基于信息系統(tǒng)的汽車產(chǎn)品配置技術(shù)研究

徐清魁，李玉剛，朱衛(wèi)寧（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于信息系統(tǒng)的汽車產(chǎn)品配置技術(shù)研究

徐清魁，李玉剛，朱衛(wèi)寧
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：汽車大批量定制技術(shù)的核心是基于信息系統(tǒng)的產(chǎn)品配置，文章通過標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、多視圖、變更管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)建模與配置具體方法的論述，提出了構(gòu)建產(chǎn)品配置的途徑。

關(guān)鍵詞：大批量定制；產(chǎn)品配置；BOM

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.021

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-53-04

引言

我國汽車工業(yè)長足的發(fā)展，市場競爭的加劇，使得汽車的生命周期越來越短，汽車廠商只有及時(shí)、不斷地開發(fā)出能夠滿足顧客現(xiàn)實(shí)和潛在需求的產(chǎn)品，才能求得生存和發(fā)展。而汽車是流水線大批量生產(chǎn)出來，如何滿足市場多樣性和客戶個(gè)性化需求，這是每個(gè)廠商都迫切需要解決的問題。

1970年Alvin Toffler提出了大批量定制的概念，大批量定制生產(chǎn)是把多品種單件小批與大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)集中起來，同時(shí)解決多品種單件小批生產(chǎn)與大批量生產(chǎn)的缺點(diǎn)。大批量定制生產(chǎn)方式已被汽車行業(yè)廣泛關(guān)注與采納的手段之一，有效解決了“客戶定制”和“大規(guī)模生產(chǎn)”的兩難困境。產(chǎn)品配置貫穿于整個(gè)生命周期產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化，能實(shí)現(xiàn)在大批量生產(chǎn)規(guī)模下客戶的個(gè)性化需求，是大批量定制的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1、產(chǎn)品配置的概念

按照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO10007的定義，配置是指對被描述在技術(shù)文檔中或者體現(xiàn)在產(chǎn)品實(shí)際使用過程中的產(chǎn)品功能特性和物理特性進(jìn)行表示。該定義是從產(chǎn)品特性的角度對產(chǎn)品配置進(jìn)行定義，相當(dāng)于客戶和銷售部門使用的配置需求的概念。產(chǎn)品配置就是指依據(jù)一定的配置規(guī)則、方法和手段完成一個(gè)產(chǎn)品所對應(yīng)的解空間。因此，配置精確程度的提高意味著解的具體化。產(chǎn)品配置的最后結(jié)果是完成產(chǎn)品的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、明確產(chǎn)品各組成部分的構(gòu)成關(guān)系。另外，配置也被看成是一個(gè)選擇一組構(gòu)件并維護(hù)其關(guān)系以形成一個(gè)設(shè)計(jì)解決方案的過程，這時(shí)配置的概念相當(dāng)于配置設(shè)計(jì)。

產(chǎn)品配置管理是以信息系統(tǒng)為底層支持，以BOM為組織核心，把定義最終產(chǎn)品的所有工程數(shù)據(jù)和文檔聯(lián)系起來，對產(chǎn)品對象及其相互之間的聯(lián)系進(jìn)行維護(hù)和管理。產(chǎn)品配置管理能夠建立完整的BOM表，實(shí)現(xiàn)其版本控制，高效、靈活的檢索與查詢最新的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的安全性和完整性控制。產(chǎn)品配置管理能夠使企業(yè)的各個(gè)部門在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)共享統(tǒng)一的產(chǎn)品配置，并且對應(yīng)不同階段的產(chǎn)品定義，生成相應(yīng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視圖，如設(shè)計(jì)視圖、裝配視圖和工藝視圖等。產(chǎn)品配置管理主要解決以下問題：

1.1 產(chǎn)品配置的生命周期管理

產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理是一個(gè)全生命周期的管理。在產(chǎn)品生命周期的不同階段，產(chǎn)品會(huì)經(jīng)歷一系列更改，同一產(chǎn)品會(huì)存在多種不同的配置。一個(gè)企業(yè)通常情況下都會(huì)提供多種產(chǎn)品或產(chǎn)品族，維護(hù)這些產(chǎn)品族不同時(shí)期形成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視圖是一個(gè)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力和易出錯(cuò)的工作，為了保證產(chǎn)品和服務(wù)的質(zhì)量，這些配置需要被準(zhǔn)確地記錄、跟蹤和控制。產(chǎn)品配置管理的一項(xiàng)重要任務(wù)就是管理產(chǎn)品結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的變化，即產(chǎn)品配置的生命周期管理。

