李玉梅，丁　濤，徐　剛

(湖北工程學(xué)院 機(jī)械工程系，湖北 孝感 432000)

PLM在汽車零部件產(chǎn)品開發(fā)過程中的應(yīng)用研究

李玉梅，丁濤，徐剛

(湖北工程學(xué)院 機(jī)械工程系，湖北 孝感 432000)

摘要：以某汽車零部件公司研發(fā)需求為例，在對其產(chǎn)品開發(fā)現(xiàn)狀及產(chǎn)品開發(fā)過程中存在的問題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，研究了基于PLM的產(chǎn)品開發(fā)模式和管理理念，提出了面向汽車零部件公司的通用PLM解決方案，探討了PLM的關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合該公司現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃構(gòu)建了PLM功能結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：汽車零部件； PLM ； 產(chǎn)品開發(fā)；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TP311.52

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：碼：A

文章編號：號：2095-4824(2015)06-0112-05

收稿日期：2015-08-28

基金項目：湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目(Q20132701)

作者簡介：李玉梅(1979-)，女，河南柘城人，湖北工程學(xué)院機(jī)械工程系講師，博士。

Abstract：Taking the need of the research and development of a company which produces car components and parts, this paper proposed a product lifecycle management (PLA) based on the development model and management concepts by analyzing the development status and problems in the process of product development. Thus some general PLM solutions are proposed. In addition, some key technologies of the PLM are discussed. Finally, the functional structures for the company are constructed with consideration of its status and future plan.

當(dāng)前，汽車制造業(yè)面臨著全球化的市場競爭、跨區(qū)域的產(chǎn)品合作伙伴、日益增加的開發(fā)成本和多樣化客戶需求的多重壓力[1]。在這種環(huán)境下，產(chǎn)品生命周期管理(Product Lifecycle Management，PLM)作為一種先進(jìn)的產(chǎn)品開發(fā)模式和管理理念，已逐漸成為汽車產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)的新模式[2]。PLM以協(xié)同過程管理技術(shù)為中心，把人、過程和信息有效結(jié)合，遍歷產(chǎn)品概念設(shè)計到報廢的整個生命周期，支持與產(chǎn)品相關(guān)的協(xié)作研發(fā)、管理、分發(fā)和使用[3-4]。PLM提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、配置管理和分布式產(chǎn)品設(shè)計管理等方面的功能，將先進(jìn)的管理思想和一流的信息技術(shù)有機(jī)地融入到汽車產(chǎn)品的生產(chǎn)和商業(yè)運作中，幫助公司及其產(chǎn)業(yè)價值鏈上的各公司快速掌握生產(chǎn)現(xiàn)狀，確保數(shù)據(jù)、知識、資源等信息在產(chǎn)品整個生命周期中的完整性、有效性、相關(guān)性、準(zhǔn)確性、一致性以及安全性。

本文以某汽車零部件公司為例，在分析該公司產(chǎn)品研發(fā)現(xiàn)狀與需求的基礎(chǔ)上，立足于公司當(dāng)前產(chǎn)品開發(fā)需求及長遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)，提出了面向汽車零部件行業(yè)的PLM總體解決方案，構(gòu)建了具體的PLM功能框架，以期為同類企業(yè)提供借鑒。

1產(chǎn)品開發(fā)管理現(xiàn)狀分析

某汽車零部件公司隨著信息化建設(shè)的逐步推進(jìn)，各種與產(chǎn)品設(shè)計、辦公自動化、財務(wù)管理等相關(guān)的軟件系統(tǒng)已部署并使用。但是公司目前的產(chǎn)品開發(fā)流程仍采用傳統(tǒng)的金字塔式的行政管理模式以及按專業(yè)分工的串行產(chǎn)品開發(fā)模式，具體流程如圖1所示。該公司雖然采用了面向訂單的產(chǎn)品開發(fā)模式，某些部門內(nèi)部也實現(xiàn)了一定程度的并行開發(fā)，但仍沒有實現(xiàn)真正意義上的跨越公司部門間以及公司與供應(yīng)商之間的協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)。

總體來講，該公司現(xiàn)有產(chǎn)品開發(fā)與管理模式主要存在以下問題：

(1)缺乏有效的工具規(guī)范管理客戶的訂單，客戶的需求主要依靠相關(guān)人員的交談、電話、郵件等方式溝通，但不能確保交流信息的留存，信息資料得不到及時有效的留存與管理，珍貴的原始資料有可能就此遺失。

