一種基于PLM的支持汽車集團(tuán)研發(fā)協(xié)作的架構(gòu)?

馬 勝

（華中科技大學(xué) 國(guó)家CAD支撐軟件工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430074）

0 引言

在汽車企業(yè)，基于 PLM（Product Lifecycle Management，產(chǎn)品全生命周期管理）系統(tǒng)的汽車產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)模式已成為一種趨勢(shì)。世界著名的PLM咨詢商CIMdata認(rèn)為，PLM是一種企業(yè)信息化的商業(yè)戰(zhàn)略，它實(shí)施一整套的業(yè)務(wù)解決方案，把人、過程和信息有效地集成在一起，作用于整個(gè)企業(yè)，遍歷產(chǎn)品從概念到報(bào)廢的全生命周期，支持與產(chǎn)品相關(guān)的協(xié)作研發(fā)、管理、分發(fā)和使用產(chǎn)品定義信息［1，2］。目前也有很多軟件廠商開發(fā)了商業(yè)化的PLM軟件系統(tǒng)，大部分PLM系統(tǒng)能夠較好實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的研發(fā)協(xié)同，但是對(duì)于企業(yè)與外部延伸性企業(yè)之間的協(xié)同解決方案較少，本文正是對(duì)這種集團(tuán)公司與外部的協(xié)同過程進(jìn)行研究，并提出了一種實(shí)現(xiàn)汽車集團(tuán)公司跨地區(qū)的協(xié)同以及與合作伙伴、供應(yīng)商之間的協(xié)同框架。

1 整車協(xié)同開發(fā)過程分析

協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)可以定義為不同的專業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中有序、高效地進(jìn)行一系列協(xié)調(diào)和配合以實(shí)現(xiàn)共同的開發(fā)目標(biāo)［3］。

整車典型開發(fā)過程是非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到企業(yè)內(nèi)部多部門、多專業(yè)間的協(xié)作以及企業(yè)與企業(yè)之間的協(xié)作［4］。在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程中存在著如下的協(xié)同需求：①多專業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)同：汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要大量多學(xué)科設(shè)計(jì)人員的協(xié)作參與完成整車的設(shè)計(jì)；②與異地設(shè)計(jì)中心的協(xié)同：在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，整車廠設(shè)計(jì)部門可能需要與異地設(shè)計(jì)中心協(xié)同設(shè)計(jì)；③設(shè)計(jì)—制造協(xié)同：汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中還需要制造部門對(duì)產(chǎn)品的可制造性進(jìn)行評(píng)審，需要設(shè)計(jì)部門和制造部門的共同參與；④與合作伙伴的協(xié)同：汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，可能有部分系統(tǒng)、子系統(tǒng)、零部件等需要借助外力的幫助，這時(shí)整車廠需要與合作伙伴共同完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)；⑤與供應(yīng)商的協(xié)同：汽車整車設(shè)計(jì)完成后，對(duì)具體零部件的設(shè)計(jì)可能需要供應(yīng)商的協(xié)同設(shè)計(jì)來完成，同時(shí)還可能需要供應(yīng)商提供手工樣件。

2 協(xié)同框架研究

2.1 汽車集團(tuán)協(xié)同架構(gòu)

在汽車集團(tuán)企業(yè)中，整車廠作為一個(gè)核心部分，其他研發(fā)機(jī)構(gòu)、供應(yīng)商、合作伙伴等是輔助產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)的延伸性企業(yè)。目前，整車廠的產(chǎn)品開發(fā)部門大都采用PLM系統(tǒng)來對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，為保證整車廠和外部合作伙伴進(jìn)行協(xié)同開發(fā)，本文搭建了一套全球協(xié)同平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)（Global Cooperation Network，簡(jiǎn)稱為GCN），確保合作伙伴能夠直接或者間接地訪問協(xié)同平臺(tái)服務(wù)器（GCN服務(wù)器），GCN服務(wù)端需要提供相關(guān)的工具來確保擁有PLM系統(tǒng)的企業(yè)可以直接通過PLM系統(tǒng)訪問GCN服務(wù)器來獲取產(chǎn)品協(xié)同對(duì)象信息，同時(shí)，對(duì)于不擁有PLM系統(tǒng)的合作伙伴提供直接通過瀏覽器訪問GCN服務(wù)端的功能。為了支持整車廠和不同層次合作伙伴的協(xié)同并同時(shí)符合各延伸企業(yè)實(shí)際情況，需要有一種可靈活配置且擴(kuò)展性強(qiáng)的部署架構(gòu)，因此，本文提出了如圖1 所示的協(xié)同架構(gòu)圖。

