基于模塊化設計的PLM平臺建設

白艷

（風神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

基于模塊化設計的PLM平臺建設

PLM platform construction based on the modular design

白艷

（風神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

根據(jù)PLM平臺及模塊化設計的定義，兩者在產(chǎn)品研發(fā)管理思路上有較高的吻合度，可以說PLM平臺是推行模塊化設計的信息化工具。本文通過對PLM平臺和模塊化設計思想的比較分析，以及制造型企業(yè)在實施PLM平臺和推行模塊化設計的現(xiàn)狀，認為制造型企業(yè)應將兩者有機的結合起來，并在兩者的實施和深化應用中，以模塊化設計作為PLM平臺的實施目標，以PLM平臺深化應用推動模塊化設計的深入，幫助制造型企業(yè)提升核心競爭力。

PLM平臺；模塊化設計

隨著制造型企業(yè)競爭核心的不斷演變，傳統(tǒng)的核心競爭已從生產(chǎn)規(guī)模到生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質量、快速響應市場能力、研發(fā)創(chuàng)新能力，大量的制造型企業(yè)引入了模塊化設計理念來提高研發(fā)效率，降低生產(chǎn)成本，以達到在日趨激烈的市場中獲得競爭優(yōu)勢。面向研發(fā)信息化建設的PLM平臺定位于企業(yè)研發(fā)設計層應用，其系統(tǒng)功能體系與注重縮短產(chǎn)品研發(fā)與制造周期，增加產(chǎn)品系列、快速應對市場變化的模塊化設計理念具有很大的吻合性。因此，可以說PLM平臺是企業(yè)推行模塊化設計的信息化利器。

本文通過對PLM平臺與模塊化設計的關系及PLM平臺對模塊化設計支持的論述，幫助制造型企業(yè)提升對PLM平臺的認識，使PLM平臺能和模塊化設計結合起來，提升企業(yè)的核心競爭力。

1 PLM平臺與模塊化設計的關系

模塊化設計的概念是將產(chǎn)品中的某些要素組合在一起，構成一個具有特定功能的子系統(tǒng)，并將這個子系統(tǒng)作為通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進行多種組合，構成新的系統(tǒng)，產(chǎn)生多種不同功能或相同功能但不同性能的系列產(chǎn)品。而PLM平臺主要包含兩個部分，CAX工具軟件（產(chǎn)品創(chuàng)新的工具類軟件）和PDM系統(tǒng)軟件（產(chǎn)品創(chuàng)新的管理類軟件），參見圖1。

通過PLM平臺和模塊化設計的定義，不難看出兩者之間的緊密關系：

圖1 基于研發(fā)信息化建設的PLM平臺

（1）在系統(tǒng)目標方面，模塊化設計強調縮短產(chǎn)品研發(fā)與制造周期，增加產(chǎn)品系列，快速應對市場變化。而PLM平臺實現(xiàn)了基于產(chǎn)品研發(fā)的超級BOM的信息化管理，通過對產(chǎn)品族的型譜快速變型，減少研發(fā)周期從而提升研發(fā)效率，提高設計質量，降低設計成本，提高了企業(yè)對市場變化的快速響應競爭力。

（2）在作用范圍方面，模塊化設計的核心是將產(chǎn)品的某些要素組合在一起構成具有特定功能的子系統(tǒng)。而PLM平臺是可以通過對產(chǎn)品功能的定義將最底層的零部件封裝為統(tǒng)一接口的子系統(tǒng)的信息化系統(tǒng)，也提供了基于自頂向下的先進產(chǎn)品設計方法（按照產(chǎn)品的功能要求定義產(chǎn)品架構并考慮組件與零件、零件與零件之間的約束和定位關系）。

（3）在參與人員方面，模塊化設計強調的是模塊的通用化、系列化。而PLM平臺的應用不僅需要產(chǎn)品設計工程師參與模塊設計，同樣也需要總體架構師主導產(chǎn)品架構并對模塊之間的約束進行定義。

