汽車核心零部件設(shè)計數(shù)據(jù)管理方法應(yīng)用研究

李 波，明新國，蔣鴻帆，尹 導(dǎo)

（上海交通大學(xué) 機械與動力工程學(xué)院 智能制造與信息工程研究所，上海 200240）

汽車核心零部件設(shè)計數(shù)據(jù)管理方法應(yīng)用研究

李 波，明新國，蔣鴻帆，尹 導(dǎo)

（上海交通大學(xué) 機械與動力工程學(xué)院 智能制造與信息工程研究所，上海 200240）

為解決汽車核心零部件企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計時無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、流程規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化等業(yè)務(wù)瓶頸，從企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計業(yè)務(wù)需求出發(fā)，提出新產(chǎn)品開發(fā)新流程，并從功能模塊、邏輯結(jié)構(gòu)和物理布局三方面描述汽車核心零部件設(shè)計數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)框架，最終進行示例應(yīng)用展示功能效果。

設(shè)計數(shù)據(jù)管理；業(yè)務(wù)流程；功能模塊；邏輯結(jié)構(gòu)；物理布局

0　引言

CIM data總裁Ed Miller對PDM（Product Data Management產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）的定義：PDM是用來管理所有與產(chǎn)品相關(guān)信息和所有相關(guān)過程的技術(shù)[1]。與產(chǎn)品相關(guān)的所有信息包括：零部件信息、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)配置、文件、CAD文檔、掃描圖像和審批信息等；與產(chǎn)品相關(guān)的所有過程，包括（生命周期、工作流程、審批/發(fā)放、工程更改等）的定義與監(jiān)控[2]。

目前，整車及零部件技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，汽車產(chǎn)品技術(shù)升級、新材料和新工藝運用等，正在逐步提升零部件行業(yè)的技術(shù)門檻，準(zhǔn)確把握未來汽車技術(shù)發(fā)展方向和掌控核心零部件技術(shù)顯得更為緊迫。核心零部件設(shè)計數(shù)據(jù)管理在大部分汽車零部件企業(yè)的應(yīng)用都遇到了各種問題，因此，本文從汽車核心零部件企業(yè)設(shè)計產(chǎn)品業(yè)務(wù)流程出發(fā)，挖掘企業(yè)需求，提出新的業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)框架。

1　現(xiàn)狀描述與需求分析

一些汽車零部件企業(yè)的業(yè)務(wù)流程如圖1所示，包含內(nèi)容如下：OEM（Original Equipment Manufacturer原始設(shè)備制造商）向企業(yè)提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)、技術(shù)文件和要求；企業(yè)協(xié)同OEM進行產(chǎn)品的開發(fā)和更改；企業(yè)完成過程開發(fā)；同時企業(yè)需要協(xié)同下游單位，進行生產(chǎn)準(zhǔn)備，按OEM項目和計劃要求進行量產(chǎn)計劃并執(zhí)行零部件量產(chǎn)。

圖1　零部件企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)原業(yè)務(wù)流程

在這個業(yè)務(wù)流程中，OEM主要的產(chǎn)品數(shù)據(jù)將在企業(yè)系統(tǒng)中進行集中統(tǒng)一管理，所有的數(shù)據(jù)交換都將盡可能基于系統(tǒng)完成；企業(yè)內(nèi)部的產(chǎn)品數(shù)據(jù)被下發(fā)到過程開發(fā)，各專業(yè)（如沖壓、焊裝、裝配、機加工等）完成工藝技術(shù)準(zhǔn)備，系統(tǒng)下游供應(yīng)商進行設(shè)備、工裝等工藝資源的采購或開發(fā)；企業(yè)基于APQP管理流程，協(xié)同OEM進行質(zhì)量、生產(chǎn)能力等各方面審核并最終執(zhí)行量產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中，物料信息將有上游系統(tǒng)統(tǒng)一管理并發(fā)布到下游，以保障信息準(zhǔn)確性和一致性。

在以上業(yè)務(wù)流程實施過程中，企業(yè)相關(guān)部門遇到了以下問題：

設(shè)計部門原有各類表單、圖紙等產(chǎn)品數(shù)據(jù)存放在設(shè)計員個人電腦中，這些數(shù)據(jù)相互割裂；

無法便捷地實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、下游部門使用、數(shù)據(jù)安全管理和變更控制；

部分企業(yè)對于流程的簽審有個性化的要求，如：當(dāng)對象歸檔后，只有歸檔人具有查看的權(quán)限。其他人員若需要查看需遞交閱讀申請，由技術(shù)狀態(tài)管理員審核后在流程中賦予其權(quán)限，這大大增加了流程的復(fù)雜度。

因此，建立符合現(xiàn)實需求的汽車核心零部件設(shè)計數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對汽車零部件企業(yè)的重要性不言而喻。根據(jù)調(diào)研結(jié)果顯示，一個具備競爭力的汽車核心零部件設(shè)計數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)需滿足以下需求：

