完整的DC／DC变化器的电路结构，实现闭环控制。功能框图如图4所示。
图4 DC／DC电源模块功能框图
根据DC／DC变换器的功能单元，向下分解出元件物料，形成产品结构树。DC／DC电源可以是多路组合。可以在各自的功率单元下进行分别描述。如图5所示。
图5 DC／DC电源模块结构树模型
3．2 对功能单元进行分类建库
每个功能单元一般会有相对固定的实现方法，需要将这些实现方法整理、分类，通过对每一类电路模块产品的功能单元定义，约定名称、编码、特征等管理要素。形成同类产品的设计模型库，如图6所示。在此模型库下，通过项目的积累不断地丰富库的内容，逐步形成企业的产品知识平台。
图6 Dc／DC电源功能分解模型
3．3 对功能单元实施图文档管理
通过设计规范。对功能单元进行定义，明确该功能单元项下应归集的文档类型，分支下的物料归属界定，设计的相关说明文档，形成功能单元的文档管理规范。
4 产品结构管理的应用
通过产品结构管理和设计模型库的建设，对新产品设计提供极大的支撑。如图7所示为产品结构管理对产品全生命周期中的支持模型。
图7 产品结构管理在产品全生命周期的支持模型
(1)设计师接受新的研发任务时，可以调阅客户历史的需求，掌握客户偏好和特殊需求。
(2)在确定设计方案时可以快速地从已建立的设计模型控制选择现有的功能单元设计方案，组合形成新项目的设计方案。也可以查询相近产品的设计方案，在此基础上修改完善。
(3)在单元电路设计时，可借鉴所有历史曾经归集的单元电路设计案例，其中包括经过专家评审确定CBB模块。
(4)在设计技术和验证活动中，由于所引用的功能单元已经经过相应的设计计算和功能验证，相关数据可以直接引用，只需在此基础上丰富完善即可。
(5)在评审阶段，可将该产品引用的各功能单元电路原作者邀请加入评审组，由于对各自的功能单元比较了解，对原功能单元电路存在出现的问题和潜在的故障有直接的认识，能够给予新产品设计真实、有效的反馈意见。
(6)产品设计优化同时也可以按照对设计数据库的不断优化完善。并可对已设计的产品提出同步改进意见。
(7)产品定型时，各功能单元电路同步归档，不断丰富产品设计模型库。
(8)在产品定型后，出现质量问题，相关的整个措施，可以通过功能单元的借用关系进行反追溯到其他产品，分析影响，实现真正的举一反三。
5 结语
基于PLM系统的产品结构管理。在制造业已经大量应用并取得成效。在军用电路模块产品应用研究将有效地提升研发的效率、改善研发质量、加速设计人员成长、构建企业技术知识体系。
1．1 电路模块产品的自身特点
电路模块行业具有不同于整机和民用电子行业的显著特点，主要包括以下方面：
(1)在产品特点方面，电路模块结构相对简单,通常采取单层的元器件明细表来实现BOM的功能。
(2)在行业特征方面，军工电路模块产品属于典型的多品种小批量业务，客户在整个产品生命周期过程中具有强大的话语权，产品以定制开发为主，研制周期短，产品通用性差。
(3)在产品体系方面，电路模块研制单位一般有多个产品门类，每个门类下积累了众多产品系列，甚至部分产品不成系列。
(4)在质量管理方面，具有严格的状态管控要求，设计定型后很难进行产品的改良、改进，很少产品出现定型后的版本更新。
(5)在产品研发方面，一般是小团队开发为主．甚至部分单位以单个实际是独立研发为主。很少有设计的分工。
1．2 一般应用方式与电路模块的差异分析
产品结构管理一般是通过产品结构树的建立，对产品结构层级、相关的文档关系和版本进行管理，通过多层的产品结构展开，逐层管控到物料。但产品结构管理的传统方式很难直接适用于电路模块产品。主要包括：
(1)传统的产品结构树是基于实物结构建立的。电路模块本身就位于整个系统结构树的底层。很难再去对它进行拆解。产品结构管理应用的目标之一是通过产品的分解，实现设计分工、派工。而在元器件单位产品基本不再实施分层派工，一般由一个设计师独立完成整个产品的设计。如图1所示。
图1 产品结构树模型
(2)整机行业的产品一般是在低版本产品上衍生出来，存在大量的整件、部件、零件借用关系。元器件由于受到用户产品状态管控的要求，很难进行产品自主升级。大量的客户化定制，产品差异化明显。
1．3 问题分析
模块电路研制单位普遍存在以下问题：
(1)研发周期难以满足客户需求
模块电路产品由于多由设计师独立完成，新产品设计每次都需要从单元电路设计、整机设计、整机验证等活动。对于差异化定制的模块电路产品，个体在同类型产品上能够积累的经验是有限的。产品设计周期基本由设计师自身的设计能力决定。而这种个体设计能力很难量化评估和准确判断，且无法形成统一的工作标准，所以产品的研制周期波动较大，难以满足用户需求。
(2)研发质量管控难度大
一方面产品研发依靠个体力量完成。产品对企业的知识利用不充分，产品验证难以保证充分；另一方面在外边技术支持方面，相关技术人员没有有效地参与到项目研制中，无法在设计评审和项目指导中给予深人有效的意见和建议。两方面造成产品研制的质量难以保证。
(3)企业知识利用不充分
模块电路研制单位产品技术档案的保持与使用一般通过纸质图文档实现，即使部分单位使用了PDM系统进行管理，也多是对产品整件图纸的管控。整件图纸在其他产品研制中的复用和借鉴相对困难，需要设计人员先掌握源产品的基本设计思路，从中找出可借鉴的信息。这也导致模块电路研制单位图纸在新产品设计过程的设计调用很少发生。更多地依靠设计师个体间的互动交流来获取知识。这就造成模块电路研制单位产品研制周期失控、研发质量失控、知识管理失效等突出问题。