（4）在數(shù)據(jù)要求方面，模塊化設計要為實現(xiàn)模塊之間的接口提供基于國標和企標的大量標準化的基礎數(shù)據(jù)管理，特別是對大量設計數(shù)據(jù)進行分類管理。而PLM平臺具有實時對通用件庫和標準件庫的數(shù)據(jù)收集和集中管理功能，并能提供基于標準化的分類管理。

可以說，模塊化設計為PLM平臺提供了一套先進的研發(fā)設計理論框架，反過來PLM平臺則是制造型企業(yè)推行模塊化設計的強有力工具。而企業(yè)可以將PLM平臺的深化應用作為推廣模塊化設計的一個信息化建設項目，通過兩者的相輔相成，既確保了PLM平臺的深化應用又推動了企業(yè)不斷向模塊化設計邁進的步伐。

2 PLM平臺對模塊化設計的支持

產(chǎn)品模塊化的關鍵技術為系列化和組合化，而模塊是模塊化設計和制造的功能單元，具有三個主要特征：第一，模塊具有相對的獨立性，可通過對其進行單獨設計、制造、修改和存儲，便于由不同的專業(yè)化企業(yè)對獨立模塊分別進行生產(chǎn)；第二，模塊具有互換性，模塊通過標準化完成各接口部位的結構和尺寸參數(shù)，并可實現(xiàn)模塊間的互換，使模塊能滿足不同產(chǎn)品的需求；第三，模塊的通用性有利于實現(xiàn)不同產(chǎn)品之間的模塊通用，實現(xiàn)跨系列產(chǎn)品間的模塊通用。

2.1 PLM平臺對產(chǎn)品公共模塊管理的支持

企業(yè)按照標準化參數(shù)化的設計理念對產(chǎn)品設計進行優(yōu)化及歸納，實現(xiàn)產(chǎn)品模塊化設計。PLM系統(tǒng)可以對企業(yè)標準件、通用件等進行引用查詢和統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計結果，設計人員可以考慮將引用次數(shù)較多的零部件歸納為模塊。

產(chǎn)品線劃分依據(jù)市場需求，通過對企業(yè)的產(chǎn)品線的規(guī)劃和定義，為未來與產(chǎn)品相關的其它信息管理（非文檔數(shù)據(jù)）做技術平臺準備。在進行了產(chǎn)品平臺定義時，同時也需要進行公共組件/組件定義規(guī)劃和定義，形成部件的模塊化管理，提高企業(yè)產(chǎn)品的通用化、系列化和標準化管理的水平，同時也為后期產(chǎn)品配置模塊的實施打下堅實的數(shù)據(jù)基礎。

圖2 PLM平臺對產(chǎn)品公共模塊管理的支持

公共模塊作為特殊零部件在PLM系統(tǒng)中管理，使用零部件屬性管理主要特征參數(shù)（物料編碼、名稱、型式、尺寸等）；通過對公共模塊分類管理，支持研發(fā)設計人員快速查詢、共享模塊庫資源，減少重復設計；通過對公共模塊權限管理，實現(xiàn)對公共模塊工程更改的管控，并結合PLM系統(tǒng)產(chǎn)品結構管理的優(yōu)勢，實現(xiàn)零部件何處使用查詢、變更影響范圍分析、歷史版本查詢及派生關系追溯，參見圖2。

2.2 PLM平臺對產(chǎn)品系列化管理的支持

由于市場需求和終端用戶個性化需求的多樣性，要求企業(yè)產(chǎn)品種類擴充，所以產(chǎn)品變型設計也趨于頻繁，直接會導致產(chǎn)品設計、工藝、制造各個過程中的數(shù)據(jù)大量增加。

而系列化開發(fā)是將具有相同的功能、工作原理和制造方法的產(chǎn)品集合起來，將產(chǎn)品的主要參數(shù)（型式、尺寸、基本結構等屬性）作出合理的定義與分布，以協(xié)調同類型產(chǎn)品和配套產(chǎn)品之間的關聯(lián)關系，來滿足不同客戶的需求。系列產(chǎn)品的開發(fā)步驟首先是確定基本型，然后確定相似類型、參數(shù)和尺寸級比，最后形成產(chǎn)品的主結構和各種圖文檔。

