汽车核心零部件设计数据管理方法应用研究

李 波，明新国，蒋鸿帆，尹 导

（上海交通大学 机械与动力工程学院 智能制造与信息工程研究所，上海 200240）

汽车核心零部件设计数据管理方法应用研究

李 波，明新国，蒋鸿帆，尹 导

（上海交通大学 机械与动力工程学院 智能制造与信息工程研究所，上海 200240）

为解决汽车核心零部件企业在产品设计时无法实现数据共享、流程规范、标准化等业务瓶颈，从企业产品设计业务需求出发，提出新产品开发新流程，并从功能模块、逻辑结构和物理布局三方面描述汽车核心零部件设计数据管理系统框架，最终进行示例应用展示功能效果。

设计数据管理；业务流程；功能模块；逻辑结构；物理布局

0　引言

CIM data总裁Ed Miller对PDM（Product Data Management产品数据管理）的定义：PDM是用来管理所有与产品相关信息和所有相关过程的技术[1]。与产品相关的所有信息包括：零部件信息、产品结构、结构配置、文件、CAD文档、扫描图像和审批信息等；与产品相关的所有过程，包括（生命周期、工作流程、审批/发放、工程更改等）的定义与监控[2]。

目前，整车及零部件技术发展速度不断加快，汽车产品技术升级、新材料和新工艺运用等，正在逐步提升零部件行业的技术门槛，准确把握未来汽车技术发展方向和掌控核心零部件技术显得更为紧迫。核心零部件设计数据管理在大部分汽车零部件企业的应用都遇到了各种问题，因此，本文从汽车核心零部件企业设计产品业务流程出发，挖掘企业需求，提出新的业务流程和数据管理系统框架。

1　现状描述与需求分析

一些汽车零部件企业的业务流程如图1所示，包含内容如下：OEM（Original Equipment Manufacturer原始设备制造商）向企业提供产品数据、技术文件和要求；企业协同OEM进行产品的开发和更改；企业完成过程开发；同时企业需要协同下游单位，进行生产准备，按OEM项目和计划要求进行量产计划并执行零部件量产。

图1　零部件企业产品开发原业务流程

在这个业务流程中，OEM主要的产品数据将在企业系统中进行集中统一管理，所有的数据交换都将尽可能基于系统完成；企业内部的产品数据被下发到过程开发，各专业（如冲压、焊装、装配、机加工等）完成工艺技术准备，系统下游供应商进行设备、工装等工艺资源的采购或开发；企业基于APQP管理流程，协同OEM进行质量、生产能力等各方面审核并最终执行量产，在生产过程中，物料信息将有上游系统统一管理并发布到下游，以保障信息准确性和一致性。

在以上业务流程实施过程中，企业相关部门遇到了以下问题：

设计部门原有各类表单、图纸等产品数据存放在设计员个人电脑中，这些数据相互割裂；

无法便捷地实现数据共享、下游部门使用、数据安全管理和变更控制；

部分企业对于流程的签审有个性化的要求，如：当对象归档后，只有归档人具有查看的权限。其他人员若需要查看需递交阅读申请，由技术状态管理员审核后在流程中赋予其权限，这大大增加了流程的复杂度。

因此，建立符合现实需求的汽车核心零部件设计数据管理系统对汽车零部件企业的重要性不言而喻。根据调研结果显示，一个具备竞争力的汽车核心零部件设计数据管理系统需满足以下需求：

上下游数据连通，实现单一数据源，满足更改一致性；

充分利用上游三维数据信息进行工艺设计和下游系统数据接口准备；

固化和规范标准流程，提高产品过程研发、制造质量；

提高标准化，能进行工艺知识积累和再利用，同时满足下游系统数据接口准备的要求。

2　汽车核心零部件设计业务流程

根据以上需求分析，本文提出汽车核心零部件新产品开发新流程，如图1所示。

新流程包括四大步骤：计划和确定项目、过程设计和开发、产品和过程的确认、反馈评定和纠正措施。第一，计划和确定项目。进行市场调研，编写市场调研报告，提供与顾客的联络清单。进行项目可行性研究，编制APQP计划，确定项目设计/过程及目标，选择供应商，检查新设备、工装、检具和夹具，并进行第一阶段项目评估。第二，过程设计和开发。对项目设计进行评审，构建过程流程图，编制PFMEA，制定试生产计划，工作小组签订可行性承诺，并进行第二阶段项目评估。第三，产品和过程的确认。进行过程设计和开发评审，人员培训和配置，在试生产后进行产品质量认定，并进行第三阶段项目评估。第四，反馈评定和纠正措施。利用控制图和其他统计技术作为识别变差的工具，分析减少变差的措施。确认客户是否满意后，进行交付并跟进售后服务。

3　汽车核心零部件设计数据管理系统框架

3.1系统功能模块

如图2所示，汽车产品数据管理系统的主要功能模块建设主要包括文档管理、零件及图纸管理、成熟度管理、编码管理、审批流程自动化、BOM管理、资源库管理、CAD集成、可视化管理、更改管理、报表及数据迁移等。

