汽車核心零部件設計數據管理方法應用研究

李 波，明新國，蔣鴻帆，尹 導

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

汽車核心零部件設計數據管理方法應用研究

李 波，明新國，蔣鴻帆，尹 導

（上海交通大學 機械與動力工程學院 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在產品設計時無法實現數據共享、流程規范、標準化等業務瓶頸，從企業產品設計業務需求出發，提出新產品開發新流程，并從功能模塊、邏輯結構和物理布局三方面描述汽車核心零部件設計數據管理系統框架，最終進行示例應用展示功能效果。

設計數據管理；業務流程；功能模塊；邏輯結構；物理布局

0　引言

CIM data總裁Ed Miller對PDM（Product Data Management產品數據管理）的定義：PDM是用來管理所有與產品相關信息和所有相關過程的技術[1]。與產品相關的所有信息包括：零部件信息、產品結構、結構配置、文件、CAD文檔、掃描圖像和審批信息等；與產品相關的所有過程，包括（生命周期、工作流程、審批/發放、工程更改等）的定義與監控[2]。

目前，整車及零部件技術發展速度不斷加快，汽車產品技術升級、新材料和新工藝運用等，正在逐步提升零部件行業的技術門檻，準確把握未來汽車技術發展方向和掌控核心零部件技術顯得更為緊迫。核心零部件設計數據管理在大部分汽車零部件企業的應用都遇到了各種問題，因此，本文從汽車核心零部件企業設計產品業務流程出發，挖掘企業需求，提出新的業務流程和數據管理系統框架。

1　現狀描述與需求分析

一些汽車零部件企業的業務流程如圖1所示，包含內容如下：OEM（Original Equipment Manufacturer原始設備制造商）向企業提供產品數據、技術文件和要求；企業協同OEM進行產品的開發和更改；企業完成過程開發；同時企業需要協同下游單位，進行生產準備，按OEM項目和計劃要求進行量產計劃并執行零部件量產。

圖1　零部件企業產品開發原業務流程

在這個業務流程中，OEM主要的產品數據將在企業系統中進行集中統一管理，所有的數據交換都將盡可能基于系統完成；企業內部的產品數據被下發到過程開發，各專業（如沖壓、焊裝、裝配、機加工等）完成工藝技術準備，系統下游供應商進行設備、工裝等工藝資源的采購或開發；企業基于APQP管理流程，協同OEM進行質量、生產能力等各方面審核并最終執行量產，在生產過程中，物料信息將有上游系統統一管理并發布到下游，以保障信息準確性和一致性。

在以上業務流程實施過程中，企業相關部門遇到了以下問題：

設計部門原有各類表單、圖紙等產品數據存放在設計員個人電腦中，這些數據相互割裂；

無法便捷地實現數據共享、下游部門使用、數據安全管理和變更控制；

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

因此，建立符合現實需求的汽車核心零部件設計數據管理系統對汽車零部件企業的重要性不言而喻。根據調研結果顯示，一個具備競爭力的汽車核心零部件設計數據管理系統需滿足以下需求：

上下游數據連通，實現單一數據源，滿足更改一致性；

充分利用上游三維數據信息進行工藝設計和下游系統數據接口準備；

固化和規范標準流程，提高產品過程研發、制造質量；

提高標準化，能進行工藝知識積累和再利用，同時滿足下游系統數據接口準備的要求。

2　汽車核心零部件設計業務流程

根據以上需求分析，本文提出汽車核心零部件新產品開發新流程，如圖1所示。

新流程包括四大步驟：計劃和確定項目、過程設計和開發、產品和過程的確認、反饋評定和糾正措施。第一，計劃和確定項目。進行市場調研，編寫市場調研報告，提供與顧客的聯絡清單。進行項目可行性研究，編制APQP計劃，確定項目設計/過程及目標，選擇供應商，檢查新設備、工裝、檢具和夾具，并進行第一階段項目評估。第二，過程設計和開發。對項目設計進行評審，構建過程流程圖，編制PFMEA，制定試生產計劃，工作小組簽訂可行性承諾，并進行第二階段項目評估。第三，產品和過程的確認。進行過程設計和開發評審，人員培訓和配置，在試生產后進行產品質量認定，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計技術作為識別變差的工具，分析減少變差的措施。確認客戶是否滿意后，進行交付并跟進售后服務。

3　汽車核心零部件設計數據管理系統框架

3.1系統功能模塊

如圖2所示，汽車產品數據管理系統的主要功能模塊建設主要包括文檔管理、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、報表及數據遷移等。