1.2 產(chǎn)品需求配置管理

最完整物料清單或最完整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，是按照顧客的特殊需求進(jìn)行定單產(chǎn)品配置的基礎(chǔ)。在這種情況下，產(chǎn)品配置是按照顧客的需求進(jìn)行的。通過配置管理，企業(yè)可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期建立一個(gè)可以共享的產(chǎn)品特征、選項(xiàng)和零部件的定義，以及它們之間的依賴與限制關(guān)系。任何具有權(quán)限的人員通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器都能夠?qū)Ξa(chǎn)品特征進(jìn)行選擇，從而建立客戶需要的產(chǎn)品配置。配置管理使得企業(yè)具備了通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行客戶化配置產(chǎn)品的能力。通過使用一系列的產(chǎn)品特性規(guī)則定義，連接了市場的特征/選項(xiàng)列表與工程BOM表，這樣可以驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的開發(fā)過程，能夠加速客戶定單的過程，加強(qiáng)企業(yè)與客戶間的關(guān)系。

2、汽車產(chǎn)品在BOM管理上的挑戰(zhàn)

實(shí)現(xiàn)依據(jù)客戶需要的產(chǎn)品配置管理，首先必須很好解決零部件線性增加的問題，同時(shí)包括由于零部件多樣化導(dǎo)致產(chǎn)品種類組合爆炸式增加的問題，否則就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品管理與生產(chǎn)成本非常的高，這些往往取決于零部件構(gòu)成的復(fù)雜程度，并直接體現(xiàn)在BOM上。

全球公認(rèn)汽車BOM復(fù)雜性是各行業(yè)中的第一位，一方面由于汽車的零部件構(gòu)成就有上萬個(gè)，在商品中僅僅次于飛機(jī)；另一方面它的生產(chǎn)組織是流水線大批量，增加了組織難度。下面就乘用車座椅的配置作示例，座椅有八個(gè)方面的不同選擇，排列組合為864種配置（見圖1）。

座椅僅僅是汽車產(chǎn)品一個(gè)具體部件，如果把其他部件考慮進(jìn)來，例如發(fā)動(dòng)機(jī)不同功率、排放；車身不同顏色；變速器手動(dòng)、自動(dòng)；娛樂設(shè)施高低、有無…….保守地說有5000多種配置。如果按傳統(tǒng)的BOM配置，將產(chǎn)生5000多種整車配置表，相對應(yīng)5000多種BOM明細(xì)表。如果考慮還有不同平臺、系列汽車產(chǎn)品在流水線的混合生產(chǎn)，將會(huì)更復(fù)雜。如果在無信息系統(tǒng)狀態(tài)做到準(zhǔn)確的管理，不僅會(huì)給設(shè)計(jì)帶來非常大壓力，同時(shí)也會(huì)對工藝、生產(chǎn)組織、質(zhì)量保證帶來很多問題。

3、基于產(chǎn)品配置的信息系統(tǒng)的管理

實(shí)際上產(chǎn)品配置在純手工的無信息系統(tǒng)狀態(tài)幾乎不可能完成到精細(xì)化的管理，一般說來企業(yè)只對銷量上占主要的少數(shù)配置進(jìn)行管理（見圖2）。隨著競爭加劇，各個(gè)廠商紛紛對多數(shù)配置的細(xì)分市場挖潛，以期收益最大化，這一切的改變是基于信息技術(shù)的發(fā)展給配置管理帶來了希望與方法。

4、基于產(chǎn)品配置的開發(fā)設(shè)計(jì)過程重組

在汽車產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的過程中，一般強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是源頭，普遍被設(shè)計(jì)人員接受的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，是基于功能的設(shè)計(jì)方法，并且每設(shè)計(jì)一個(gè)新產(chǎn)品將是獨(dú)立和全新的。而大量定制強(qiáng)調(diào)的不是設(shè)計(jì)新零件而是組合新產(chǎn)品，它對關(guān)鍵的過程進(jìn)行分析和重組，以便將以前被人為隔開但又相互關(guān)聯(lián)的活動(dòng)組合起來。這樣大規(guī)模定制生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)包括兩個(gè)大的部分：全新產(chǎn)品開發(fā)和定制產(chǎn)品開發(fā)。