图2　零部件企业产品开发新业务流程

零部件及文档管理模块：设计部门原有各类表单、图纸等产品数据存放在设计员个人电脑中，这些数据相互割裂，这样给数据共享、下游部门使用、数据安全管理、变更控制等方面都带来很大的困难。为系统中每个用户建立了独立的工作区，所有研发数据都可以按照统一的设计规范对数据进行存储和版本管理，同时可方便的进行邮件发送、数据授权、文档审批等工作。通过数据管理员的维护，每家企业可以在系统中建立公共的数据发布空间，提高了数据的共享程度，减少了数据查找的时间。

图3　产品数据管理系统功能模块

成熟度管理模块：通过梳理及整合项目研发流程，可以在系统中构建与研发各阶段发布节点相应的版本发布标识。系统中保存所有阶段研发设计中的发布数据，此外对需要记录的过程数据通过快照及基线实现快速存储。

编码管理模块：通过PDM编码管理功能，建立统一的零部件编码标准；支持企业现有编码的管理；实现统一编码与个性化编码两者之间的相互关联。

审批流程自动化模块：建立汽车研发数据审批流程模板。包括设计审批流程、设计发布流程、阶段评审流程、快速冻结流程、更改单审批流程等。还可以对流程的签审进行个性化开发，比如：当对象归档后，只有归档人具有查看的权限，其他人员若需要查看需递交阅读申请，由技术状态管理员审核后在流程中赋予其权限。

CAD集成模块：根据PDM系统要求梳理了三维/二维设计规范；使用CATIA Integration/NX Manager在三维设计界面直接对数模及图纸进行PDM的保存；通过与TC系统的集成模块，实现数模中产品结构及部分属性的自动保存等功能。

可视化管理模块：通过JT Translation，支持将CATIA/UG数据在保存后自动转化为轻量化模型；通过Vis-mock-up，支持JT轻量化格式的察看；通过Vismock-up可以实现对于OFFICE及图片的直接浏览。

工程更改管理模块：为企业创建各自的更改单；更改影响分析，确定更改范围；管理更改前后的零部件版本，记录更改历史；通过走更改流程控制更改过程。

3.2系统逻辑结构

系统逻辑结构共分为四层，资源层、应用层、代理层和用户层，如图4所示。

图4　产品数据管理系统逻辑结构

资源层：数据库、文件仓库、操作系统和硬件环境。

图5　产品数据管理系统物理布局

应用层：实现文档管理、零件及图纸管理、成熟度管理、编码管理、审批流程自动化、BOM管理、资源库管理、CAD集成、可视化管理、更改管理、报表及数据迁移等功能。

代理层：代理层由统一代理子系统构成，统一代理子系统由统一用户管理、统一应用资源管理、统一权限管理三个核心模块构成。代理层向门户层开放出WebService服务，供门户层的系统调用。当WebService服务接收到门户层发来的请求信息时，会向应用层的应用系统发出调用请求。

用户层：用户层是所有访问产品数据管理系统的用户集合，根据用户职能的不同，产品数据管理系统的用户可划分为：普通员工和管理人员。

3.3系统物理布局

汽车核心零部件设计数据管理系统物理布局如图5所示，不同部门根据相对应的权限接入此系统。接入层网络提供工作站等设备的网络接入。接入层在整个网络中接入交换机的数量最多具有即插即用的特性。F5 BIG-IP本地流量管理器可将网络转变为灵捷的应用交付基础架构。它是用户和PDM应用服务器之间的全代理，它创建了一个提取层，用于确保应用流量的安全，并对应用流量进行优化和负载均衡。这样，不仅能够轻松添加服务器、消除业务中断、提高应用性能，还可以满足安全要求。

4　示例应用

基于上述汽车产品数据管理系统的功能模块、逻辑结构和物理布局，在HY汽车系统股份有限公司及其下设子公司中进行系统应用工作。图6是该公司汽车产品数据管理系统应用中新产品开发流程。根据计划和确定项目、过程设计和开发、产品和过程的确认、反馈评定和纠正措施的四个过程，逐步为企业建立起满足需求的汽车产品设计数据管理系统。图7是该公司某一零部件设计流程中产品工程数据管理、产品项目管理、产品知识库管理、工艺制造过程管理、仿真管理和作业指导文件管理的结果图。

图6　新产品开发流程图

5　结束语

目前国际整车全球化平台研发及采购趋势愈加明显，国内汽车零部件企业需进一步加快全球布局，加速融入全球汽车供应链体系。汽车零部件企业机遇与挑战并存，需要提高全球同步开发能力和国际经营能力。本文从分析汽车零部件企业所遇到的业务瓶颈入手，通过核心零部件数据管理方法的应用，构建系统逻辑架构、功能模块和物理布局。汽车核心零部件设计数据管理系统的实施可以解决企业所遇到的产品设计瓶颈，但需要对数字化工艺应用平台进一步研究，以实现设计-工艺一体化的研发生产体系。

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

[2] 张和明,熊光楞.制造企业的产品生命周期管理[M].北京：清华大学出版社,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

上海市信息化发展专项资金项目（XX-XXFZ-04-15-3781）

李波（1993 -），男，江苏人，硕士研究生，研究方向为智能制造。