以典型的汽車制造企業(yè)為例（參見圖3），PLM平臺針對同類型的產(chǎn)品族的BOM進行管理，搭建基于系列化的產(chǎn)品超級BOM，并對主要的模塊化子系統(tǒng)（如車門、車軸、車頂）進行定義，并將這些子系統(tǒng)之間的接口參數(shù)進行約定，形成不同系列產(chǎn)品的子系統(tǒng)配套邏輯，比如著名的寶馬汽車，其一系產(chǎn)品和X1系列產(chǎn)品有很多共用的零部件，而五系和七系產(chǎn)品中也有很多共用的模塊，但是這些系列的寶馬汽車產(chǎn)品之間的個性化是有明顯的區(qū)別。

在產(chǎn)品研發(fā)設計的過程中，PLM平臺提供對系列產(chǎn)品超級BOM的快速變型，并通過銷售階段客戶個性化配置信息的采集，幫助企業(yè)高效完成滿足客戶需求的產(chǎn)品研發(fā)。

2.3 PLM平臺對產(chǎn)品組合化管理的支持

產(chǎn)品的組合化管理是通過不同的結構塊合理的組合而實現(xiàn)不同功能的技術對象（整機、部件或零件）的過程。由于組合產(chǎn)品中的結構塊被劃分成不同的參數(shù)等級，因此其結構塊也定義為產(chǎn)品系列。產(chǎn)品組合化開發(fā)的步驟首先是明確產(chǎn)品需求、劃分產(chǎn)品結構，然后確定產(chǎn)品各功能的作用、選擇方案（匹配邏輯），最后形成產(chǎn)品的主結構和各種圖文檔。當然，產(chǎn)品組合化管理的前提是企業(yè)的標準化管理，需要企業(yè)對各類產(chǎn)品所需要用到的零部件進行分類管理。

產(chǎn)品模塊化策略詣在通過不同的產(chǎn)品功能模塊的開發(fā)以及不同的模塊進行配置組合形成新的產(chǎn)品滿足市場需求。

市場需求的歸納總結形成標準和規(guī)范的市場選項（市場特征）驅動標準的產(chǎn)品功能結構（技術特征）組合變化，形成不同配置的產(chǎn)品結構。

圖3 PLM平臺在汽車制造中的應用

以典型汽車制造企業(yè)為例，PLM平臺提供了基于企業(yè)標準的通用零件庫管理和基于國標的標準件庫管理，將不同供應商提供的同樣規(guī)格的零件進行了分類，并采用科學的編碼規(guī)則進行管理。汽車的裝配過程是將不同工廠加工的結構塊或者外協(xié)回來的功能件進行組合，前提是這些“積木塊”之間的接口是吻合不干涉的，這就要求研發(fā)過程中對于模塊化的子系統(tǒng)間的接口參數(shù)進行管理，PLM平臺可提供基于自頂向下的設計方法，在產(chǎn)品架構實現(xiàn)過程中，設計出各模塊（結構塊）的接口，通過接口間約束對各模塊（結構塊）的設計進行管理（建立三維模塊庫）。

3 結論

隨著模塊化設計理念的不斷導入，制造型企業(yè)對PLM平臺的深化應用需求會日益迫切。同時，制造型企業(yè)在深化應用PLM平臺時需要以模塊化設計為引導，這樣既可以確保PLM平臺的深化應用，又可以通過PLM平臺的深化應用進一步推動模塊化設計思想的深入，幫助制造型企業(yè)在市場競爭激烈的大環(huán)境下提升核心競爭力。

［1］ 顧新建，楊青海，紀楊建. 機電產(chǎn)品模塊化設計方法和案例.機械工業(yè)出版社，2014.

［2］ 邱國華. 汽車模塊化設計的應用與發(fā)展.上海汽車，2002，11.

［3］ 李春田.現(xiàn)代標準化前沿-模塊化研究，中國標準出版社，2008.

［4］ 劉武貴，孫建雄，黃智敏.支持產(chǎn)品配置的BOM管理技術的探討，電力機車與城軌車輛，2006，02.

（R-01）

TP31

1009-797X（2015）23-0059-04

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.23.015

白艷（1976-），女，主要從事信息化建設和管理工作。

2015-09-17