全新產(chǎn)品開發(fā)根據(jù)對市場預(yù)測和工廠實(shí)際能力的分析，進(jìn)行新產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)模塊的設(shè)計(jì)，這一過程需要有長遠(yuǎn)的預(yù)見性和創(chuàng)新性，同時(shí)也有一定的風(fēng)險(xiǎn)性，它的成敗將很大地影響企業(yè)的命運(yùn)。具體來講技術(shù)部門需要根據(jù)客戶需求設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能，并進(jìn)行功能分解，然后把功能映射到結(jié)構(gòu)，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)然也可能新系列借用原有的模塊，在這期間可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，考慮到用戶可能的潛在需求，設(shè)計(jì)一些可選的模塊，形成系列產(chǎn)品。一般這與產(chǎn)品規(guī)劃緊密相連的，設(shè)計(jì)周期大約1-3年。

汽車行業(yè)采取面向訂單基于產(chǎn)品模塊化的生產(chǎn)模式，面對客戶需求，如果當(dāng)前的基本型產(chǎn)品或者已經(jīng)存在的變型設(shè)計(jì)滿足客戶需求，那么就可以直接根據(jù)客戶需求配置生成BOM清單，進(jìn)行制造和裝配；如果當(dāng)前的產(chǎn)品不能滿足客戶需求，通過變型快速設(shè)計(jì)能滿足需要，得到新的模塊并替換原有模塊，形成新的變型產(chǎn)品，這就是定制產(chǎn)品設(shè)計(jì)，定制產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一種常規(guī)設(shè)計(jì)和組合，主要根據(jù)合同中顧客需要的具體需求選擇適當(dāng)?shù)慕M合產(chǎn)品，并按具體的參數(shù)對標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行變型設(shè)計(jì)。定制產(chǎn)品設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)的是快速滿足市場。

如果廠商沒有明確的區(qū)分這兩種設(shè)計(jì)，那么是很難在產(chǎn)品配置管理上有大的進(jìn)展的。

5、產(chǎn)品配置的關(guān)鍵技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速配置管理，必須先通過PLM系統(tǒng)建立并維護(hù)產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，如基準(zhǔn)車型庫、選用裝置庫、標(biāo)準(zhǔn)模塊庫、專用模塊庫與相似零部件庫等。其次，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理與產(chǎn)品配置管理密不可分，通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理，建立、維護(hù)產(chǎn)品配置中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型和基本型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是產(chǎn)品配置的基礎(chǔ)。產(chǎn)品配置的技術(shù)有賴于以下關(guān)鍵幾個(gè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

5.1 產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化

產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化主要是保證充分利用已有的零部件資源與結(jié)構(gòu)，國外調(diào)查統(tǒng)計(jì)，每新增一個(gè)零部件，企業(yè)一年的固定成本支出要增加250-300歐元，華為3COM調(diào)查統(tǒng)計(jì)，每新增一個(gè)零部件，企業(yè)一年的固定成本支出要增加20000多人民幣。同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化也包括大量使用標(biāo)準(zhǔn)件，提高標(biāo)準(zhǔn)化水平。

模塊是一組具有同一功能和結(jié)合要素（指聯(lián)接部位的形狀、尺寸、連接件間的配合或嚙合等），但性能、規(guī)格或結(jié)構(gòu)不同卻能互換的單元。模塊化一般指使用模塊的概念對產(chǎn)品或系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃和組織。產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)是在對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品。要滿足汽車產(chǎn)品模塊化生產(chǎn)模式，汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都是按照模塊化來進(jìn)行劃分和設(shè)計(jì)的，產(chǎn)品模塊主要由基本車型和模塊化組織的零部件組成。模塊化的可互換性和可組合性是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品配置的基礎(chǔ)。根據(jù)模塊化思想，產(chǎn)品將傳統(tǒng)產(chǎn)品-部件-零件的構(gòu)成模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅K和模塊單元組成的產(chǎn)品構(gòu)成模式。如圖3所示，模塊化產(chǎn)品與傳統(tǒng)產(chǎn)品構(gòu)成的區(qū)別在于后者通過獨(dú)立的模塊及子模塊構(gòu)成產(chǎn)品。汽車設(shè)計(jì)由于引入了模塊化設(shè)計(jì)思想，使得模塊化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品對客戶個(gè)性化定制、縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期和有利于新產(chǎn)品的開發(fā)。