(2)缺少現(xiàn)代設(shè)計學(xué)的支持。產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計還未完全做到面向模型的設(shè)計，沒有實現(xiàn)CAD系統(tǒng)與CAE系統(tǒng)和現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)充分有效的結(jié)合。

丁濤(1982-)，男，湖北應(yīng)城人，湖北工程學(xué)院機(jī)械工程系副教授，博士。

徐剛(1985-)，男，山東臨沂人，湖北工程學(xué)院機(jī)械工程系講師，博士。

圖1　公司現(xiàn)有產(chǎn)品開發(fā)流程

(3)有待于形成嚴(yán)格的產(chǎn)品研發(fā)體系。人工定制的產(chǎn)品研發(fā)任務(wù)難以保障任務(wù)分配的科學(xué)性、合理性以及工時額度的合理性。技術(shù)部門對產(chǎn)品研發(fā)過程中各級任務(wù)的管理方式不夠先進(jìn)，很難全面追蹤各級任務(wù)的進(jìn)展情況及效用。

(4)已有的知識積累不能充分利用，造成相似的零部件不斷被設(shè)計，使得產(chǎn)品設(shè)計重用率較低，導(dǎo)致研發(fā)人員付出不必要的重復(fù)勞動。

(5)技術(shù)文件管理不完善，檢索困難。手工的技術(shù)文件管理方式一方面導(dǎo)致技術(shù)文件無法跨越公司部門級孤島實現(xiàn)信息資源的共享，另一方面無法追蹤產(chǎn)品數(shù)據(jù)的動態(tài)變化，難以確定數(shù)據(jù)的變化過程，從而使數(shù)據(jù)所表示的產(chǎn)品狀態(tài)難以準(zhǔn)確顯示。

(6)缺乏有效的產(chǎn)品研發(fā)流程管理，設(shè)計過程缺少與產(chǎn)品數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合的技術(shù)手段。

(7)缺乏有效的報表統(tǒng)計工具。目前大多使用Excel表格進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，缺乏有效的統(tǒng)計與檢索手段，給相關(guān)人員查閱數(shù)據(jù)帶來不便，致使信息的流通受阻。同時，由于工藝信息的統(tǒng)計分析困難，如刀具、夾具、材料定額等，導(dǎo)致大量工作還需要手工匯總。

(8)物料編碼有待進(jìn)一步梳理，同一個物料可能有兩種甚至兩種以上不同的編碼，導(dǎo)致出現(xiàn)采購清單與定額清單不一致的現(xiàn)象發(fā)生，致使在采購原材料過程中出現(xiàn)差異，造成不必要的損失和浪費。

2PLM總體解決方案

上述問題遍布于產(chǎn)品生命周期各階段，因此公司只有構(gòu)建面向產(chǎn)品全生命周期的信息管理平臺，才能從根本上解決產(chǎn)品相關(guān)的技術(shù)資料規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化等問題，從而實現(xiàn)與現(xiàn)有設(shè)計工具、管理系統(tǒng)等各部分的集成，并在整個公司的運作過程中實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，從而實現(xiàn)公司的發(fā)展戰(zhàn)略，提高公司在管理、研發(fā)、質(zhì)量等方面的水平。在該公司產(chǎn)品研發(fā)的需求引導(dǎo)下，立足于其當(dāng)前發(fā)展需求和長遠(yuǎn)目標(biāo)，本文給出了相應(yīng)的汽車零部件制造業(yè)PLM總體解決方案。該方案以協(xié)同開發(fā)流程驅(qū)動產(chǎn)品數(shù)據(jù)流為中心，實現(xiàn)對客戶需求、產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)信息、開發(fā)過程、以需求為導(dǎo)向的工程變更、安全控制等全方位管理功能。其中，數(shù)據(jù)協(xié)同、過程協(xié)同以及有效的數(shù)據(jù)權(quán)限控制是決定PLM在公司能否成功實施的關(guān)鍵。

數(shù)學(xué)學(xué)科具有思維的高度抽象性，邏輯嚴(yán)密性等突出特點，考試大綱以體現(xiàn)數(shù)學(xué)學(xué)科特點為前提，要求考試內(nèi)容包括大學(xué)本科數(shù)學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程知識與高中數(shù)學(xué)知識，包括數(shù)學(xué)分析，高等代數(shù)，解析幾何，概率論與數(shù)理統(tǒng)計及高中新課標(biāo)中所規(guī)定的必修課全部內(nèi)容，全面考察相關(guān)知識點.

