數據庫平臺在發動機研發中的應用

楊磊，王東芳，范習民，張磊，徐潤濱

（安徽江淮汽車股份有限公司，合肥 230601）

0 引 言

PDM 是一門用來管理所有與產品相關信息（包括零件信息、配置、文檔、CAD 文件、結構、權限信息等）和所有與產品相關過程（包括過程定義和管理）的技術［1］。

江淮汽車研發中心以產品設計開發為主，每年有百余個產品數據需要統一管理，加大PDM 數據庫的應用力度，已成為支持產品開發數據管理的關鍵，對加快產品開發進度、提高產品設計質量、降低生產成本有積極作用。

同時設計過程中有許多CAD、CAE 技術軟件，需要與PDM 系統緊密集成，有效地將產品數據（競品數據、試驗數據等）用于產品設計分析過程中，真正使產品數據積累支撐設計過程，提高產品設計分析效率。

1 數據庫調研概述

1.1 產品數據庫功能概況（表1）

表1 數據庫功能概述表

研發數據庫基本功能包括：文檔管理、工作流管理、權限管理、工程變更管理。為支持復雜的產品（如汽車、飛機等）開發，在基本功能的基礎上又增加了產品結構管理、產品配置管理、BOM 管理、項目管理、協同設計等功能，有的企業將辦公平臺及消息系統也集成在該平臺上，還有的企業以該數據庫為基礎，再次開發小型數據庫（如競品分析數據庫、產品試驗數據庫），使數據庫功能不斷壯大。

1.2 現有數據庫產品的市場競爭概況

目前在汽車行業的應用的數據庫類型一般有以下幾種類型，相互之間的優劣對比關系如圖1 所示。

1.3 發動機行業數據庫功能應用狀態

如果將整個汽車行業數據庫功能完善程度分為4 個層次，從歐美車企到一汽、奇瑞、江淮再到比亞迪，數據庫的應用已經較為普及（如圖2）。一般來講，基礎數據庫主要起到“電子數據倉庫”的功能。

圖1 汽車行業主要使用數據庫分析圖

圖2 汽車行業數據庫層次示意圖

2 江淮現有數據庫系統應用狀態

2.1 PDM 系統應用狀態

1）所有發動機產品試行和量產階段的技術數據（二維圖紙、通知單、設計檢討書）都及時錄入PDM 系統，并在系統內循環走電子流程，進行技術數據的審簽和發布。

2）統一管控標準件的創建，已形成一定規模的通用件庫（國標件、企標件）。

3）知識文檔庫（質量管理、基礎管理、工作報告、技術成果、管理標準、能力建設）定時動態管理，目前形成大量知識積累。

4）項目交付物按項目和節點門進行管理，正在實施的項目管理系統更加強了交付物管控的力度，通過電子化流程驅動實現項目交付物的全周期管理。

PDM 作為目前應用比較廣泛的技術數據發布的基礎數據庫管理平臺，已成為電子流程驅動來實現知識管理的“電子倉庫”［2］，但知識的可檢索和可利用性較差，對產品的設計分析過程支持程度較低。

2.2 Intralink 系統應用狀態

發動機產品開發已基本實現在線設計。設計團隊中不同角色的設計師打開自己設計的數模時，系統能夠自動搜索到該數模所借用的其他數模的最新狀態，便于設計師參考其他數模的狀態修改完善自己的產品。在設計工作基本完成后設計師將各自設計的數模等產品數據錄入Intralink系統，其他角色的設計師可以借用和參考該數模，保證了產品設計過程的協同開展。因產品開發模式基本多以聯合開發模式為主，在線協同設計能力還有所欠缺。

同時，Intralink 系統內二維工程圖與三維數模是完全相關的，三維數模都是以參數的狀態即時保存，一旦基本型產品開發完成，后期的變型變動產品開發效率得到較大提升。目前Intralink 系統已成為發動機研發效率提升的一個重要手段。但工作流管理、權限管理等數據庫功能還未導入。

3 江淮發動機研發數據庫優劣勢分析

3.1 數據庫優勢分析

1）對于發動機研發團隊，設計分析業務為關鍵業務，數據庫平臺必須能夠支撐產品設計過程。目前行業內CAD 設計平臺環境基本成熟，主要使用Pro/E 5.0 進行發動機產品設計，借助Intralink 系統進行項目組員間產品開發協同設計，并以PDM 系統為基礎數據庫管理平臺，實現設計與生產間設計信息和產品數據共享，基本能夠滿足產品設計開發的需求。

