數(shù)據(jù)庫平臺在發(fā)動機研發(fā)中的應(yīng)用

楊磊，王東芳，范習(xí)民，張磊，徐潤濱

（安徽江淮汽車股份有限公司，合肥 230601）

0 引 言

PDM 是一門用來管理所有與產(chǎn)品相關(guān)信息（包括零件信息、配置、文檔、CAD 文件、結(jié)構(gòu)、權(quán)限信息等）和所有與產(chǎn)品相關(guān)過程（包括過程定義和管理）的技術(shù)［1］。

江淮汽車研發(fā)中心以產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)為主，每年有百余個產(chǎn)品數(shù)據(jù)需要統(tǒng)一管理，加大PDM 數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用力度，已成為支持產(chǎn)品開發(fā)數(shù)據(jù)管理的關(guān)鍵，對加快產(chǎn)品開發(fā)進度、提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本有積極作用。

同時設(shè)計過程中有許多CAD、CAE 技術(shù)軟件，需要與PDM 系統(tǒng)緊密集成，有效地將產(chǎn)品數(shù)據(jù)（競品數(shù)據(jù)、試驗數(shù)據(jù)等）用于產(chǎn)品設(shè)計分析過程中，真正使產(chǎn)品數(shù)據(jù)積累支撐設(shè)計過程，提高產(chǎn)品設(shè)計分析效率。

1 數(shù)據(jù)庫調(diào)研概述

1.1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫功能概況（表1）

表1 數(shù)據(jù)庫功能概述表

研發(fā)數(shù)據(jù)庫基本功能包括：文檔管理、工作流管理、權(quán)限管理、工程變更管理。為支持復(fù)雜的產(chǎn)品（如汽車、飛機等）開發(fā)，在基本功能的基礎(chǔ)上又增加了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、產(chǎn)品配置管理、BOM 管理、項目管理、協(xié)同設(shè)計等功能，有的企業(yè)將辦公平臺及消息系統(tǒng)也集成在該平臺上，還有的企業(yè)以該數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，再次開發(fā)小型數(shù)據(jù)庫（如競品分析數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)品試驗數(shù)據(jù)庫），使數(shù)據(jù)庫功能不斷壯大。

1.2 現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的市場競爭概況

目前在汽車行業(yè)的應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫類型一般有以下幾種類型，相互之間的優(yōu)劣對比關(guān)系如圖1 所示。

1.3 發(fā)動機行業(yè)數(shù)據(jù)庫功能應(yīng)用狀態(tài)

如果將整個汽車行業(yè)數(shù)據(jù)庫功能完善程度分為4 個層次，從歐美車企到一汽、奇瑞、江淮再到比亞迪，數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用已經(jīng)較為普及（如圖2）。一般來講，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫主要起到“電子數(shù)據(jù)倉庫”的功能。

圖1 汽車行業(yè)主要使用數(shù)據(jù)庫分析圖

圖2 汽車行業(yè)數(shù)據(jù)庫層次示意圖

2 江淮現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用狀態(tài)

2.1 PDM 系統(tǒng)應(yīng)用狀態(tài)

1）所有發(fā)動機產(chǎn)品試行和量產(chǎn)階段的技術(shù)數(shù)據(jù)（二維圖紙、通知單、設(shè)計檢討書）都及時錄入PDM 系統(tǒng)，并在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)走電子流程，進行技術(shù)數(shù)據(jù)的審簽和發(fā)布。

2）統(tǒng)一管控標準件的創(chuàng)建，已形成一定規(guī)模的通用件庫（國標件、企標件）。

3）知識文檔庫（質(zhì)量管理、基礎(chǔ)管理、工作報告、技術(shù)成果、管理標準、能力建設(shè)）定時動態(tài)管理，目前形成大量知識積累。

4）項目交付物按項目和節(jié)點門進行管理，正在實施的項目管理系統(tǒng)更加強了交付物管控的力度，通過電子化流程驅(qū)動實現(xiàn)項目交付物的全周期管理。

PDM 作為目前應(yīng)用比較廣泛的技術(shù)數(shù)據(jù)發(fā)布的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫管理平臺，已成為電子流程驅(qū)動來實現(xiàn)知識管理的“電子倉庫”［2］，但知識的可檢索和可利用性較差，對產(chǎn)品的設(shè)計分析過程支持程度較低。

