PLM在汽車零部件產品開發過程中的應用研究

李玉梅，丁　濤，徐　剛

(湖北工程學院 機械工程系，湖北 孝感 432000)

PLM在汽車零部件產品開發過程中的應用研究

李玉梅，丁濤，徐剛

(湖北工程學院 機械工程系，湖北 孝感 432000)

摘要：以某汽車零部件公司研發需求為例，在對其產品開發現狀及產品開發過程中存在的問題進行分析的基礎上，研究了基于PLM的產品開發模式和管理理念，提出了面向汽車零部件公司的通用PLM解決方案，探討了PLM的關鍵技術，并結合該公司現狀和發展規劃構建了PLM功能結構。

關鍵詞：汽車零部件； PLM ； 產品開發；關鍵技術

中圖分類號：TP311.52

文獻標志碼：碼：A

文章編號：號：2095-4824(2015)06-0112-05

收稿日期：2015-08-28

基金項目：湖北省教育廳科學技術研究項目(Q20132701)

作者簡介：李玉梅(1979-)，女，河南柘城人，湖北工程學院機械工程系講師，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.

當前，汽車制造業面臨著全球化的市場競爭、跨區域的產品合作伙伴、日益增加的開發成本和多樣化客戶需求的多重壓力[1]。在這種環境下，產品生命周期管理(Product Lifecycle Management，PLM)作為一種先進的產品開發模式和管理理念，已逐漸成為汽車產品協同開發的新模式[2]。PLM以協同過程管理技術為中心，把人、過程和信息有效結合，遍歷產品概念設計到報廢的整個生命周期，支持與產品相關的協作研發、管理、分發和使用[3-4]。PLM提供產品數據管理、配置管理和分布式產品設計管理等方面的功能，將先進的管理思想和一流的信息技術有機地融入到汽車產品的生產和商業運作中，幫助公司及其產業價值鏈上的各公司快速掌握生產現狀，確保數據、知識、資源等信息在產品整個生命周期中的完整性、有效性、相關性、準確性、一致性以及安全性。

本文以某汽車零部件公司為例，在分析該公司產品研發現狀與需求的基礎上，立足于公司當前產品開發需求及長遠發展目標，提出了面向汽車零部件行業的PLM總體解決方案，構建了具體的PLM功能框架，以期為同類企業提供借鑒。

1產品開發管理現狀分析

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

總體來講，該公司現有產品開發與管理模式主要存在以下問題：

(1)缺乏有效的工具規范管理客戶的訂單，客戶的需求主要依靠相關人員的交談、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)缺少現代設計學的支持。產品的開發設計還未完全做到面向模型的設計，沒有實現CAD系統與CAE系統和現代設計方法學充分有效的結合。

丁濤(1982-)，男，湖北應城人，湖北工程學院機械工程系副教授，博士。

徐剛(1985-)，男，山東臨沂人，湖北工程學院機械工程系講師，博士。

圖1　公司現有產品開發流程

(3)有待于形成嚴格的產品研發體系。人工定制的產品研發任務難以保障任務分配的科學性、合理性以及工時額度的合理性。技術部門對產品研發過程中各級任務的管理方式不夠先進，很難全面追蹤各級任務的進展情況及效用。

(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計，使得產品設計重用率較低，導致研發人員付出不必要的重復勞動。

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

(6)缺乏有效的產品研發流程管理，設計過程缺少與產品數據有機結合的技術手段。

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

(8)物料編碼有待進一步梳理，同一個物料可能有兩種甚至兩種以上不同的編碼，導致出現采購清單與定額清單不一致的現象發生，致使在采購原材料過程中出現差異，造成不必要的損失和浪費。

2PLM總體解決方案

上述問題遍布于產品生命周期各階段，因此公司只有構建面向產品全生命周期的信息管理平臺，才能從根本上解決產品相關的技術資料規范化、標準化、信息化等問題，從而實現與現有設計工具、管理系統等各部分的集成，并在整個公司的運作過程中實現數據共享，縮短開發周期，降低開發成本，從而實現公司的發展戰略，提高公司在管理、研發、質量等方面的水平。在該公司產品研發的需求引導下，立足于其當前發展需求和長遠目標，本文給出了相應的汽車零部件制造業PLM總體解決方案。該方案以協同開發流程驅動產品數據流為中心，實現對客戶需求、產品全生命周期數據信息、開發過程、以需求為導向的工程變更、安全控制等全方位管理功能。其中，數據協同、過程協同以及有效的數據權限控制是決定PLM在公司能否成功實施的關鍵。

數學學科具有思維的高度抽象性，邏輯嚴密性等突出特點，考試大綱以體現數學學科特點為前提，要求考試內容包括大學本科數學專業基礎課程知識與高中數學知識，包括數學分析，高等代數，解析幾何，概率論與數理統計及高中新課標中所規定的必修課全部內容，全面考察相關知識點.

