基于PLM的模塊化設計零部件的管理方法的研究

李 化

(上海海事大學物流工程學院 機械工程系，中國 上海201306)

0 引言

隨著經濟的快速發展，市場競爭越來越激烈，機械制造業迫切要求降低成本以獲得更大的發展空間，與此同時，用戶要求也變得更加多樣化、個性化。如何能夠在滿足大批量生產的同時滿足用戶的個性化需求，同時達到到降低成本和滿足用戶的目的，模塊化設計就是答案。模塊化設計通過模塊的劃分和組合，可以同時滿足以上兩種要求。所以，模塊化設計在中國機械制造業中發展迅猛。但是，模塊化設計這種理念需要很多技術性的支持。在模塊化設計數據的管理中，采用傳統的數據管理方法存在著數據管理不規范、難保證正確、更改難控制、不方便查找等諸多不便，不利于模塊化設計的順利開展。PLM的基本功能是對研發數據和過程進行管理，以保證產品數據的完整性、一致性和正確性，同時也能夠方便設計研發人員及相關人員在權限范圍內查找到所需數據，實現企業內部的知識共享，提高知識的重用，避免重復勞動，縮短設計研發周期，提高設計研發質量。

本文基于SIMP/PLM研究PLM實現模塊化設計中零部件數據管理的科學解決方案，為PLM進一步對模塊化設計整個流程進行管理打下基礎。

1 PLM與模塊化設計概述

1.1 PLM 概念和作用

動態產品全生命周期管理系統根據業界權威的CIMDATA的定義，PLM是一種應用于在單一地點的企業內部、分散在多個地點的企業內部，以及在產品研發領域具有協作關系的企業之間的，支持產品全生命周期的信息的創建、管理、分發和應用的一系列應用解決方案，它能夠集成與產品相關的人力資源、流程、應用系統和信息[1]。PLM的概念提出于20世紀末，提出后迅速成為全球制造業的關注焦點，因為PLM結合電子商務技術與協同技術，能夠將產品的開發流程與SCM、CRM、ERP等系統進行集成，將孤島式流程管理轉變為集成化的一體管理，從而實現從概念設計、產品設計、產品生產、產品維護到管理信息的全面數字化。

PLM的主要作用體驗在它可以將企業的產品知識進行科學的管理和積累，并能夠對產品設計開發流程和業務流程進行優化管理，從而全方面地提高企業生產效率，降低產品生命周期成本，以提升企業的市場競爭力。PLM更是一種理念，即對產品從創建到使用，到最終報廢等全生命周期的產品數據信息進行管理的理念[2]。PLM還有第三個概念，那就是PLM軟件，它能夠部分的覆蓋第一個定義中PLM所包含的功能，即可以應用在產品研發過程的數據管理，同時還包括產品數據在采購、生產、營銷、服務、售后等方面的應用。

1.2 模塊化設計的定義和作用

已知底對于模塊化設計，目前還沒有統一的定義，比較通行的定義如下：

定義1：模塊是一組同時具有相同功能和相同結合要素(指聯接部位的形狀、尺寸和聯接件之間的配合或接觸參數等)，而具有不同性能或用途甚至不同結構特征，但能互換的單元(零件、組件、部件或系統)。

定義2：模塊化產品是指其部分或者全部由一組特定的模塊在一定范圍內組合而成的產品。

定義3：模塊化設計是基于模塊的思想，將一般產品設計任務設計成模塊化產品方案的設計方法。它包括兩方面內容：一是根據新設計要求進行功能分析，合理創建出一組模塊，即模塊創建;二是根據設計要求將一組存在的特定模塊合理組合成模塊化產品方案，即模塊綜合。它有兩種設計形式：一是基型設計，另一是變型設計。基型設計明顯包含上述兩方面內容，而變型設計一般只包含第二方面內容，但當互換模塊不存在時，也須包含第一方面內容。

因為產品的設計是基于模塊，可以有效地重用已經設計過的模塊，生產中也可以對模塊進行批量生產，所以模塊化設計有著研發效率高、生產周期短、降低產品開發成本、易于保養維修等諸多優點。當今世界制造業市場競爭日益激烈，企業間都在想法設法的降低成本，并且不斷滿足客戶的個性化需求，以提高自己的市場份額。而模塊化設計的巨大優點就是能夠滿足大批量定制生產的要求，所以模塊化設計的發展趨勢十分良好。