2.2 Intralink 系統(tǒng)應(yīng)用狀態(tài)

發(fā)動機產(chǎn)品開發(fā)已基本實現(xiàn)在線設(shè)計。設(shè)計團隊中不同角色的設(shè)計師打開自己設(shè)計的數(shù)模時，系統(tǒng)能夠自動搜索到該數(shù)模所借用的其他數(shù)模的最新狀態(tài)，便于設(shè)計師參考其他數(shù)模的狀態(tài)修改完善自己的產(chǎn)品。在設(shè)計工作基本完成后設(shè)計師將各自設(shè)計的數(shù)模等產(chǎn)品數(shù)據(jù)錄入Intralink系統(tǒng)，其他角色的設(shè)計師可以借用和參考該數(shù)模，保證了產(chǎn)品設(shè)計過程的協(xié)同開展。因產(chǎn)品開發(fā)模式基本多以聯(lián)合開發(fā)模式為主，在線協(xié)同設(shè)計能力還有所欠缺。

同時，Intralink 系統(tǒng)內(nèi)二維工程圖與三維數(shù)模是完全相關(guān)的，三維數(shù)模都是以參數(shù)的狀態(tài)即時保存，一旦基本型產(chǎn)品開發(fā)完成，后期的變型變動產(chǎn)品開發(fā)效率得到較大提升。目前Intralink 系統(tǒng)已成為發(fā)動機研發(fā)效率提升的一個重要手段。但工作流管理、權(quán)限管理等數(shù)據(jù)庫功能還未導(dǎo)入。

3 江淮發(fā)動機研發(fā)數(shù)據(jù)庫優(yōu)劣勢分析

3.1 數(shù)據(jù)庫優(yōu)勢分析

1）對于發(fā)動機研發(fā)團隊，設(shè)計分析業(yè)務(wù)為關(guān)鍵業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)庫平臺必須能夠支撐產(chǎn)品設(shè)計過程。目前行業(yè)內(nèi)CAD 設(shè)計平臺環(huán)境基本成熟，主要使用Pro/E 5.0 進行發(fā)動機產(chǎn)品設(shè)計，借助Intralink 系統(tǒng)進行項目組員間產(chǎn)品開發(fā)協(xié)同設(shè)計，并以PDM 系統(tǒng)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫管理平臺，實現(xiàn)設(shè)計與生產(chǎn)間設(shè)計信息和產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享，基本能夠滿足產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的需求。

2）發(fā)動機開發(fā)流程體系已逐步完善，基本型產(chǎn)品開發(fā)過程管理有了基本定義，對后期數(shù)據(jù)庫內(nèi)電子流程的定義起到基礎(chǔ)作用。

3）發(fā)動機設(shè)計團隊經(jīng)過近10 年的發(fā)展，設(shè)計支持業(yè)務(wù)（競品分析模塊、試驗驗證模塊、CAE 分析模塊）在各自領(lǐng)域都有了一定的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗積累。

3.2 數(shù)據(jù)庫劣勢分析

1）研發(fā)中心以產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)為主，行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有PDM數(shù)據(jù)庫不能與CAD 設(shè)計軟件（Pro/E）緊密集成，不能有效地將組織積累用于產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品分析過程中。

2）PDM 系統(tǒng)不能和產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)有效集成，數(shù)模的錄入和檢出都要有復(fù)雜的過程，不能支撐產(chǎn)品在線協(xié)同設(shè)計過程。

3）缺少競品分析庫、試驗數(shù)據(jù)庫及設(shè)計模板庫建設(shè)的經(jīng)驗，在數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)庫框架搭建及系統(tǒng)集成等方面基本是空白的。

4）產(chǎn)品開發(fā)流程體系在變型變動產(chǎn)品開發(fā)流程，各節(jié)點門間的子流程，及其關(guān)鍵零部件設(shè)計分析的流程缺少定義和管控，特別是產(chǎn)品開發(fā)過程的管控還停留在交付物狀態(tài)的管控上，數(shù)據(jù)庫平臺建設(shè)需要有逐步實現(xiàn)且較長的過程。

4 未來發(fā)動機研發(fā)數(shù)據(jù)庫平臺框架

4.1 設(shè)計平臺總體框架（圖3）

1）通過項目管理系統(tǒng)引領(lǐng)整個產(chǎn)品開發(fā)過程，設(shè)計平臺自動執(zhí)行門內(nèi)的子流程管控（圖4），工作做到哪一步驟，相關(guān)交付物的參考模板和時間節(jié)點要求，能夠即時、快捷查詢。

圖3 江淮汽車設(shè)計平臺數(shù)據(jù)庫框架圖

圖4 江淮汽車產(chǎn)品設(shè)計流程圖

2）通過經(jīng)驗庫支撐整個產(chǎn)品的設(shè)計和分析過程，設(shè)計平臺在項目組成員間進行發(fā)動機產(chǎn)品開發(fā)協(xié)同設(shè)計，執(zhí)行具體的零部件設(shè)計過程管控，產(chǎn)品設(shè)計過程中可即時調(diào)用競品數(shù)據(jù)庫、試驗數(shù)據(jù)庫、設(shè)計模板庫，給產(chǎn)品設(shè)計提供支持［3］。在布置設(shè)計階段，對連桿進行零部件設(shè)計和CAE 分析時，數(shù)據(jù)庫基于產(chǎn)品開發(fā)流程和零部件設(shè)計流程，通過電子流程驅(qū)動轉(zhuǎn)換連桿設(shè)計的相關(guān)界面，直接打開CAD 軟件進行數(shù)模編制及修改，修改結(jié)果自動保存更新；更新后的數(shù)?？晒〤AE 軟件調(diào)用，對設(shè)計結(jié)果驗證，CAE 分析后的結(jié)果及時存入數(shù)據(jù)庫。零部件設(shè)計和分析過程中可能用到的參考文檔和競品數(shù)據(jù)可在同一界面內(nèi)直接鏈接查詢，有效提高設(shè)計分析的效率和質(zhì)量。