圖1 協(xié)同架構(gòu)圖

該架構(gòu)是以整車廠為核心，整車廠單獨(dú)部署一套GCN服務(wù)器用于處理與協(xié)同相關(guān)的數(shù)據(jù)，整車廠與其他研發(fā)機(jī)構(gòu)、供應(yīng)商之間均通過GCN服務(wù)器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的研發(fā)協(xié)作。該協(xié)同平臺(tái)具有如下的關(guān)鍵能力：①基于Web的一體化協(xié)同開發(fā)；②不同的PLM系統(tǒng)可通過協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換。

所有的協(xié)同數(shù)據(jù)信息都會(huì)經(jīng)過GCN進(jìn)行傳遞，在企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中，可能會(huì)碰到兩種情況，擁有獨(dú)立PLM系統(tǒng)的合作伙伴和不擁有獨(dú)立PLM系統(tǒng)的合作伙伴，這時(shí)，擁有PLM系統(tǒng)的合作伙伴可以通過GCN將整車廠PLM數(shù)據(jù)傳遞給自身PLM系統(tǒng)，無獨(dú)立PLM系統(tǒng)的合作伙伴則直接通過Web服務(wù)器訪問GCN服務(wù)端。圖2 為兩種信息傳遞方式。

圖2 兩種信息傳遞方式

2.2 GCN服務(wù)端功能結(jié)構(gòu)

在整個(gè)協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)過程中，GCN服務(wù)端起著至關(guān)重要的作用，所有的協(xié)同對(duì)象信息都會(huì)經(jīng)過GCN服務(wù)端，有些需要保存至GCN服務(wù)端，有些則可能通過GCN服務(wù)端提供的工具將相關(guān)的信息傳遞到其他的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中供企業(yè)快速訪問。因此，GCN服務(wù)端的結(jié)構(gòu)好壞決定了協(xié)同的質(zhì)量，本文設(shè)計(jì)的GCN服務(wù)端的功能結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 GCN服務(wù)端功能結(jié)構(gòu)圖

GCN服務(wù)端主要具有以下的功能：①提供訪問產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息（Product）的接口，整車廠用戶和合作伙伴用戶都可以訪問與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)信息；②提供同步協(xié)同過程（Process）的工具，在整車廠與合作伙伴協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品的過程中，在雙方訪問協(xié)同對(duì)象、提交新的對(duì)象或者更新已有的協(xié)同對(duì)象時(shí)，GCN服務(wù)端可以提供同步的功能，將這些新的數(shù)據(jù)傳遞至需要的地方；③通過在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程中各個(gè)階段的協(xié)同，進(jìn)而達(dá)到整個(gè)產(chǎn)品的協(xié)同開發(fā)；④在整個(gè)協(xié)同過程中，GCN服務(wù)端隨時(shí)更新通告便于雙方用戶及時(shí)了解項(xiàng)目的協(xié)同開發(fā)情況。

企業(yè)采用這種結(jié)構(gòu)來進(jìn)行產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)可以獲得如下的協(xié)同收益：①提供對(duì)已交付、接收內(nèi)容的追蹤能力，確保使用最新信息；②安全地分隔系統(tǒng)數(shù)據(jù)及控制脫離系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，保護(hù)知識(shí)型資產(chǎn)的安全；③快速、全面地溝通更改信息。

2.3 協(xié)同層次劃分

在汽車產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)過程中必須有相應(yīng)的對(duì)象、載體來支撐協(xié)同過程的實(shí)現(xiàn)，本文將這種支撐協(xié)同的對(duì)象、載體看成是一種“協(xié)作能力”。協(xié)作能力劃分為如下4個(gè)方面：文檔、數(shù)據(jù)包、任務(wù)、BOM。文檔是最基本的協(xié)作對(duì)象，通過對(duì)文檔對(duì)象的操作可以實(shí)現(xiàn)整車廠和合作伙伴間電子文檔的相互傳遞。數(shù)據(jù)包是指文檔的集合，可以將文檔對(duì)象批量打包，一起傳遞給供應(yīng)商／合作伙伴。任務(wù)是在對(duì)文檔和數(shù)據(jù)包這些數(shù)據(jù)對(duì)象管理的基礎(chǔ)上增加了對(duì)協(xié)作過程的管理，整車廠發(fā)布任務(wù)給供應(yīng)商處理，供應(yīng)商可以對(duì)任務(wù)進(jìn)行分配，參與任務(wù)的人員依據(jù)自身的權(quán)限可以查看和下載不同的文檔和數(shù)據(jù)包；同時(shí)這些任務(wù)執(zhí)行人員也可以上傳文檔和數(shù)據(jù)包給整車廠的用戶，整個(gè)任務(wù)的執(zhí)行過程都會(huì)被監(jiān)控。BOM是組織和管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)的核心，BOM數(shù)據(jù)貫穿于產(chǎn)品的全生命周期，并作用于設(shè)計(jì)、采購(gòu)、制造和服務(wù)等各項(xiàng)業(yè)務(wù)，要保證BOM在生命周期內(nèi)的完整性和正確性，保證設(shè)計(jì)BOM、工藝BOM、制造BOM、采購(gòu)BOM、服務(wù)BOM等多視圖BOM數(shù)據(jù)的一致性。

