基于模塊化設計的PLM平臺建設

白艷

（風神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

基于模塊化設計的PLM平臺建設

PLM platform construction based on the modular design

白艷

（風神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

根據PLM平臺及模塊化設計的定義，兩者在產品研發管理思路上有較高的吻合度，可以說PLM平臺是推行模塊化設計的信息化工具。本文通過對PLM平臺和模塊化設計思想的比較分析，以及制造型企業在實施PLM平臺和推行模塊化設計的現狀，認為制造型企業應將兩者有機的結合起來，并在兩者的實施和深化應用中，以模塊化設計作為PLM平臺的實施目標，以PLM平臺深化應用推動模塊化設計的深入，幫助制造型企業提升核心競爭力。

PLM平臺；模塊化設計

隨著制造型企業競爭核心的不斷演變，傳統的核心競爭已從生產規模到生產成本、產品質量、快速響應市場能力、研發創新能力，大量的制造型企業引入了模塊化設計理念來提高研發效率，降低生產成本，以達到在日趨激烈的市場中獲得競爭優勢。面向研發信息化建設的PLM平臺定位于企業研發設計層應用，其系統功能體系與注重縮短產品研發與制造周期，增加產品系列、快速應對市場變化的模塊化設計理念具有很大的吻合性。因此，可以說PLM平臺是企業推行模塊化設計的信息化利器。

本文通過對PLM平臺與模塊化設計的關系及PLM平臺對模塊化設計支持的論述，幫助制造型企業提升對PLM平臺的認識，使PLM平臺能和模塊化設計結合起來，提升企業的核心競爭力。

1 PLM平臺與模塊化設計的關系

模塊化設計的概念是將產品中的某些要素組合在一起，構成一個具有特定功能的子系統，并將這個子系統作為通用性的模塊與其他產品要素進行多種組合，構成新的系統，產生多種不同功能或相同功能但不同性能的系列產品。而PLM平臺主要包含兩個部分，CAX工具軟件（產品創新的工具類軟件）和PDM系統軟件（產品創新的管理類軟件），參見圖1。

通過PLM平臺和模塊化設計的定義，不難看出兩者之間的緊密關系：

圖1 基于研發信息化建設的PLM平臺

（1）在系統目標方面，模塊化設計強調縮短產品研發與制造周期，增加產品系列，快速應對市場變化。而PLM平臺實現了基于產品研發的超級BOM的信息化管理，通過對產品族的型譜快速變型，減少研發周期從而提升研發效率，提高設計質量，降低設計成本，提高了企業對市場變化的快速響應競爭力。

（2）在作用范圍方面，模塊化設計的核心是將產品的某些要素組合在一起構成具有特定功能的子系統。而PLM平臺是可以通過對產品功能的定義將最底層的零部件封裝為統一接口的子系統的信息化系統，也提供了基于自頂向下的先進產品設計方法（按照產品的功能要求定義產品架構并考慮組件與零件、零件與零件之間的約束和定位關系）。

（3）在參與人員方面，模塊化設計強調的是模塊的通用化、系列化。而PLM平臺的應用不僅需要產品設計工程師參與模塊設計，同樣也需要總體架構師主導產品架構并對模塊之間的約束進行定義。

（4）在數據要求方面，模塊化設計要為實現模塊之間的接口提供基于國標和企標的大量標準化的基礎數據管理，特別是對大量設計數據進行分類管理。而PLM平臺具有實時對通用件庫和標準件庫的數據收集和集中管理功能，并能提供基于標準化的分類管理。

可以說，模塊化設計為PLM平臺提供了一套先進的研發設計理論框架，反過來PLM平臺則是制造型企業推行模塊化設計的強有力工具。而企業可以將PLM平臺的深化應用作為推廣模塊化設計的一個信息化建設項目，通過兩者的相輔相成，既確保了PLM平臺的深化應用又推動了企業不斷向模塊化設計邁進的步伐。

2 PLM平臺對模塊化設計的支持

產品模塊化的關鍵技術為系列化和組合化，而模塊是模塊化設計和制造的功能單元，具有三個主要特征：第一，模塊具有相對的獨立性，可通過對其進行單獨設計、制造、修改和存儲，便于由不同的專業化企業對獨立模塊分別進行生產；第二，模塊具有互換性，模塊通過標準化完成各接口部位的結構和尺寸參數，并可實現模塊間的互換，使模塊能滿足不同產品的需求；第三，模塊的通用性有利于實現不同產品之間的模塊通用，實現跨系列產品間的模塊通用。

2.1 PLM平臺對產品公共模塊管理的支持

企業按照標準化參數化的設計理念對產品設計進行優化及歸納，實現產品模塊化設計。PLM系統可以對企業標準件、通用件等進行引用查詢和統計，根據統計結果，設計人員可以考慮將引用次數較多的零部件歸納為模塊。