3）設(shè)計平臺的底層一定是成熟的數(shù)據(jù)庫（PDM），保證系統(tǒng)穩(wěn)定，實現(xiàn)工作流管理、文檔管理、權(quán)限管理等，同時能夠與產(chǎn)品設(shè)計軟件緊密集成。

4.2 項目管理模塊

項目管理系統(tǒng)基本上是與Projrect 軟件集成。在發(fā)動機項目已固化的Projrect 項目計劃模板的基礎(chǔ)上，直接導(dǎo)入項目管理系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)定義發(fā)動機開發(fā)計劃模板及建立發(fā)動機開發(fā)業(yè)務(wù)模型，并依據(jù)發(fā)動機開發(fā)流程（如發(fā)動機流程）定義電子流程，驅(qū)動任務(wù)執(zhí)行，對項目階段性成果進行評價。具體功能如下：

1）利用數(shù)據(jù)庫自身的工作流管理和權(quán)限管理模塊，通過電子流程驅(qū)動實現(xiàn)發(fā)動機項目開發(fā)流程規(guī)范控制。

2）以項目交付物來體現(xiàn)階段性成果，并通過交付物審核來控制項目過程的風(fēng)險，與產(chǎn)品圖紙的審核流程機制基本相同。

3）通過系統(tǒng)自動下達工作任務(wù)，任務(wù)責(zé)任人接受任務(wù)，通過目視化實現(xiàn)任務(wù)周期和質(zhì)量的查詢，再通過電子流程實現(xiàn)任務(wù)的審核和提交。

4）實現(xiàn)關(guān)鍵零部件設(shè)計流程的管控；除定義產(chǎn)品各階段項目管理流程外，對于單個關(guān)鍵零部件的設(shè)計流程也要有明確定義，并集成到項目管理流程中，在進行總成設(shè)計或零部件設(shè)計時，依據(jù)零部件設(shè)計流程執(zhí)行。

5）實現(xiàn)任務(wù)完成狀態(tài)的即時查詢和在線目視化監(jiān)控，從而實現(xiàn)產(chǎn)品各階段項目計劃執(zhí)行狀態(tài)的管控。

4.3 產(chǎn)品設(shè)計分析模塊

軟件系統(tǒng)集成開發(fā)是世界性的難題，不同的數(shù)據(jù)庫廠家存在不同的底層數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、邏輯框架、數(shù)據(jù)的組織和接口，相互集成必然存在或多或少的問題。

4.3.1 CAD 軟件集成

發(fā)動機行業(yè)中CAD 設(shè)計通用軟件是PTC 的Pro/E，且該軟件有自己的設(shè)計平臺系統(tǒng)，故在CAD 與基礎(chǔ)設(shè)計平臺集成方面不存在問題。

4.3.2 CAE 軟件集成

由于CAE 分析軟件種類繁多，希望能使用一個軟件平臺把CAE 分析過程中所有的軟件都協(xié)同管理起來是不現(xiàn)實的，故對于CAE 分析能夠做到的是對分析過程和結(jié)果的管理。

1）分析結(jié)果的管理主要以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為主線，按照系統(tǒng)總成和零部件的分析結(jié)果，進行分類管理。強調(diào)分析數(shù)據(jù)的搜索和目視化功能，能夠根據(jù)機型和部件搜索到零部件的分析結(jié)果，并在產(chǎn)品設(shè)計分析時能夠直接調(diào)用查看供產(chǎn)品開發(fā)參考。

2）分析過程的管理需要結(jié)合CAE 業(yè)務(wù)能力建設(shè)，并做好CAE 分析模型及分析數(shù)據(jù)的積累，保留CAE 分析過程，為后期設(shè)計分析做指導(dǎo)。同時在細化CAE 分析流程的基礎(chǔ)上實現(xiàn)多目標優(yōu)化，通過電子流程自動驅(qū)動，把單個零部件所有的計算和分析一次性完成，使零部件分析結(jié)果具備整體性和連續(xù)性，提高分析效率。