2.1產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)模型

在協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)過程中，產(chǎn)品數(shù)據(jù)格式繁多，且隨著產(chǎn)品開發(fā)的不斷深入，許多數(shù)據(jù)將發(fā)生裂變和聚合，因此必須建立面向產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)模型。但是，試圖用單一的數(shù)據(jù)模型覆蓋與產(chǎn)品有關(guān)的所有數(shù)據(jù)信息是不現(xiàn)實的?？紤]到產(chǎn)品生命周期的動態(tài)演化以及公司信息化建設(shè)的階段性，筆者在文獻(xiàn)[2]中從產(chǎn)品數(shù)據(jù)的多變性、一致性、完整性、安全性和共享性的角度，提出了基于域的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，如圖2所示。該模型利用了域管理數(shù)據(jù)的特性，針對公司管理數(shù)據(jù)粒度的大小，沿著產(chǎn)品開發(fā)過程階段建立多個數(shù)據(jù)域，如概念設(shè)計域、詳細(xì)設(shè)計域、工藝域、制造域及銷售服務(wù)域，每個域中封裝著相應(yīng)的產(chǎn)品階段數(shù)據(jù)模型。

對這些數(shù)據(jù)模型來說，域是它們的安全邊界，沒有權(quán)限的用戶無法訪問它們，保證了數(shù)據(jù)的安全性與動態(tài)性。同時，通過域間的智能接口，在協(xié)同過程支持下，各域內(nèi)的數(shù)據(jù)模型可以建立映射關(guān)系，保證了產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性、完整性和共享性。

圖2　產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)模型

2.2協(xié)同過程管理模型

協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)過程流是實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)，它是由多層多階段的各種開發(fā)活動組成的一個有機(jī)集合。在產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)過程中，跨地域分布的客戶、材料供應(yīng)商以及協(xié)同開發(fā)伙伴需參與到各個活動中，這就需要一個動態(tài)可擴(kuò)展的管理模型對各層次各階段的活動所涉及到的數(shù)據(jù)信息、資源信息以及人員調(diào)度等進(jìn)行有效計劃、分配和控制。另外，協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)活動隨著客戶需求和產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的變化而產(chǎn)生動態(tài)變更，因此，該模型必須對各種活動沖突、變更進(jìn)行有效調(diào)解和約束，使過程有序收斂，以得到目標(biāo)解[5]。

當(dāng)前，項目管理和工作流管理被廣泛認(rèn)為是協(xié)同開發(fā)過程的使能技術(shù)[6]，二者分別從宏觀和微觀兩方面實現(xiàn)對協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)過程的管理和控制。在基于活動及活動約束理論的支持下，采用分布式工作流程管理技術(shù)，本文提出了如圖3所示的產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)過程管理模型。該模型以智能化流程引擎為核心，柔性集成了項目任務(wù)管理和工作流程管理，并在底層規(guī)則的約束下，通過引用流程模型和任務(wù)模型，驅(qū)動各種項目任務(wù)活動和業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行。產(chǎn)品開發(fā)是一種面向客戶需求、不斷反復(fù)迭代的創(chuàng)新設(shè)計過程，該模型面向產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)建立了項目結(jié)構(gòu)樹，通過智能化流程引擎對各種迭代活動進(jìn)行建模，并制定任務(wù)執(zhí)行時序和邏輯關(guān)系以及任務(wù)監(jiān)控等機(jī)制。

圖3　產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)過程管理模型

該模型的項目任務(wù)管理能夠解決產(chǎn)品任務(wù)分配不合理、項目運行監(jiān)控不到位等方面的難題。任務(wù)模型和工作流模型分別對應(yīng)著項目任務(wù)集合和活動執(zhí)行流程的集合。其中工作流模型工作在最底層，它通過關(guān)聯(lián)任務(wù)模型引用數(shù)據(jù)流引擎，獲得項目任務(wù)活動的映射模型，從而實現(xiàn)對各活動節(jié)點的執(zhí)行和控制。