5.2 多視圖技術(shù)

為了使產(chǎn)品的配置過程更加直觀，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理采用視圖控制法來對產(chǎn)品配置的不同視圖進(jìn)行描述和管理，不同的產(chǎn)品BOM所組成的信息數(shù)據(jù)共同構(gòu)成產(chǎn)品全生命周期內(nèi)完整的產(chǎn)品信息描述，不同的BOM實(shí)際上是這個(gè)完整信息在不同職能面的投影，這就是BOM的多視圖。如圖4所示，每一個(gè)視圖是一個(gè)管理對象，視圖中可以包括原材料、半成品、零件、部件等構(gòu)件及它們之間的關(guān)系，這些構(gòu)件可以同時(shí)與多個(gè)視圖相關(guān)聯(lián)，不同視圖間的區(qū)別在于構(gòu)件集合的不同以及構(gòu)件間關(guān)系的不同。從一個(gè)產(chǎn)品配置視圖可以產(chǎn)生另一個(gè)產(chǎn)品配置視圖，視圖間的轉(zhuǎn)換是通過篩選、復(fù)制，修改等操作完成的。每個(gè)從GBOM（超級BOM）中派生出來的產(chǎn)品配置都有自己的視圖對象，表示一個(gè)具體的產(chǎn)品配置。

不同的產(chǎn)品BOM是產(chǎn)品全生命周期內(nèi)產(chǎn)品信息的全局描述，某一BOM視圖則可以看作是這種單一產(chǎn)品定義信息在某一配置規(guī)范下的配置結(jié)果。 設(shè)計(jì)、工藝、制造是產(chǎn)品生命周期中的三個(gè)主要階段。

產(chǎn)品生命周期信息模型包括兩部分內(nèi)容：①BOM中零部件的屬性，它是匯總不同生產(chǎn)階段形成的屬性全集，在構(gòu)建不同視圖時(shí)，填寫各視圖對應(yīng)的屬性；②BOM視圖中的零部件集合，其內(nèi)容隨著生產(chǎn)過程不斷演變、不斷補(bǔ)充，并最終形成一個(gè)全局的完整GBOM，不同視圖的BOM是全局BOM在某視圖配置規(guī)范(設(shè)計(jì)/工藝/制造)下的產(chǎn)品信息的快像。

EBOM是設(shè)計(jì)單位從產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)的角度形成的產(chǎn)品零部件結(jié)構(gòu)樹，是生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的源頭；PBOM是由主任工藝師根據(jù)工廠實(shí)際制造水平和能力、在EBOM基礎(chǔ)上增加工裝件或工藝拆分件后形成的，工藝部門(如機(jī)加、鈑焊等)基于PBOM進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)等工作；MBOM是總裝人員從齊套、發(fā)料和裝配的角度調(diào)整PBOM結(jié)構(gòu)、并增加相應(yīng)的虛擬件而形成的，MBOM直接用于指導(dǎo)生產(chǎn)制造，并作為ERP的數(shù)據(jù)源。在實(shí)際業(yè)務(wù)中，一般首先創(chuàng)建EBOM視圖的產(chǎn)品零部件，并搭建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；EBOM審核通過并發(fā)放后，可以將EBOM轉(zhuǎn)換為初始的PBOM，然后增加工裝件或工藝拆分件，形成最終的PBOM；PBOM審核通過并發(fā)放后，可以轉(zhuǎn)換為初始的MBOM，然后調(diào)整BOM結(jié)構(gòu)并增加相應(yīng)的虛擬件，從而形成最終的MBOM。

5.3 變更的版本管理

首先需要建立對變更的準(zhǔn)確定義，不同公司對此可能有不同定義方案，但都需要滿足生產(chǎn)組織、售后服務(wù)需求。

對產(chǎn)品數(shù)據(jù)的變更過程進(jìn)行嚴(yán)格有效的管理，可以保障產(chǎn)品數(shù)據(jù)的正確性、完整性和一致性。在變更中，同樣會(huì)涉及到BOM的變更。BOM的變更一般來源于產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門的更改和加工場所反饋導(dǎo)致的變更。EBOM的變更可能會(huì)造成PBOM、MBOM、批次BOM的變更。BOM更改包括EBOM、PBOM和MBOM的更改，下面以EBOM為例說明BOM更改的方案。