上下游數(shù)據(jù)連通，實現(xiàn)單一數(shù)據(jù)源，滿足更改一致性；

充分利用上游三維數(shù)據(jù)信息進行工藝設(shè)計和下游系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口準(zhǔn)備；

固化和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)流程，提高產(chǎn)品過程研發(fā)、制造質(zhì)量；

提高標(biāo)準(zhǔn)化，能進行工藝知識積累和再利用，同時滿足下游系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口準(zhǔn)備的要求。

2　汽車核心零部件設(shè)計業(yè)務(wù)流程

根據(jù)以上需求分析，本文提出汽車核心零部件新產(chǎn)品開發(fā)新流程，如圖1所示。

新流程包括四大步驟：計劃和確定項目、過程設(shè)計和開發(fā)、產(chǎn)品和過程的確認(rèn)、反饋評定和糾正措施。第一，計劃和確定項目。進行市場調(diào)研，編寫市場調(diào)研報告，提供與顧客的聯(lián)絡(luò)清單。進行項目可行性研究，編制APQP計劃，確定項目設(shè)計/過程及目標(biāo)，選擇供應(yīng)商，檢查新設(shè)備、工裝、檢具和夾具，并進行第一階段項目評估。第二，過程設(shè)計和開發(fā)。對項目設(shè)計進行評審，構(gòu)建過程流程圖，編制PFMEA，制定試生產(chǎn)計劃，工作小組簽訂可行性承諾，并進行第二階段項目評估。第三，產(chǎn)品和過程的確認(rèn)。進行過程設(shè)計和開發(fā)評審，人員培訓(xùn)和配置，在試生產(chǎn)后進行產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)定，并進行第三階段項目評估。第四，反饋評定和糾正措施。利用控制圖和其他統(tǒng)計技術(shù)作為識別變差的工具，分析減少變差的措施。確認(rèn)客戶是否滿意后，進行交付并跟進售后服務(wù)。

3　汽車核心零部件設(shè)計數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)框架

3.1系統(tǒng)功能模塊

如圖2所示，汽車產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的主要功能模塊建設(shè)主要包括文檔管理、零件及圖紙管理、成熟度管理、編碼管理、審批流程自動化、BOM管理、資源庫管理、CAD集成、可視化管理、更改管理、報表及數(shù)據(jù)遷移等。

圖2　零部件企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)新業(yè)務(wù)流程

零部件及文檔管理模塊：設(shè)計部門原有各類表單、圖紙等產(chǎn)品數(shù)據(jù)存放在設(shè)計員個人電腦中，這些數(shù)據(jù)相互割裂，這樣給數(shù)據(jù)共享、下游部門使用、數(shù)據(jù)安全管理、變更控制等方面都帶來很大的困難。為系統(tǒng)中每個用戶建立了獨立的工作區(qū)，所有研發(fā)數(shù)據(jù)都可以按照統(tǒng)一的設(shè)計規(guī)范對數(shù)據(jù)進行存儲和版本管理，同時可方便的進行郵件發(fā)送、數(shù)據(jù)授權(quán)、文檔審批等工作。通過數(shù)據(jù)管理員的維護，每家企業(yè)可以在系統(tǒng)中建立公共的數(shù)據(jù)發(fā)布空間，提高了數(shù)據(jù)的共享程度，減少了數(shù)據(jù)查找的時間。

圖3　產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能模塊

成熟度管理模塊：通過梳理及整合項目研發(fā)流程，可以在系統(tǒng)中構(gòu)建與研發(fā)各階段發(fā)布節(jié)點相應(yīng)的版本發(fā)布標(biāo)識。系統(tǒng)中保存所有階段研發(fā)設(shè)計中的發(fā)布數(shù)據(jù)，此外對需要記錄的過程數(shù)據(jù)通過快照及基線實現(xiàn)快速存儲。

編碼管理模塊：通過PDM編碼管理功能，建立統(tǒng)一的零部件編碼標(biāo)準(zhǔn)；支持企業(yè)現(xiàn)有編碼的管理；實現(xiàn)統(tǒng)一編碼與個性化編碼兩者之間的相互關(guān)聯(lián)。

審批流程自動化模塊：建立汽車研發(fā)數(shù)據(jù)審批流程模板。包括設(shè)計審批流程、設(shè)計發(fā)布流程、階段評審流程、快速凍結(jié)流程、更改單審批流程等。還可以對流程的簽審進行個性化開發(fā)，比如：當(dāng)對象歸檔后，只有歸檔人具有查看的權(quán)限，其他人員若需要查看需遞交閱讀申請，由技術(shù)狀態(tài)管理員審核后在流程中賦予其權(quán)限。

CAD集成模塊：根據(jù)PDM系統(tǒng)要求梳理了三維/二維設(shè)計規(guī)范；使用CATIA Integration/NX Manager在三維設(shè)計界面直接對數(shù)模及圖紙進行PDM的保存；通過與TC系統(tǒng)的集成模塊，實現(xiàn)數(shù)模中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及部分屬性的自動保存等功能。