2 产品结构管理的基本方法
产品结构指用于描述各种零部件如何组成产品的结构。产品结构体现了零部件之间的装配关系。产品结构管理是产品数据组织和管理的一种形式，它以数据电子仓库为其底层支持，以材料明细表为其组织核心，定义最终产品数据的组织、管理与控制，并在一定的目标或约束下，向用户或应用系统提供产品结构的不同试图和描述田。主要包括产品结构层次关系管理，基于文件夹的产品一文档关系管理和产品版本管理等。
2．1 产品结构树管理
产品根据装配的层级，按照单机、组件、部件、器件、元件等层级逐级分解形成的分层树状结构称之为产品结构树，如图2所示。产品结构树管理的原理就是通过将各层级及其之间的逻辑关系来描述以产品结构模型为基础的整个产品信息，再对各层级的对象进行编码、命名、属性管理和版本管理。通过产品树的建立向分层单元的设计组织派工，按照统一的标准规范开展分层研制，并通过产品结构树对整个项目进行跟踪管控。
图2 产品数管理模型
2．2 图文档管理及版本管理
在产品结构树下建立相应的文件夹，在文件夹下归集产品相关的设计图纸、BOM清单、工艺文件、检验规范、设计说明等文件。对相关文件进行结合项目研制的阶段和变更规则，进行版本管理。如图3所示。
图3 图文档管理模型
这些文档都将存放于PLM系统服务器的电子仓库，系统支持多维度的查询，并支持对电子文档的借用管理，将跨产品间的文档借用建立关联关系，以便于质量追溯。但传统的产品树一般是基于实物的分层管理，对各层的属性、边界可以自上而下地进行约定。各实物层可以容易形成标准的CBB模块，便于为其他项目研制借用、借鉴。从而形成企业的知识平台。
3 应用研究
电路模块产品结构相对简单，一般由基板(PCB版、陶瓷基板)、外壳、阻容器件、各类芯片、导线、变压器、电感、传感器等功能器件组成。组装方式一般是按照一定的工艺顺序将各类器件组装在基板或直接装配在外壳上，形成一个具有特定功能的电路模块。实物层几乎可以看成一个平面。但实际上任何一类电路模块都会有若干个功能单元与结构件组成，只是这些功能单元是通过固化在基板上电路与器件组合而成，且功能单元大多共用基板，部分甚至会共用器件，不易进行实物分割。对于电路模块产品可以通过功能单元的分解建立虚拟化的功能层，再向下分解器件，来建立产品结构树。
3．1 电路模块产品结构树的建立
电路模块产品以功能单元加实物单元组合的方式建立产品结构树。其中功能单元主要来源于电路模块产品的设计原理和设计规范。以DC／DC变换器模块为例，DC／DC变化器从电路功能角度来分，可以分为以下几个部分：输入滤波、控制部分、功率变换、整理滤波、反馈回路及变压器，它们共同组成了一完整的DC／DC变化器的电路结构，实现闭环控制。功能框图如图4所示。
图4 DC／DC电源模块功能框图
根据DC／DC变换器的功能单元，向下分解出元件物料，形成产品结构树。DC／DC电源可以是多路组合。可以在各自的功率单元下进行分别描述。如图5所示。
图5 DC／DC电源模块结构树模型
3．2 对功能单元进行分类建库
每个功能单元一般会有相对固定的实现方法，需要将这些实现方法整理、分类，通过对每一类电路模块产品的功能单元定义，约定名称、编码、特征等管理要素。形成同类产品的设计模型库，如图6所示。在此模型库下，通过项目的积累不断地丰富库的内容，逐步形成企业的产品知识平台。
图6 Dc／DC电源功能分解模型
3．3 对功能单元实施图文档管理
通过设计规范。对功能单元进行定义，明确该功能单元项下应归集的文档类型，分支下的物料归属界定，设计的相关说明文档，形成功能单元的文档管理规范。
4 产品结构管理的应用
通过产品结构管理和设计模型库的建设，对新产品设计提供极大的支撑。如图7所示为产品结构管理对产品全生命周期中的支持模型。
图7 产品结构管理在产品全生命周期的支持模型
(1)设计师接受新的研发任务时，可以调阅客户历史的需求，掌握客户偏好和特殊需求。
(2)在确定设计方案时可以快速地从已建立的设计模型控制选择现有的功能单元设计方案，组合形成新项目的设计方案。也可以查询相近产品的设计方案，在此基础上修改完善。
(3)在单元电路设计时，可借鉴所有历史曾经归集的单元电路设计案例，其中包括经过专家评审确定CBB模块。
(4)在设计技术和验证活动中，由于所引用的功能单元已经经过相应的设计计算和功能验证，相关数据可以直接引用，只需在此基础上丰富完善即可。
(5)在评审阶段，可将该产品引用的各功能单元电路原作者邀请加入评审组，由于对各自的功能单元比较了解，对原功能单元电路存在出现的问题和潜在的故障有直接的认识，能够给予新产品设计真实、有效的反馈意见。
(6)产品设计优化同时也可以按照对设计数据库的不断优化完善。并可对已设计的产品提出同步改进意见。
(7)产品定型时，各功能单元电路同步归档，不断丰富产品设计模型库。
(8)在产品定型后，出现质量问题，相关的整个措施，可以通过功能单元的借用关系进行反追溯到其他产品，分析影响，实现真正的举一反三。
5 结语
基于PLM系统的产品结构管理。在制造业已经大量应用并取得成效。在军用电路模块产品应用研究将有效地提升研发的效率、改善研发质量、加速设计人员成长、构建企业技术知识体系。