數(shù)據(jù)安全管理模型是當(dāng)今技術(shù)研究的熱點，例如，鄧集波等[7-9]分別提出了基于作用、基于任務(wù)和基于角色的訪問控制模型。這些模型對分布式的計算機(jī)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全起到了重要保護(hù)作用，但是它們僅是從單一的角度來解決數(shù)據(jù)安全管理需求，而沒有全面考慮公司及其產(chǎn)業(yè)鏈的各方面需求，所以并不完全適合PLM管理平臺。

PLM平臺涉及到產(chǎn)品的整個生命周期，將有大量角色參與其中，包括公司及其供應(yīng)鏈上的設(shè)計人員、生產(chǎn)人員、銷售人員、維護(hù)人員、管理人員、客戶等，且分布在各地，各種角色在任何時間、任何地點都需要正確處理有關(guān)產(chǎn)品信息，因此PLM平臺必須具有安全可靠的權(quán)限管理機(jī)制。

考慮到權(quán)限管理的嚴(yán)格性和靈活性的要求，本文提出了如圖4所示的數(shù)據(jù)安全管理模型。該模型采用功能性權(quán)限管理和實體性權(quán)限管理兩種方案，具體體現(xiàn)在用戶組織認(rèn)證層、系統(tǒng)認(rèn)證層、視圖對象認(rèn)證層和數(shù)據(jù)對象認(rèn)證層。其中用戶組織層是保證PLM平臺內(nèi)數(shù)據(jù)安全的第一道防線，非法組織、角色、用戶將無法登錄到PLM平臺。功能性權(quán)限管理通過角色認(rèn)證和用戶口令，使得每一種角色在協(xié)同開發(fā)過程中只能操作被授權(quán)限的任務(wù)，避免了任務(wù)執(zhí)行混亂、協(xié)同無序的局面發(fā)生。而通過對實體對象層和數(shù)據(jù)對象層的權(quán)限控制則控制使用者能夠訪問的數(shù)據(jù)對象和執(zhí)行的操作權(quán)限。

圖4　數(shù)據(jù)安全管理模型

3PLM的功能結(jié)構(gòu)

在公司當(dāng)前功能需求的引導(dǎo)下，為解決該公司在產(chǎn)品開發(fā)過程中的各種問題，提出了如圖5所示的PLM功能結(jié)構(gòu)。該功能結(jié)構(gòu)以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和文件數(shù)據(jù)倉為數(shù)據(jù)存儲平臺，采用基于用戶管理、權(quán)限管理、郵件管理、屬性集管理、參數(shù)管理等管理機(jī)制，以及運行于對象版本管理、版本有效性管理、對象生命周期管理等方面的管理機(jī)制之上的工程更改發(fā)放管理方式，最終向用戶提供個人桌面管理、三維文檔管理(同時支持非三維模型文件)、產(chǎn)品零部件管理、工藝數(shù)據(jù)管理、CAD集成以及管理系統(tǒng)集成接口等具體應(yīng)用功能。

圖5　PLM功能結(jié)構(gòu)示例

4結(jié)論

本文所選研究對象在汽車零部件制造公司中具有代表性意義。在對該公司信息化實施現(xiàn)狀與產(chǎn)品研發(fā)管理現(xiàn)狀分析研究基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一種產(chǎn)品全生命周期管理平臺，該平臺使公司的新產(chǎn)品研發(fā)周期縮短，信息資源在產(chǎn)品從概念到設(shè)計再到生產(chǎn)的過程中得到共享，工作流管理思想在系統(tǒng)中的應(yīng)用使公司的業(yè)務(wù)流程更趨合理，經(jīng)營管理水平得到提升，文檔的流程管理和版本管理豐富了技術(shù)資料的積累，將傳統(tǒng)的以零部件為核心的文檔管理系統(tǒng)提升為以零部件產(chǎn)生過程為核心的面向產(chǎn)品全生命周期的管理系統(tǒng)，并建立了三維環(huán)境下基礎(chǔ)數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計的集成管理平臺。因此，基于產(chǎn)品全生命周期的管理平臺在與本文研究對象的同類型公司中值得推廣應(yīng)用。

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An Application Research of PLM System

in the Development Process of Automotive Parts

Li Yumei, Ding Tao, Xu Gang

(DepartmentofMechanicalEngineering,HubeiEngineeringUniversity,Xiaogan,Hubei432000,China)

Key Words：automotive part; PLM; product development; key technologies

(責(zé)任編輯：張凱兵)