產品線劃分依據市場需求，通過對企業的產品線的規劃和定義，為未來與產品相關的其它信息管理（非文檔數據）做技術平臺準備。在進行了產品平臺定義時，同時也需要進行公共組件/組件定義規劃和定義，形成部件的模塊化管理，提高企業產品的通用化、系列化和標準化管理的水平，同時也為后期產品配置模塊的實施打下堅實的數據基礎。

圖2 PLM平臺對產品公共模塊管理的支持

公共模塊作為特殊零部件在PLM系統中管理，使用零部件屬性管理主要特征參數（物料編碼、名稱、型式、尺寸等）；通過對公共模塊分類管理，支持研發設計人員快速查詢、共享模塊庫資源，減少重復設計；通過對公共模塊權限管理，實現對公共模塊工程更改的管控，并結合PLM系統產品結構管理的優勢，實現零部件何處使用查詢、變更影響范圍分析、歷史版本查詢及派生關系追溯，參見圖2。

2.2 PLM平臺對產品系列化管理的支持

由于市場需求和終端用戶個性化需求的多樣性，要求企業產品種類擴充，所以產品變型設計也趨于頻繁，直接會導致產品設計、工藝、制造各個過程中的數據大量增加。

而系列化開發是將具有相同的功能、工作原理和制造方法的產品集合起來，將產品的主要參數（型式、尺寸、基本結構等屬性）作出合理的定義與分布，以協調同類型產品和配套產品之間的關聯關系，來滿足不同客戶的需求。系列產品的開發步驟首先是確定基本型，然后確定相似類型、參數和尺寸級比，最后形成產品的主結構和各種圖文檔。

以典型的汽車制造企業為例（參見圖3），PLM平臺針對同類型的產品族的BOM進行管理，搭建基于系列化的產品超級BOM，并對主要的模塊化子系統（如車門、車軸、車頂）進行定義，并將這些子系統之間的接口參數進行約定，形成不同系列產品的子系統配套邏輯，比如著名的寶馬汽車，其一系產品和X1系列產品有很多共用的零部件，而五系和七系產品中也有很多共用的模塊，但是這些系列的寶馬汽車產品之間的個性化是有明顯的區別。

在產品研發設計的過程中，PLM平臺提供對系列產品超級BOM的快速變型，并通過銷售階段客戶個性化配置信息的采集，幫助企業高效完成滿足客戶需求的產品研發。

2.3 PLM平臺對產品組合化管理的支持

產品的組合化管理是通過不同的結構塊合理的組合而實現不同功能的技術對象（整機、部件或零件）的過程。由于組合產品中的結構塊被劃分成不同的參數等級，因此其結構塊也定義為產品系列。產品組合化開發的步驟首先是明確產品需求、劃分產品結構，然后確定產品各功能的作用、選擇方案（匹配邏輯），最后形成產品的主結構和各種圖文檔。當然，產品組合化管理的前提是企業的標準化管理，需要企業對各類產品所需要用到的零部件進行分類管理。

產品模塊化策略詣在通過不同的產品功能模塊的開發以及不同的模塊進行配置組合形成新的產品滿足市場需求。

市場需求的歸納總結形成標準和規范的市場選項（市場特征）驅動標準的產品功能結構（技術特征）組合變化，形成不同配置的產品結構。

圖3 PLM平臺在汽車制造中的應用

以典型汽車制造企業為例，PLM平臺提供了基于企業標準的通用零件庫管理和基于國標的標準件庫管理，將不同供應商提供的同樣規格的零件進行了分類，并采用科學的編碼規則進行管理。汽車的裝配過程是將不同工廠加工的結構塊或者外協回來的功能件進行組合，前提是這些“積木塊”之間的接口是吻合不干涉的，這就要求研發過程中對于模塊化的子系統間的接口參數進行管理，PLM平臺可提供基于自頂向下的設計方法，在產品架構實現過程中，設計出各模塊（結構塊）的接口，通過接口間約束對各模塊（結構塊）的設計進行管理（建立三維模塊庫）。

3 結論

隨著模塊化設計理念的不斷導入，制造型企業對PLM平臺的深化應用需求會日益迫切。同時，制造型企業在深化應用PLM平臺時需要以模塊化設計為引導，這樣既可以確保PLM平臺的深化應用，又可以通過PLM平臺的深化應用進一步推動模塊化設計思想的深入，幫助制造型企業在市場競爭激烈的大環境下提升核心競爭力。

［1］ 顧新建，楊青海，紀楊建. 機電產品模塊化設計方法和案例.機械工業出版社，2014.

［2］ 邱國華. 汽車模塊化設計的應用與發展.上海汽車，2002，11.

［3］ 李春田.現代標準化前沿-模塊化研究，中國標準出版社，2008.

［4］ 劉武貴，孫建雄，黃智敏.支持產品配置的BOM管理技術的探討，電力機車與城軌車輛，2006，02.

（R-01）

TP31

1009-797X（2015）23-0059-04

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.23.015

白艷（1976-），女，主要從事信息化建設和管理工作。

2015-09-17