1.3 在模塊化設計研發數據管理中引入PLM的必要性

由于模塊化設計的能夠滿足大批量定制生產的要求，能夠顯著提高研發和生產效率、降低產品成本、提高產品市場競爭力。國內使用模塊化設計理念進行產品開發的企業越來越多。但是國內企業大多數還是采用服務器共享的方式來進行研發數據管理。這種數據管理方式本身就相當落后，具有很多缺點，如：（1）數據準確性難保證；（2）繼承性差，不易追溯；（3）變更管理難，很容易出現正式數據和車間或者其他部門不一致的現象；（4）數據查找不方便。而采用PLM進行研發數據管理可以有效消除以上不便。而對于模塊化設計，其數據管理因其自身的特點必然更復雜，因此十分有必要在模塊化設計中引入PLM的數據管理。模塊化設計是系統的科學的設計理念，PLM是先進的信息化企業管理解決方案，兩者目前在國內發展都十分迅猛，其結合的趨勢也是必然的。但是目前，PLM在解決模塊化設計模塊數據的處理上還不成熟。本文根據NT公司的具體要求給出模塊數據的管理解決方案，從而在這方面做出了新鮮的嘗試。

2 基于SIMP/PLM對NT公司零部件管理的典型解決方案

2.1 NT公司零部件數據管理現狀

NT公司是大型數控機床制造企業，其應用模塊化設計理念進行設計研發也是剛剛起步不久，公司目前對模塊數據的管理現狀和要求主要有以下幾點：

1）公司所有零部件都以“圖號”作為唯一識別標志。

2）模塊也是作為一種特殊的零部件進行在PLM中進行管理的。

3）幾個可替換同類模塊的“圖號”是相同的，原先通過“圖號”加“描述”進行區分。

4）零部件按設計類型可以區分為標準件、通用件、普通件。

5）公司近幾年需要上ERP系統。

6）在系統中查找調用模塊要快捷簡便。

7）需要提供一定的零部件分析、評價工具。

2.2 針對NT公司現狀SIPM/PLM提供的解決方案

2.2.1 SIPM/PLM零部件數據屬性定義解決方案

根據NT公司具體現狀，基于SIPM/PLM得到如表1所示零部件屬性定義。

2.2.2 快捷調用模塊的解決方案

在SIPM/PLM系統中快速查找出一組模塊，有較多解決方案。根據此企業模塊化設計推行不久的特點，本文給出一種簡潔便于操作的解決方案。

如圖，增加一個管理頁簽“可選配置”，該頁簽是查詢頁性質，查詢條件是：（1）查詢對象是零部件；（2）代號和查詢到的零部件“@”左邊內容相同。這樣就可以方便的調用同類型模塊。如圖1所示。

表1 PLM零部件管理屬性定義

圖1 模塊快捷調用示意圖

2.2.3 零部件分析評價工具

通過系統對標準件、通用件、專用件進行引用次數的統計，得到圖表。應用得出的結果，設計者可以考慮對將引用較多的零部件設計成模塊。還可以利用系統的報表功能按一定規則生成報表。如圖2所示。

圖2 PLM標準件引用次數統計圖

2.2.4 對典型解決方案的總結

通過以上解決方案，解決了PLM系統管理模塊化設計零部件所面對的基本問題。總結下來，就是要注意以下幾點：

1）要解決模塊在系統中存儲的唯一性問題。當企業后續要上ERP系統時，要在屬性中加入物料編碼，并且解決物料編碼和唯一性標識如何配合的問題。

2）要根據企業的實際情況提供快速調用模塊的方式，如NT公司模塊化設計還處在初級階段，可以采用本文的方式進行調用。對于模塊化設計比較成熟的公司還可以采用參數化或者編程按用戶的要求進行復雜條件的調用，使模塊調用更加智能快捷。

3）在實施模塊化設計的企業中，要注意添加實現零部件統計的功能，使設計者對零部件間的使用情況做快捷的統計，方便模塊化設計的后續工作。

3 結語

本文創新性地使用SIPM/PLM軟件來優化模塊化設計過程，并就模塊化設計理念和PLM系統的結合做了最初步的研究，即模塊化設計零部件如何在PLM系統中進行有效管理，通過SIPM/PLM數據管理功能對模塊化設計零部件數據提供了有效的解決方案，并對PLM系統如何管理模塊化零部件數據做了概括性的總結。為基于PLM的大型裝備制造業進行模塊化設計做好基礎工作。

［1］李海慶.協同產品開發的可視化技術與信息管理系統研究[D].四川大學，2007.

［2］張平生，王登化.面向PLM的產品數據管理技術研究[J].裝備制造技術，2009.