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河北中興汽車制造有限公司前身創建于1949年, 1999年12月組建合資公司,總資產30億元。集乘用車、商用車以及零部件生產于一體。是中國第一輛具有自主知識產權國產皮卡車的誕生地,是目前多功能車骨干企業,是國家汽車整車出口基地、國家級高新技術企業。

中興汽車PLM項目

 
產品生命周期管理PLM(Product Lifecycle Management)自20世紀末提出以來,便迅速成為制造業關注的焦點。PLM系統涵蓋了從市場需求分析、開發設計、測試驗證、生產制造、使用維護以及報廢回收等產品的整個生命周期,能夠將龐大的數據流及信息流進行整合,理順制造的整個價值鏈,以降低運營和管理成本。隨著汽車產品信息全球化、市場競爭激烈化、客戶需求多樣化和個性化、產品交貨周期的縮短和定貨批量減少等,汽車制造企業需要提供更多型號的汽車產品滿足不同客戶的個性需要,并且需要保存同一型號產品眾多有微小差異的版本。為此,需要建立汽車產品配置選擇庫,快速配置設計符合消費者需求的汽車產品,并在產品配置數據庫中保存產品周期中的各種數據。如何組織、檢索產品配置知識并使之信息全球化,在信息全球化的情形下如何滿足系統集成對產品配置知識共享檢索的要求,都是需要及時解決的問題。本文結合清軟英泰在汽車行業(廈門金龍客車和河北中興汽車)PLM系統的實施實踐經驗,通過建立汽車產品生命周期統一數據模型和模塊化的產品配置管理中心,對汽車產品的整個生命周期的數據進行有效的組織和管理,更有效的進行產品配置管理以及產品工藝數據管理。使系統能夠通過用戶的需求驅動,快速的進行汽車產品配置設計和客戶產品配置點選的需要,為汽車產品模塊化配置設計和管理提供行業
解決方案。

 
一、面向生命周期模塊化的產品數據管理模型
1.建立汽車產品生命周期統一數據管理模型
  汽車產品的全生命周期是一個復雜的過程,在產品設計、生產工藝、采購物流和銷售售后等不同階段會產生大量不同類型的數據文件,隨著產品生命周期的擴展,數據文件會不斷的擴展。因此,必須建立產品統一數據模型,解決不同類型數據的綜合管理、過程管理以及跨部門、跨區域和供應鏈協同工作的問題。清軟英泰汽車行業解決方案為企業提供統一的數據建模工具,根據企業產品的特點、產品開發和生產工藝的業務特點搭建產品數據模型。統一產品數據模型包括零部件族管理、產品文檔分類管理、產品配置模型、業務過程模型和工藝數據模型等。
  通過建立產品設計和工藝一體化統一數據模型,確保數據的完整性、借用件的有效管理和數據變更管理,從而縮短新產品設計準備周期與變型設計準備周期,為汽車產品的快速配置管理管理提供了統一數據模型環境。其次,汽車產品設計涉及的部門和人員多,產品主要由總體布置、動力設計、車身設計和底盤設計等四個部分組成。先由總體布置部門根據市場或客戶要求對其他具體設計部門提出參數要求,再由各設計部門根據這些參數進行設計。在各具體設計部門內部,設計不同部件的設計師又需要參考別的部件的設計參數,或者,在設計到定型過程中,總體布置部門對某一個參數進行了更改,需要通知到各個部門等等。傳統孤立的手工設計和手工信息管理就會帶來許多不足,耗時長,準確率低并出錯率高,難以滿足汽車制造企業現代化發展的需要。而借助信息化手段,建立產品統一數據模型和統一的業務過程模型,以PLM建立產品協同工作平臺,就能很好的滿足汽車制造業現代化發展的需要。

2.建立產品配置管理基礎知識庫
  汽車行業采取面向訂單基于產品模塊化的生產模式,面對客戶需求,如果當前的基本型產品或者已經存在的變型設計滿足客戶需求,那么就可以直接根據客戶需求配置生成BOM清單,進行制造和裝配;如果當前的產品不能滿足客戶需求,但通過變形設計能滿足需要,則需要進行變形設計,得到新的模塊并替換原有模塊,形成新的變型產品。第二種情況是全新系列產品設計,技術部門需要根據客戶需求設計產品的功能,并進行功能分解,然后把功能映射到結構,進行模塊化設計,當然也可能新系列借用原有的模塊,在這期間可以根據經驗,考慮到用戶可能的潛在需求,設計一些可選的模塊,形成系列產品。
  面對汽車行業這種訂單驅動的模塊化式生產模式,而要實現產品快速配置管理,必須先通過PLM系統建立并維護產品基礎數據庫,如基準車型庫、選用裝置庫、標準模塊庫、專用模塊庫與相似零部件庫等。其次,產品結構管理與產品配置管理密不可分,通過產品結構管理,建立、維護產品配置中的產品結構模型和基本型產品結構是產品配置的基礎。一旦設計人員接到定單,首先查找標準件模塊庫、相似件模塊庫,對無法直接利用的模塊可在其基礎上進行配置設計,形成新的模塊,重新組合模塊使之成品化,從而縮短產品設計周期。
3.基于模塊化的產品族管理
模塊是一組具有同一功能和結合要素(指聯接部位的形狀、尺寸、連接件間的配合或嚙合等),但性能、規格或結構不同卻能互換的單元。模塊化一般指使用模塊的概念對產品或系統進行規劃和組織。產品的模塊化設計是在對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規格的產品進行功能分析的基礎上,劃分并設計出一系列功能模塊,通過模塊的選擇和組合可以構成不同的產品,以滿足市場不同需求的設計方法。要滿足汽車產品模塊化生產模式,汽車產品的設計都是按照模塊化來進行劃分和設計的,產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現產品配置的基礎。根據模塊化思想,產品將傳統產品-部件-零件的構成模式轉變為以模塊和模塊單元組成的產品構成模式。如圖1所示,模塊化產品與傳統產品構成的區別在于后者通過獨立的模塊及子模塊構成產品。汽車設計由于引入了模塊化設計思想,使得模塊化產品實現了產品對客戶個性化定制、縮短產品的設計與制造周期和有利于新產品的開發。
 