2.1產品全生命周期數據模型

在協同產品開發過程中，產品數據格式繁多，且隨著產品開發的不斷深入，許多數據將發生裂變和聚合，因此必須建立面向產品全生命周期的數據模型。但是，試圖用單一的數據模型覆蓋與產品有關的所有數據信息是不現實的。考慮到產品生命周期的動態演化以及公司信息化建設的階段性，筆者在文獻[2]中從產品數據的多變性、一致性、完整性、安全性和共享性的角度，提出了基于域的產品數據模型，如圖2所示。該模型利用了域管理數據的特性，針對公司管理數據粒度的大小，沿著產品開發過程階段建立多個數據域，如概念設計域、詳細設計域、工藝域、制造域及銷售服務域，每個域中封裝著相應的產品階段數據模型。

對這些數據模型來說，域是它們的安全邊界，沒有權限的用戶無法訪問它們，保證了數據的安全性與動態性。同時，通過域間的智能接口，在協同過程支持下，各域內的數據模型可以建立映射關系，保證了產品數據的一致性、完整性和共享性。

圖2　產品全生命周期數據模型

2.2協同過程管理模型

協同產品開發過程流是實現產品全生命周期數據共享的基礎，它是由多層多階段的各種開發活動組成的一個有機集合。在產品協同開發過程中，跨地域分布的客戶、材料供應商以及協同開發伙伴需參與到各個活動中，這就需要一個動態可擴展的管理模型對各層次各階段的活動所涉及到的數據信息、資源信息以及人員調度等進行有效計劃、分配和控制。另外，協同產品開發活動隨著客戶需求和產品數據信息的變化而產生動態變更，因此，該模型必須對各種活動沖突、變更進行有效調解和約束，使過程有序收斂，以得到目標解[5]。

當前，項目管理和工作流管理被廣泛認為是協同開發過程的使能技術[6]，二者分別從宏觀和微觀兩方面實現對協同產品開發過程的管理和控制。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，本文提出了如圖3所示的產品協同開發過程管理模型。該模型以智能化流程引擎為核心，柔性集成了項目任務管理和工作流程管理，并在底層規則的約束下，通過引用流程模型和任務模型，驅動各種項目任務活動和業務流程的執行。產品開發是一種面向客戶需求、不斷反復迭代的創新設計過程，該模型面向產品功能結構建立了項目結構樹，通過智能化流程引擎對各種迭代活動進行建模，并制定任務執行時序和邏輯關系以及任務監控等機制。

圖3　產品協同開發過程管理模型

該模型的項目任務管理能夠解決產品任務分配不合理、項目運行監控不到位等方面的難題。任務模型和工作流模型分別對應著項目任務集合和活動執行流程的集合。其中工作流模型工作在最底層，它通過關聯任務模型引用數據流引擎，獲得項目任務活動的映射模型，從而實現對各活動節點的執行和控制。

數據安全管理模型是當今技術研究的熱點，例如，鄧集波等[7-9]分別提出了基于作用、基于任務和基于角色的訪問控制模型。這些模型對分布式的計算機管理系統的數據安全起到了重要保護作用，但是它們僅是從單一的角度來解決數據安全管理需求，而沒有全面考慮公司及其產業鏈的各方面需求，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，包括公司及其供應鏈上的設計人員、生產人員、銷售人員、維護人員、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產品信息，因此PLM平臺必須具有安全可靠的權限管理機制。

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

圖4　數據安全管理模型

3PLM的功能結構

在公司當前功能需求的引導下，為解決該公司在產品開發過程中的各種問題，提出了如圖5所示的PLM功能結構。該功能結構以數據庫系統和文件數據倉為數據存儲平臺，采用基于用戶管理、權限管理、郵件管理、屬性集管理、參數管理等管理機制，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制之上的工程更改發放管理方式，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)、產品零部件管理、工藝數據管理、CAD集成以及管理系統集成接口等具體應用功能。

圖5　PLM功能結構示例

4結論

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狀與產品研發管理現狀分析研究基礎上，構建了一種產品全生命周期管理平臺，該平臺使公司的新產品研發周期縮短，信息資源在產品從概念到設計再到生產的過程中得到共享，工作流管理思想在系統中的應用使公司的業務流程更趨合理，經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資料的積累，將傳統的以零部件為核心的文檔管理系統提升為以零部件產生過程為核心的面向產品全生命周期的管理系統，并建立了三維環境下基礎數字化產品設計的集成管理平臺。因此，基于產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用。

[參考文獻]

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[9]黃益民，平玲娣，潘雪增.一種基于角色的訪問控制擴展模型及其實現[J].計算機研究與發展，2003，40(10)：1521-1528.

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

(責任編輯：張凱兵)