同時(shí)，本文將整車廠的供應(yīng)商／合作伙伴劃分為如下類型：①上下游合作伙伴：存在產(chǎn)品生命周期上下游業(yè)務(wù)關(guān)系；②研發(fā)合作伙伴：存在設(shè)計(jì)委托關(guān)系；③主要部件供應(yīng)商：較穩(wěn)定合作關(guān)系，承擔(dān)零部件設(shè)計(jì)分包任務(wù)；④一般部件供應(yīng)商：較松散合作關(guān)系，偶爾承擔(dān)某些零部件的設(shè)計(jì)分包任務(wù)。

本文根據(jù)對(duì)協(xié)作能力的支持以及合作類型確定了協(xié)作的層次，將協(xié)同的層次劃分為4個(gè)級(jí)別：Level1，Level2，Level3，Level4。協(xié)同層次、合作類型和協(xié)同能力支持三者的關(guān)系如圖4 所示。

圖4 協(xié)同層次劃分

從圖4 中可以看出，整車廠與一般部件供應(yīng)商之間的合作層次最低，是一種簡(jiǎn)單的合作關(guān)系，他們之間的協(xié)同對(duì)象主要有文檔和數(shù)據(jù)包；整機(jī)廠與研發(fā)合作伙伴間的合作層次較高，他們之間的協(xié)同對(duì)象除了文檔和數(shù)據(jù)包外，還有任務(wù)的協(xié)同；整機(jī)廠與上下游合作伙伴間的協(xié)作層次最高，他們之間的協(xié)同對(duì)象主要是BOM。

3 應(yīng)用實(shí)例

本文以國(guó)內(nèi)某一汽車制造企業(yè)為例，該企業(yè)采用上面提到的協(xié)同架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了整車廠與合作伙伴的協(xié)同開發(fā)過程。具體業(yè)務(wù)過程如下：首先整車廠用戶定義需求并將需求發(fā)布至指定的合作伙伴（異地研發(fā)機(jī)構(gòu)或者零部件供應(yīng)商），并及時(shí)地監(jiān)控項(xiàng)目中各個(gè)過程的執(zhí)行情況，最后驗(yàn)證合作伙伴提交的解決方案；而合作伙伴用戶接收并下載委托方的需求，及時(shí)跟進(jìn)各個(gè)過程執(zhí)行的情況，同時(shí)提交解決方案供委托方驗(yàn)證。在整個(gè)協(xié)同開發(fā)過程中，可以給協(xié)同對(duì)象授予不同的權(quán)限，有些協(xié)同對(duì)象是僅供整車廠預(yù)覽的，有些協(xié)同對(duì)象是可以供整車廠下載使用的，還有些是可以相互修改、共同訪問的。

該汽車集團(tuán)企業(yè)采用該框架協(xié)同開發(fā)后達(dá)到了如下的效果：①?gòu)氐兹∠堎|(zhì)載體的圖紙、光盤或U盤等形式的技術(shù)文件傳遞，全面提高協(xié)同任務(wù)、信息和交付物的傳遞及時(shí)性，提高溝通的頻度并降低溝通成本；②通過協(xié)同平臺(tái)提供的版本和可追溯控制機(jī)制，顯著減少變更引發(fā)的各種錯(cuò)誤和損失；③整車廠和集團(tuán)內(nèi)關(guān)鍵零部件供應(yīng)企業(yè)的研發(fā)信息化支撐能力顯著提升，同時(shí)，企業(yè)內(nèi)跨部門協(xié)同效能顯著提高，研發(fā)周期和質(zhì)量均得到顯著改進(jìn)。

［1］龐輝，李紅艷，方宗德，等.面向服務(wù)的汽車產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)流程管理平臺(tái)［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2011，17（5）：1-6.

［2］黃雙喜，范玉順.產(chǎn)品生命周期管理研究綜述［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2004，10（1）：1-8.

［3］艾輝.復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2011：9-11.

［4］焦明海.供應(yīng)商參與典型汽車產(chǎn)品開發(fā)的若干關(guān)鍵優(yōu)化理論與技術(shù)研究［D］.沈陽：東北大學(xué)，2009：1-2.