3）產(chǎn)品設(shè)計分析是一個CAD 設(shè)計和CAE 驗證的“實時”交互和協(xié)同過程，設(shè)計平臺必須滿足產(chǎn)品設(shè)計和CAE 驗證相關(guān)數(shù)據(jù)的交叉即時調(diào)用。

4.4 二次開發(fā)的附加數(shù)據(jù)庫模塊

為完善設(shè)計平臺功能，并給設(shè)計平臺操作提供支撐，基于數(shù)據(jù)庫底層架構(gòu)和數(shù)據(jù)源管理模式，競品數(shù)據(jù)庫、試驗數(shù)據(jù)庫及設(shè)計模板庫被二次開發(fā)出來，主要為產(chǎn)品設(shè)計提供輸入，提高設(shè)計質(zhì)量和效率。

4.4.1 競品分析數(shù)據(jù)庫

競品分析業(yè)務(wù)建設(shè)有兩個關(guān)鍵過程：一是實物拆解過程，二是數(shù)據(jù)管理過程。

如圖5，競品分析數(shù)據(jù)庫是基于文檔化、可標識的XML 技術(shù)，完成數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)展示模式管理、競品數(shù)據(jù)管理、競品數(shù)據(jù)模板管理、競品數(shù)據(jù)發(fā)布管理（即時的、在線的競品數(shù)據(jù)查詢）及其競品分析項目管理。

4.4.2 試驗數(shù)據(jù)庫

圖5 江淮汽車競品數(shù)據(jù)庫管理流程圖

試驗數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)和管理模式與競品數(shù)據(jù)庫類似，可考慮與競品數(shù)據(jù)庫同步實施。

4.4.3 標準件庫

目前PDM 系統(tǒng)已有標準件庫（國準件、汽標件），也有一定的積累，在標準件創(chuàng)建上也有嚴格的管理規(guī)范和流程。后期應(yīng)用時僅需將現(xiàn)有標準件庫與設(shè)計平臺中標準件庫進行統(tǒng)一。

4.4.4 設(shè)計模板庫

設(shè)計模板庫旨在對不同平臺的發(fā)動機關(guān)鍵零部件的數(shù)模（含建模過程、尺寸參數(shù)、材料參數(shù)等模型信息）進行分類保存，后期變型產(chǎn)品和類似結(jié)構(gòu)的基本型產(chǎn)品開發(fā)，只需在設(shè)計模板的基礎(chǔ)上對骨架或數(shù)模變動，提高設(shè)計效率。

1）要建設(shè)發(fā)動機設(shè)計模板庫，建模過程必須規(guī)范，采用自頂向下的設(shè)計方法。如缸體設(shè)計：從整機裝配骨架模型復(fù)制與缸體相關(guān)聯(lián)的信息到缸體骨架模型，并細化骨架模型（包含整機的信息如缸數(shù)、缸距；外形、與周邊接觸界面的形狀和尺寸等）；然后分別設(shè)計外型、腔體、水套和油路；再根據(jù)分段設(shè)計結(jié)果，合并成功能整體，并將各個功能塊合并成最終設(shè)計零件。

2）主要創(chuàng)建發(fā)動機關(guān)鍵零部件（缸體、缸蓋、曲軸、活塞、連桿、進排氣等）設(shè)計模板，小的零部件直接設(shè)計。

3）自頂向下的設(shè)計過程多在設(shè)計中體現(xiàn)（如AVL、里卡多）。汽車制造企業(yè)內(nèi)的技術(shù)中心為節(jié)省周期和成本，前期的設(shè)計工作多以聯(lián)合開發(fā)的方式外包給設(shè)計公司。

5 結(jié) 語

管理思想和管理體系一定先于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)形成，軟件系統(tǒng)自身只是工具。創(chuàng)建便捷有效的數(shù)據(jù)庫平臺，需要先創(chuàng)建組織內(nèi)業(yè)務(wù)能力和流程體系，然后再建設(shè)數(shù)據(jù)庫平臺。

產(chǎn)品設(shè)計平臺多是以相對獨立的功能模塊存在［4］，如競品數(shù)據(jù)管理、項目管理、CAE 數(shù)據(jù)庫、通用件庫、產(chǎn)品模板庫、試驗數(shù)據(jù)管理等；各模塊可以單獨導(dǎo)入，但最終要真正發(fā)揮效能，必須是一個整體。

江淮汽車設(shè)計平臺數(shù)據(jù)庫的建設(shè)思路，需要整體考慮、分步實施。目前正在導(dǎo)入PDM 系統(tǒng)以滿足企業(yè)大量應(yīng)用項目管理和并行工程管理的需要，實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)信息的標準化管理。

［1］ 朱戰(zhàn)備.產(chǎn)品全生命周期管理-PLM 的理論與實務(wù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004.

［2］ 肖坦納.制造企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理［M］.祁國寧，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2001.

［3］ 芮延年.協(xié)同設(shè)計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

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