圖2　零部件企業產品開發新業務流程

零部件及文檔管理模塊：設計部門原有各類表單、圖紙等產品數據存放在設計員個人電腦中，這些數據相互割裂，這樣給數據共享、下游部門使用、數據安全管理、變更控制等方面都帶來很大的困難。為系統中每個用戶建立了獨立的工作區，所有研發數據都可以按照統一的設計規范對數據進行存儲和版本管理，同時可方便的進行郵件發送、數據授權、文檔審批等工作。通過數據管理員的維護，每家企業可以在系統中建立公共的數據發布空間，提高了數據的共享程度，減少了數據查找的時間。

圖3　產品數據管理系統功能模塊

成熟度管理模塊：通過梳理及整合項目研發流程，可以在系統中構建與研發各階段發布節點相應的版本發布標識。系統中保存所有階段研發設計中的發布數據，此外對需要記錄的過程數據通過快照及基線實現快速存儲。

編碼管理模塊：通過PDM編碼管理功能，建立統一的零部件編碼標準；支持企業現有編碼的管理；實現統一編碼與個性化編碼兩者之間的相互關聯。

審批流程自動化模塊：建立汽車研發數據審批流程模板。包括設計審批流程、設計發布流程、階段評審流程、快速凍結流程、更改單審批流程等。還可以對流程的簽審進行個性化開發，比如：當對象歸檔后，只有歸檔人具有查看的權限，其他人員若需要查看需遞交閱讀申請，由技術狀態管理員審核后在流程中賦予其權限。

CAD集成模塊：根據PDM系統要求梳理了三維/二維設計規范；使用CATIA Integration/NX Manager在三維設計界面直接對數模及圖紙進行PDM的保存；通過與TC系統的集成模塊，實現數模中產品結構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數據在保存后自動轉化為輕量化模型；通過Vis-mock-up，支持JT輕量化格式的察看；通過Vismock-up可以實現對于OFFICE及圖片的直接瀏覽。

工程更改管理模塊：為企業創建各自的更改單；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系統邏輯結構

系統邏輯結構共分為四層，資源層、應用層、代理層和用戶層，如圖4所示。

圖4　產品數據管理系統邏輯結構

資源層：數據庫、文件倉庫、操作系統和硬件環境。

圖5　產品數據管理系統物理布局

應用層：實現文檔管理、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、報表及數據遷移等功能。

代理層：代理層由統一代理子系統構成，統一代理子系統由統一用戶管理、統一應用資源管理、統一權限管理三個核心模塊構成。代理層向門戶層開放出WebService服務，供門戶層的系統調用。當WebService服務接收到門戶層發來的請求信息時，會向應用層的應用系統發出調用請求。

用戶層：用戶層是所有訪問產品數據管理系統的用戶集合，根據用戶職能的不同，產品數據管理系統的用戶可劃分為：普通員工和管理人員。

3.3系統物理布局

汽車核心零部件設計數據管理系統物理布局如圖5所示，不同部門根據相對應的權限接入此系統。接入層網絡提供工作站等設備的網絡接入。接入層在整個網絡中接入交換機的數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絡轉變為靈捷的應用交付基礎架構。它是用戶和PDM應用服務器之間的全代理，它創建了一個提取層，用于確保應用流量的安全，并對應用流量進行優化和負載均衡。這樣，不僅能夠輕松添加服務器、消除業務中斷、提高應用性能，還可以滿足安全要求。

4　示例應用

基于上述汽車產品數據管理系統的功能模塊、邏輯結構和物理布局，在HY汽車系統股份有限公司及其下設子公司中進行系統應用工作。圖6是該公司汽車產品數據管理系統應用中新產品開發流程。根據計劃和確定項目、過程設計和開發、產品和過程的確認、反饋評定和糾正措施的四個過程，逐步為企業建立起滿足需求的汽車產品設計數據管理系統。圖7是該公司某一零部件設計流程中產品工程數據管理、產品項目管理、產品知識庫管理、工藝制造過程管理、仿真管理和作業指導文件管理的結果圖。

圖6　新產品開發流程圖

5　結束語

目前國際整車全球化平臺研發及采購趨勢愈加明顯，國內汽車零部件企業需進一步加快全球布局，加速融入全球汽車供應鏈體系。汽車零部件企業機遇與挑戰并存，需要提高全球同步開發能力和國際經營能力。本文從分析汽車零部件企業所遇到的業務瓶頸入手，通過核心零部件數據管理方法的應用，構建系統邏輯架構、功能模塊和物理布局。汽車核心零部件設計數據管理系統的實施可以解決企業所遇到的產品設計瓶頸，但需要對數字化工藝應用平臺進一步研究，以實現設計-工藝一體化的研發生產體系。

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

[2] 張和明,熊光楞.制造企業的產品生命周期管理[M].北京：清華大學出版社,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。