PLM产品配置管理技术在汽车行业的成功应用

产品生命周期管理PLM(Product Lifecycle Management)自20世纪末提出以来，便迅速成为制造业关注的焦点。PLM系统涵盖了从市场需求分析、开发设计、测试验证、生产制造、使用维护以及报废回收等产品的整个生命周期，能够将庞大的数据流及信息流进行整合，理顺制造的整个价值链，以降低运营和管理成本。随着汽车产品信息全球化、市场竞争激烈化、客户需求多样化和个性化、产品交货周期的缩短和定货批量减少等，汽车制造企业需要提供更多型号的汽车产品满足不同客户的个性需要，并且需要保存同一型号产品众多有微小差异的版本。为此，需要建立汽车产品配置选择库，快速配置设计符合消费者需求的汽车产品，并在产品配置数据库中保存产品周期中的各种数据。如何组织、检索产品配置知识并使之信息全球化，在信息全球化的情形下如何满足系统集成对产品配置知识共享检索的要求，都是需要及时解决的问题。本文结合清软英泰在汽车行业（厦门金龙客车和河北中兴汽车）PLM系统的实施实践经验，通过建立汽车产品生命周期统一数据模型和模块化的产品配置管理中心，对汽车产品的整个生命周期的数据进行有效的组织和管理，更有效的进行产品配置管理以及产品工艺数据管理。使系统能够通过用户的需求驱动，快速的进行汽车产品配置设计和客户产品配置点选的需要，为汽车产品模块化配置设计和管理提供行业解决方案。

一、面向生命周期模块化的产品数据管理模型

1.建立汽车产品生命周期统一数据管理模型

汽车产品的全生命周期是一个复杂的过程，在产品设计、生产工艺、采购物流和销售售后等不同阶段会产生大量不同类型的数据文件，随着产品生命周期的扩展，数据文件会不断的扩展。因此，必须建立产品统一数据模型，解决不同类型数据的综合管理、过程管理以及跨部门、跨区域和供应链协同工作的问题。清软英泰汽车行业解决方案为企业提供统一的数据建模工具，根据企业产品的特点、产品开发和生产工艺的业务特点搭建产品数据模型。统一产品数据模型包括零部件族管理、产品文档分类管理、产品配置模型、业务过程模型和工艺数据模型等。

通过建立产品设计和工艺一体化统一数据模型，确保数据的完整性、借用件的有效管理和数据变更管理，从而缩短新产品设计准备周期与变型设计准备周期，为汽车产品的快速配置管理管理提供了统一数据模型环境。其次，汽车产品设计涉及的部门和人员多，产品主要由总体布置、动力设计、车身设计和底盘设计等四个部分组成。先由总体布置部门根据市场或客户要求对其他具体设计部门提出参数要求，再由各设计部门根据这些参数进行设计。在各具体设计部门内部，设计不同部件的设计师又需要参考别的部件的设计参数，或者，在设计到定型过程中，总体布置部门对某一个参数进行了更改，需要通知到各个部门等等。传统孤立的手工设计和手工信息管理就会带来许多不足，耗时长，准确率低并出错率高，难以满足汽车制造企业现代化发展的需要。而借助信息化手段，建立产品统一数据模型和统一的业务过程模型，以PLM建立产品协同工作平台，就能很好的满足汽车制造业现代化发展的需要。

2.建立产品配置管理基础知识库

汽车行业采取面向订单基于产品模块化的生产模式，面对客户需求，如果当前的基本型产品或者已经存在的变型设计满足客户需求，那么就可以直接根据客户需求配置生成BOM清单，进行制造和装配；如果当前的产品不能满足客户需求，但通过变形设计能满足需要，则需要进行变形设计，得到新的模块并替换原有模块，形成新的变型产品。第二种情况是全新系列产品设计，技术部门需要根据客户需求设计产品的功能，并进行功能分解，然后把功能映射到结构，进行模块化设计，当然也可能新系列借用原有的模块，在这期间可以根据经验，考虑到用户可能的潜在需求，设计一些可选的模块，形成系列产品。

面对汽车行业这种订单驱动的模块化式生产模式，而要实现产品快速配置管理，必须先通过PLM系统建立并维护产品基础数据库，如基准车型库、选用装置库、标准模块库、专用模块库与相似零部件库等。其次，产品结构管理与产品配置管理密不可分，通过产品结构管理，建立、维护产品配置中的产品结构模型和基本型产品结构是产品配置的基础。一旦设计人员接到定单，首先查找标准件模块库、相似件模块库，对无法直接利用的模块可在其基础上进行配置设计，形成新的模块，重新组合模块使之成品化，从而缩短产品设计周期。

3.基于模块化的产品族管理

模块是一组具有同一功能和结合要素（指联接部位的形状、尺寸、连接件间的配合或啮合等），但性能、规格或结构不同却能互换的单元。模块化一般指使用模块的概念对产品或系统进行规划和组织。产品的模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，以满足市场不同需求的设计方法。要满足汽车产品模块化生产模式，汽车产品的设计都是按照模块化来进行划分和设计的，产品模块主要由基本车型和模块化组织的零部件组成。模块化的可互换性和可组合性是实现产品配置的基础。根据模块化思想，产品将传统产品-部件-零件的构成模式转变为以模块和模块单元组成的产品构成模式。如图1所示，模块化产品与传统产品构成的区别在于后者通过独立的模块及子模块构成产品。汽车设计由于引入了模块化设计思想，使得模块化产品实现了产品对客户个性化定制、缩短产品的设计与制造周期和有利于新产品的开发。