（1）當(dāng)設(shè)計(jì)部門下發(fā)正式設(shè)計(jì)更改單時(shí)，生產(chǎn)部門可以基于相應(yīng)的EBOM進(jìn)行設(shè)計(jì)更改。EBOM的更改過程通過創(chuàng)建更改通告(電子更改單)的方式進(jìn)行管理。創(chuàng)建更改通告前，可以對更改影響進(jìn)行分析，更改影響分析的規(guī)則為：EBOM中零部件的更改是否引起EBOM中父件的更改，由設(shè)計(jì)部門進(jìn)行影響分析并完成必要的更改，生產(chǎn)部門接收設(shè)計(jì)部門的更改結(jié)果，直接對EBOM實(shí)施更改，不再進(jìn)行影響分析；對EBOM中待更改零部件對應(yīng)的PBOM零部件和MBOM零部件及其多級父件給出分析結(jié)果，列出被影響件的編號、名稱、版本、簽署狀態(tài)和可選操作，并在EBOM更改實(shí)施后，將該影響分析結(jié)果通知PBOM和MBOM管理員。

（2）EBOM更改可能是對某一個(gè)或幾個(gè)零部件進(jìn)行更改，更改時(shí)需要對這些零部件進(jìn)行單獨(dú)審核。

（3）需要根據(jù)更改的實(shí)施范圍對該EBOM對應(yīng)的批次BOM進(jìn)行更新。

（4）EBOM更改完成后，系統(tǒng)通知相應(yīng)的PBOM和MBOM管理員，由其決定是否進(jìn)行相應(yīng)BOM視圖的更改。

5.4 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)建模與配置的規(guī)則

PLM系統(tǒng)為企業(yè)搭建了統(tǒng)一的產(chǎn)品配置選用平臺，在一定產(chǎn)品平臺上對所有基準(zhǔn)車型、選用裝置、系統(tǒng)與模塊化庫及配置進(jìn)行統(tǒng)一管理。圖5為某汽車企業(yè)訂單車型模塊化配置過程圖，根據(jù)客戶的需求，設(shè)計(jì)人員在基準(zhǔn)車型庫、選用裝置庫、系統(tǒng)與模塊庫和零部件庫的配置設(shè)計(jì)中，使用基于實(shí)例的推理技術(shù)為客戶產(chǎn)生一個(gè)滿足客戶要求的訂單車型，設(shè)計(jì)中可重復(fù)利用已有的設(shè)計(jì)知識，從而實(shí)現(xiàn)訂單產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)。

4、結(jié)論

通過產(chǎn)品需求配置能使企業(yè)獲得靈活的產(chǎn)品定義，以滿足不斷變化的客戶需求。GBOM通過個(gè)性化配置工具的定義不同視圖BOM使企業(yè)能拉近與客戶之間的關(guān)系，并能提供定制解決方案，多種可能解決方案的評估能協(xié)助客戶確定最適合他們需求的配置。

在產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)品配置分離的環(huán)境中，提供給客戶的信息可能是幾個(gè)月甚至更早以前的信息。配置管理將配置邏輯融入到產(chǎn)品定義和更改過程中，因而消除了信息的延誤，隨著產(chǎn)品的發(fā)布，客戶和銷售工程師可以立即得到配置信息，這樣企業(yè)剛發(fā)布出某種產(chǎn)品，就能立刻推出最新和最有競爭力的產(chǎn)品，一旦停用某產(chǎn)品，就能立刻報(bào)廢過時(shí)的產(chǎn)品，從而構(gòu)成企業(yè)產(chǎn)品快速反應(yīng)的優(yōu)勢。

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Research on automobile product configuration technology based on Information System

Xu Qingkui, Li Yugang, Zhu Weining
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Abstract:The core of mass customization technology is the product configuration based on information system. In this paper, we discuss the methods of constructing the product configuration through the standard, modular, multi view, change management, product structure modeling and configuration.

Keywords:mass customization; product configuration; BOM

作者簡介：徐清魁，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

中圖分類號：U463.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-53-04