2）發動機開發流程體系已逐步完善，基本型產品開發過程管理有了基本定義，對后期數據庫內電子流程的定義起到基礎作用。

3）發動機設計團隊經過近10 年的發展，設計支持業務（競品分析模塊、試驗驗證模塊、CAE 分析模塊）在各自領域都有了一定的數據和經驗積累。

3.2 數據庫劣勢分析

1）研發中心以產品設計開發為主，行業內現有PDM數據庫不能與CAD 設計軟件（Pro/E）緊密集成，不能有效地將組織積累用于產品設計和產品分析過程中。

2）PDM 系統不能和產品三維數據有效集成，數模的錄入和檢出都要有復雜的過程，不能支撐產品在線協同設計過程。

3）缺少競品分析庫、試驗數據庫及設計模板庫建設的經驗，在數據組織、數據庫框架搭建及系統集成等方面基本是空白的。

4）產品開發流程體系在變型變動產品開發流程，各節點門間的子流程，及其關鍵零部件設計分析的流程缺少定義和管控，特別是產品開發過程的管控還停留在交付物狀態的管控上，數據庫平臺建設需要有逐步實現且較長的過程。

4 未來發動機研發數據庫平臺框架

4.1 設計平臺總體框架（圖3）

1）通過項目管理系統引領整個產品開發過程，設計平臺自動執行門內的子流程管控（圖4），工作做到哪一步驟，相關交付物的參考模板和時間節點要求，能夠即時、快捷查詢。

圖3 江淮汽車設計平臺數據庫框架圖

圖4 江淮汽車產品設計流程圖

2）通過經驗庫支撐整個產品的設計和分析過程，設計平臺在項目組成員間進行發動機產品開發協同設計，執行具體的零部件設計過程管控，產品設計過程中可即時調用競品數據庫、試驗數據庫、設計模板庫，給產品設計提供支持［3］。在布置設計階段，對連桿進行零部件設計和CAE 分析時，數據庫基于產品開發流程和零部件設計流程，通過電子流程驅動轉換連桿設計的相關界面，直接打開CAD 軟件進行數模編制及修改，修改結果自動保存更新；更新后的數模可供CAE 軟件調用，對設計結果驗證，CAE 分析后的結果及時存入數據庫。零部件設計和分析過程中可能用到的參考文檔和競品數據可在同一界面內直接鏈接查詢，有效提高設計分析的效率和質量。

3）設計平臺的底層一定是成熟的數據庫（PDM），保證系統穩定，實現工作流管理、文檔管理、權限管理等，同時能夠與產品設計軟件緊密集成。

4.2 項目管理模塊

項目管理系統基本上是與Projrect 軟件集成。在發動機項目已固化的Projrect 項目計劃模板的基礎上，直接導入項目管理系統，在系統內定義發動機開發計劃模板及建立發動機開發業務模型，并依據發動機開發流程（如發動機流程）定義電子流程，驅動任務執行，對項目階段性成果進行評價。具體功能如下：

1）利用數據庫自身的工作流管理和權限管理模塊，通過電子流程驅動實現發動機項目開發流程規范控制。

2）以項目交付物來體現階段性成果，并通過交付物審核來控制項目過程的風險，與產品圖紙的審核流程機制基本相同。

3）通過系統自動下達工作任務，任務責任人接受任務，通過目視化實現任務周期和質量的查詢，再通過電子流程實現任務的審核和提交。

4）實現關鍵零部件設計流程的管控；除定義產品各階段項目管理流程外，對于單個關鍵零部件的設計流程也要有明確定義，并集成到項目管理流程中，在進行總成設計或零部件設計時，依據零部件設計流程執行。

5）實現任務完成狀態的即時查詢和在線目視化監控，從而實現產品各階段項目計劃執行狀態的管控。

4.3 產品設計分析模塊

軟件系統集成開發是世界性的難題，不同的數據庫廠家存在不同的底層數據庫結構、邏輯框架、數據的組織和接口，相互集成必然存在或多或少的問題。

4.3.1 CAD 軟件集成

發動機行業中CAD 設計通用軟件是PTC 的Pro/E，且該軟件有自己的設計平臺系統，故在CAD 與基礎設計平臺集成方面不存在問題。

4.3.2 CAE 軟件集成

由于CAE 分析軟件種類繁多，希望能使用一個軟件平臺把CAE 分析過程中所有的軟件都協同管理起來是不現實的，故對于CAE 分析能夠做到的是對分析過程和結果的管理。