傳統和模塊化產品構成形式
圖1 傳統和模塊化產品構成形式
 
二、模塊化產品配置管理實現方法
1.產品配置變量和狀態的定義
  模塊化的產品模型中所有模塊之間受具體變量取值的約束,這些約束形成配置狀態(規則)庫,產品配置是一個配置規則匹配、知識推理的過程。配置規則是在配置過程中,對產品模型中需要配置的項目進行選擇和確定的一系列限制和匹配原則。如圖2所示。系統提供針對于模塊化設計企業的產品數據定義與配置管理功能,用戶可以直接在產品結構樹上做配置管理,根據預定義的產品模塊集合以及它們之間的相互約束關系,在系統中定義配置變量及配置變量取值,并且把模塊與相對應的配置變量取值進行綁定,通過合理的組合,確定單個產品的配置狀態,完成滿足客戶個性化要求的產品設計過程,為產品模型的變型和客戶需求之間建立了聯系。

PLM配置管理
圖2 配置變量取值點選和配置狀態示例

圖2 配置變量取值點選和配置狀態示例2.模塊化產品配置管理設計過程
  PLM系統為企業搭建了統一的產品配置選用平臺,在一定產品平臺上對所有基準車型、選用裝置、系統與模塊化庫及配置進行統一管理。圖3為某汽車企業訂單車型模塊化配置過程圖,根據客戶的需求,設計人員在基準車型庫、選用裝置庫、系統與模塊庫和零部件庫的配置設計中,使用基于實例的推理技術為客戶產生一個滿足客戶要求的訂單車型,設計中可重復利用已有的設計知識,從而實現訂單產品的快速設計。
PLM管理配置過程流程圖
圖3 模塊化配置管理配置過程流程圖
 
基于統一產品配置平臺的汽車產品模塊化配置設計主要包括以下幾個步驟:
 1) 根據產品規劃的要求,按產品相對固定的主要特征如車身形式、驅動形式、內外飾級別、市場品牌等確定產品的基準車型和選用裝置,并分析所有車型的配置情況,如空調、座椅以及輪胎、車門、內外飾、轉向、制動、電子設備和顏色的狀態,建立車型配置之間的約束關系,進行統一的車型配置管理;
 2) 零部件編號規則是數據管理工程的最基本標準,是實現模塊化配置設計的基礎,因此首先制定零部件編號規則,并在此基礎上制訂出與之相關的一些標準和規范,根據統一的零部件編碼規則,建立模塊化組織的零部件矩陣庫和基本車型矩陣庫;
 3) 根據各業務部門的需要,建立產品數據一體化管理模式,設計人員對設計結構及其相關設計數據負責、工藝人員對在設計結構的基礎上對工藝結構及相關工藝數據負責,其他部門對其擴展數據負責。數據一旦歸檔投入使用,不可隨意更改,如需更改,必須通過PLM系統中的更改管理進行更改管理,以便保持數據的一致性和最新性;
 4) 基準車型庫僅含法規允許的最低配置的相關分組與系統,選用裝置是專用分組(系統)與基準分組(系統)之差,新設計要求按照模塊化進行設計,并歸入相應的模塊單元庫中。訂單車型在基準車型的基礎上,根據選配關系或配置變量對相應的模塊進行點選;
 5) 點選完成后,對可配置BOM進行解算,得到具體訂單車型的BOM。企業的管理人員、技術人員或生產人員,只要用這一標識(訂單配置號)就可以查到相應訂單車型的全部技術狀態。由于是按基本項、選擇項和特定項分類的,安排計劃組織生產就非常方便,從而縮短了了產品設計和制造周期。
3.模塊化產品配置管理在汽車企業的應用
  清軟英泰模塊化產品配置管理解決方案在汽車企業實現了成功應用,為汽車企業產品模塊化設計提供了有利工具。配置管理平臺為銷售部門提供了產品銷售手冊和客戶點選器,客戶可以在企業現有產品的基礎上進行產品的選擇,并生成客戶訂單,技術部門針對銷售部門的下單進行產品模塊化規劃及設計,生產部門按照設計部門的配置結果組織生產,三個主要環節相互關聯,緊密聯系。售后服務部門輸入訂單配置號可以實時查詢訂單車型的全部技術狀態,為產品的售后服務提供了及時的產品數據狀態。圖4為某汽車企業產品配置結構樹,通過模塊化式配置,可快速形成訂單需求的產品。
汽車產品配制管理
圖4 某汽車企業產品配置結構樹
三、結束語
PLM作為企業技術信息化管理的主要部分,在現代汽車企業中己經逐步得到應用。在汽車制造業中應用PLM系統來管理產品數據信息,采取模塊化的產品配置設計,為汽車企業建立了產品模塊化配置選擇庫,從而快速配置設計符合消費者個性化需求的汽車產品,并在產品配置數據庫中保存產品生命周期中的各種數據。清軟英泰PLM產品配置管理解決方案在汽車行業的成功應用,提高了企業的設計效率和生產效率,降低了生產成本,并快速響應市場;對具體的汽車產品的整個生命周期的數據進行了有效管理、共享、重用和查詢等,滿足了企業快速定制化設計和大批量定制生產的要求。

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