可視化管理模塊：通過JT Translation，支持將CATIA/UG數(shù)據(jù)在保存后自動轉(zhuǎn)化為輕量化模型；通過Vis-mock-up，支持JT輕量化格式的察看；通過Vismock-up可以實現(xiàn)對于OFFICE及圖片的直接瀏覽。

工程更改管理模塊：為企業(yè)創(chuàng)建各自的更改單；更改影響分析，確定更改范圍；管理更改前后的零部件版本，記錄更改歷史；通過走更改流程控制更改過程。

3.2系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)共分為四層，資源層、應(yīng)用層、代理層和用戶層，如圖4所示。

圖4　產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

資源層：數(shù)據(jù)庫、文件倉庫、操作系統(tǒng)和硬件環(huán)境。

圖5　產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)物理布局

應(yīng)用層：實現(xiàn)文檔管理、零件及圖紙管理、成熟度管理、編碼管理、審批流程自動化、BOM管理、資源庫管理、CAD集成、可視化管理、更改管理、報表及數(shù)據(jù)遷移等功能。

代理層：代理層由統(tǒng)一代理子系統(tǒng)構(gòu)成，統(tǒng)一代理子系統(tǒng)由統(tǒng)一用戶管理、統(tǒng)一應(yīng)用資源管理、統(tǒng)一權(quán)限管理三個核心模塊構(gòu)成。代理層向門戶層開放出WebService服務(wù)，供門戶層的系統(tǒng)調(diào)用。當(dāng)WebService服務(wù)接收到門戶層發(fā)來的請求信息時，會向應(yīng)用層的應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)出調(diào)用請求。

用戶層：用戶層是所有訪問產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的用戶集合，根據(jù)用戶職能的不同，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的用戶可劃分為：普通員工和管理人員。

3.3系統(tǒng)物理布局

汽車核心零部件設(shè)計數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)物理布局如圖5所示，不同部門根據(jù)相對應(yīng)的權(quán)限接入此系統(tǒng)。接入層網(wǎng)絡(luò)提供工作站等設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接入。接入層在整個網(wǎng)絡(luò)中接入交換機的數(shù)量最多具有即插即用的特性。F5 BIG-IP本地流量管理器可將網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)殪`捷的應(yīng)用交付基礎(chǔ)架構(gòu)。它是用戶和PDM應(yīng)用服務(wù)器之間的全代理，它創(chuàng)建了一個提取層，用于確保應(yīng)用流量的安全，并對應(yīng)用流量進行優(yōu)化和負載均衡。這樣，不僅能夠輕松添加服務(wù)器、消除業(yè)務(wù)中斷、提高應(yīng)用性能，還可以滿足安全要求。

4　示例應(yīng)用

基于上述汽車產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的功能模塊、邏輯結(jié)構(gòu)和物理布局，在HY汽車系統(tǒng)股份有限公司及其下設(shè)子公司中進行系統(tǒng)應(yīng)用工作。圖6是該公司汽車產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)應(yīng)用中新產(chǎn)品開發(fā)流程。根據(jù)計劃和確定項目、過程設(shè)計和開發(fā)、產(chǎn)品和過程的確認(rèn)、反饋評定和糾正措施的四個過程，逐步為企業(yè)建立起滿足需求的汽車產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。圖7是該公司某一零部件設(shè)計流程中產(chǎn)品工程數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品項目管理、產(chǎn)品知識庫管理、工藝制造過程管理、仿真管理和作業(yè)指導(dǎo)文件管理的結(jié)果圖。

圖6　新產(chǎn)品開發(fā)流程圖

5　結(jié)束語

目前國際整車全球化平臺研發(fā)及采購趨勢愈加明顯，國內(nèi)汽車零部件企業(yè)需進一步加快全球布局，加速融入全球汽車供應(yīng)鏈體系。汽車零部件企業(yè)機遇與挑戰(zhàn)并存，需要提高全球同步開發(fā)能力和國際經(jīng)營能力。本文從分析汽車零部件企業(yè)所遇到的業(yè)務(wù)瓶頸入手，通過核心零部件數(shù)據(jù)管理方法的應(yīng)用，構(gòu)建系統(tǒng)邏輯架構(gòu)、功能模塊和物理布局。汽車核心零部件設(shè)計數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的實施可以解決企業(yè)所遇到的產(chǎn)品設(shè)計瓶頸，但需要對數(shù)字化工藝應(yīng)用平臺進一步研究，以實現(xiàn)設(shè)計-工藝一體化的研發(fā)生產(chǎn)體系。

[1] EDMiller.PDM Today[J].Computer-Aided Engineering,1995,14 (2)：32-41.

[2] 張和明,熊光楞.制造企業(yè)的產(chǎn)品生命周期管理[M].北京：清華大學(xué)出版社,2006.

Research on application of product data management for core automobile spare parts

LI Bo, MING Xin-guo, JIANG Hong-fan, YIN Dao

T-9

A

1009-0134(2016)07-0041-05

2016-05-23

上海市信息化發(fā)展專項資金項目（XX-XXFZ-04-15-3781）

李波（1993 -），男，江蘇人，碩士研究生，研究方向為智能制造。