1）分析結果的管理主要以產品結構為主線，按照系統總成和零部件的分析結果，進行分類管理。強調分析數據的搜索和目視化功能，能夠根據機型和部件搜索到零部件的分析結果，并在產品設計分析時能夠直接調用查看供產品開發參考。

2）分析過程的管理需要結合CAE 業務能力建設，并做好CAE 分析模型及分析數據的積累，保留CAE 分析過程，為后期設計分析做指導。同時在細化CAE 分析流程的基礎上實現多目標優化，通過電子流程自動驅動，把單個零部件所有的計算和分析一次性完成，使零部件分析結果具備整體性和連續性，提高分析效率。

3）產品設計分析是一個CAD 設計和CAE 驗證的“實時”交互和協同過程，設計平臺必須滿足產品設計和CAE 驗證相關數據的交叉即時調用。

4.4 二次開發的附加數據庫模塊

為完善設計平臺功能，并給設計平臺操作提供支撐，基于數據庫底層架構和數據源管理模式，競品數據庫、試驗數據庫及設計模板庫被二次開發出來，主要為產品設計提供輸入，提高設計質量和效率。

4.4.1 競品分析數據庫

競品分析業務建設有兩個關鍵過程：一是實物拆解過程，二是數據管理過程。

如圖5，競品分析數據庫是基于文檔化、可標識的XML 技術，完成數據交互，實現數據展示模式管理、競品數據管理、競品數據模板管理、競品數據發布管理（即時的、在線的競品數據查詢）及其競品分析項目管理。

4.4.2 試驗數據庫

圖5 江淮汽車競品數據庫管理流程圖

試驗數據庫的架構和管理模式與競品數據庫類似，可考慮與競品數據庫同步實施。

4.4.3 標準件庫

目前PDM 系統已有標準件庫（國準件、汽標件），也有一定的積累，在標準件創建上也有嚴格的管理規范和流程。后期應用時僅需將現有標準件庫與設計平臺中標準件庫進行統一。

4.4.4 設計模板庫

設計模板庫旨在對不同平臺的發動機關鍵零部件的數模（含建模過程、尺寸參數、材料參數等模型信息）進行分類保存，后期變型產品和類似結構的基本型產品開發，只需在設計模板的基礎上對骨架或數模變動，提高設計效率。

1）要建設發動機設計模板庫，建模過程必須規范，采用自頂向下的設計方法。如缸體設計：從整機裝配骨架模型復制與缸體相關聯的信息到缸體骨架模型，并細化骨架模型（包含整機的信息如缸數、缸距；外形、與周邊接觸界面的形狀和尺寸等）；然后分別設計外型、腔體、水套和油路；再根據分段設計結果，合并成功能整體，并將各個功能塊合并成最終設計零件。

2）主要創建發動機關鍵零部件（缸體、缸蓋、曲軸、活塞、連桿、進排氣等）設計模板，小的零部件直接設計。

3）自頂向下的設計過程多在設計中體現（如AVL、里卡多）。汽車制造企業內的技術中心為節省周期和成本，前期的設計工作多以聯合開發的方式外包給設計公司。

5 結 語

管理思想和管理體系一定先于數據庫管理系統形成，軟件系統自身只是工具。創建便捷有效的數據庫平臺，需要先創建組織內業務能力和流程體系，然后再建設數據庫平臺。

產品設計平臺多是以相對獨立的功能模塊存在［4］，如競品數據管理、項目管理、CAE 數據庫、通用件庫、產品模板庫、試驗數據管理等；各模塊可以單獨導入，但最終要真正發揮效能，必須是一個整體。

江淮汽車設計平臺數據庫的建設思路，需要整體考慮、分步實施。目前正在導入PDM 系統以滿足企業大量應用項目管理和并行工程管理的需要，實現企業數據信息的標準化管理。

［1］ 朱戰備.產品全生命周期管理-PLM 的理論與實務［M］.北京：電子工業出版社，2004.

［2］ 肖坦納.制造企業的產品數據管理［M］.祁國寧，譯.北京：電子工業出版社，2001.

［3］ 芮延年.協同設計［M］.北京：機械工業出版社，2003.

［4］ 韓孝君，朱戰備.研發制勝［M］.北京：電子工業出版社，2005.