图1 传统和模块化产品构成形式

二、模块化产品配置管理实现方法

1.产品配置变量和状态的定义

模块化的产品模型中所有模块之间受具体变量取值的约束，这些约束形成配置状态（规则）库，产品配置是一个配置规则匹配、知识推理的过程。配置规则是在配置过程中，对产品模型中需要配置的项目进行选择和确定的一系列限制和匹配原则。如图2所示。系统提供针对于模块化设计企业的产品数据定义与配置管理功能，用户可以直接在产品结构树上做配置管理，根据预定义的产品模块集合以及它们之间的相互约束关系，在系统中定义配置变量及配置变量取值，并且把模块与相对应的配置变量取值进行绑定，通过合理的组合，确定单个产品的配置状态，完成满足客户个性化要求的产品设计过程，为产品模型的变型和客户需求之间建立了联系。

图2 配置变量取值点选和配置状态示例

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2.模块化产品配置管理设计过程

PLM系统为企业搭建了统一的产品配置选用平台，在一定产品平台上对所有基准车型、选用装置、系统与模块化库及配置进行统一管理。图3为某汽车企业订单车型模块化配置过程图，根据客户的需求，设计人员在基准车型库、选用装置库、系统与模块库和零部件库的配置设计中，使用基于实例的推理技术为客户产生一个满足客户要求的订单车型，设计中可重复利用已有的设计知识，从而实现订单产品的快速设计。

图3 模块化配置管理配置过程流程图

基于统一产品配置平台的汽车产品模块化配置设计主要包括以下几个步骤：

1)根据产品规划的要求，按产品相对固定的主要特征如车身形式、驱动形式、内外饰级别、市场品牌等确定产品的基准车型和选用装置，并分析所有车型的配置情况，如空调、座椅以及轮胎、车门、内外饰、转向、制动、电子设备和颜色的状态，建立车型配置之间的约束关系，进行统一的车型配置管理；

2)零部件编号规则是数据管理工程的最基本标准，是实现模块化配置设计的基础，因此首先制定零部件编号规则，并在此基础上制订出与之相关的一些标准和规范，根据统一的零部件编码规则，建立模块化组织的零部件矩阵库和基本车型矩阵库；

3)根据各业务部门的需要，建立产品数据一体化管理模式，设计人员对设计结构及其相关设计数据负责、工艺人员对在设计结构的基础上对工艺结构及相关工艺数据负责，其他部门对其扩展数据负责。数据一旦归档投入使用，不可随意更改，如需更改，必须通过PLM系统中的更改管理进行更改管理，以便保持数据的一致性和最新性；

4)基准车型库仅含法规允许的最低配置的相关分组与系统，选用装置是专用分组（系统）与基准分组（系统）之差，新设计要求按照模块化进行设计，并归入相应的模块单元库中。订单车型在基准车型的基础上，根据选配关系或配置变量对相应的模块进行点选；

5)点选完成后，对可配置BOM进行解算，得到具体订单车型的BOM。企业的管理人员、技术人员或生产人员，只要用这一标识（订单配置号）就可以查到相应订单车型的全部技术状态。由于是按基本项、选择项和特定项分类的，安排计划组织生产就非常方便，从而缩短了了产品设计和制造周期。

3.模块化产品配置管理在汽车企业的应用

清软英泰模块化产品配置管理解决方案在汽车企业实现了成功应用，为汽车企业产品模块化设计提供了有利工具。配置管理平台为销售部门提供了产品销售手册和客户点选器，客户可以在企业现有产品的基础上进行产品的选择，并生成客户订单，技术部门针对销售部门的下单进行产品模块化规划及设计，生产部门按照设计部门的配置结果组织生产，三个主要环节相互关联，紧密联系。售后服务部门输入订单配置号可以实时查询订单车型的全部技术状态，为产品的售后服务提供了及时的产品数据状态。图4为某汽车企业产品配置结构树，通过模块化式配置，可快速形成订单需求的产品。

图4 某汽车企业产品配置结构树

三、结束语

PLM作为企业技术信息化管理的主要部分，在现代汽车企业中己经逐步得到应用。在汽车制造业中应用PLM系统来管理产品数据信息，采取模块化的产品配置设计，为汽车企业建立了产品模块化配置选择库，从而快速配置设计符合消费者个性化需求的汽车产品，并在产品配置数据库中保存产品生命周期中的各种数据。清软英泰PLM产品配置管理解决方案在汽车行业的成功应用，提高了企业的设计效率和生产效率，降低了生产成本，并快速响应市场；对具体的汽车产品的整个生命周期的数据进行了有效管理、共享、重用和查询等，满足了企业快速定制化设计和大批量定制生产的要求。