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基于PDM的發(fā)動(dòng)機連桿產(chǎn)品配置管理研究
摘要：為滿(mǎn)足因中國汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展對發(fā)動(dòng)機連桿生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品配置管理提出的新要求，以中國某連桿生產(chǎn)龍頭企業(yè)為研究對象，對其產(chǎn)品的配置管理現狀及存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，論述了產(chǎn)品結構樹(shù)管理、BOM 管理、版本管理、全局產(chǎn)品信息模型等關(guān)鍵技術(shù)，并設計了產(chǎn)品配置流程圖，提出了產(chǎn)品配置管理的具體實(shí)現方法。
關(guān)鍵詞：產(chǎn)品數據管理;產(chǎn)品配置;發(fā)動(dòng)機連桿產(chǎn)品
發(fā)動(dòng)機連桿是連接活塞銷(xiāo)和曲軸的重要部件，它把活塞的往復直線(xiàn)運動(dòng)轉變成曲軸的旋轉運動(dòng)，從而驅動(dòng)車(chē)輪滾滾向前。近年來(lái)，隨著(zhù)我國汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機產(chǎn)品的升級更新越來(lái)越快，對發(fā)動(dòng)機連桿生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品配置管理也提出了新的要求。產(chǎn)品數據管理(PDM)是一門(mén)管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和所有與產(chǎn)品相關(guān)的過(guò)程的技術(shù)。隨著(zhù)計算機技術(shù)在制造業(yè)各工程領(lǐng)域中廣泛深入的應用和不斷發(fā)展，實(shí)施PDM 已成為制造企業(yè)信息管理的需要，更是企業(yè)贏(yíng)得未來(lái)市場(chǎng)競爭的戰略需要。
產(chǎn)品配置管理(PCM)是PDM 系統的重要功能。產(chǎn)品配置管理是隨著(zhù)產(chǎn)品的系列化和客戶(hù)化生產(chǎn)而出現的，它能使企業(yè)的各個(gè)部門(mén)在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內共享統一的產(chǎn)品配置，并且對應不同階段的產(chǎn)品定義，生成相應的產(chǎn)品視圖，如設計視圖、裝配視圖和工藝視圖等等。本文將以國內某發(fā)動(dòng)機連桿產(chǎn)品生產(chǎn)龍頭企業(yè)為研究對象，對其產(chǎn)品結構樹(shù)管理、BOM 管理、版本管理、全局產(chǎn)品信息模型等技術(shù)進(jìn)行分析研究，以提升PDM系統的實(shí)用性，為解決發(fā)動(dòng)機連桿企業(yè)對產(chǎn)品設計開(kāi)發(fā)進(jìn)行信息化管理時(shí)存在的問(wèn)題提供支持。
1、發(fā)動(dòng)機連桿配置管理現狀及存在的問(wèn)題
1.1 連桿產(chǎn)品配置管理現狀筆者通過(guò)對國內某發(fā)動(dòng)機連桿生產(chǎn)龍頭企業(yè)的調研發(fā)現，該企業(yè)連桿產(chǎn)品的BOM 主要采用CAD格式進(jìn)行管理，BOM 的管理難度和工作量較大，而且由于汽車(chē)產(chǎn)品的復雜性，產(chǎn)品的型號管理、配置管理、版本管理等比較復雜。通過(guò)手工配置的方式進(jìn)行產(chǎn)品配置管理，配置的準確性、實(shí)時(shí)性無(wú)法得到保障，產(chǎn)品配置的數據也沒(méi)有得到有效的重用。
1.2 連桿產(chǎn)品配置管理存在的問(wèn)題根據發(fā)動(dòng)機連桿產(chǎn)品的現狀，可以發(fā)現目前作為PDM 核心的產(chǎn)品結構與配置管理還存在如下一些主要問(wèn)題：
a.連桿產(chǎn)品研發(fā)的主要任務(wù)是設計為微車(chē)、轎車(chē)發(fā)動(dòng)機配套的連桿組件，并編制連桿組件的生產(chǎn)工藝，且產(chǎn)品的品種很多，這需要企業(yè)各類(lèi)人員花大量時(shí)間查閱資料。
b.設計、生產(chǎn)、采購等不同部門(mén)有不同形式的BOM表，當設計和制造、采購供應的材料清單不一致時(shí)，就會(huì )造成返工和浪費。
C.因市場(chǎng)及客戶(hù)的突發(fā)需求、性能改進(jìn)、設計存在差錯、降低成本等原因，經(jīng)常需要對零部件進(jìn)行變更，這就會(huì )導致產(chǎn)品結構與配置信息不準確，會(huì )直接影響采購、制造和裝配等部門(mén)，造成不該有的損失，因此需要建立產(chǎn)品資料的版本管理和有效性原則來(lái)解決上述問(wèn)題。
d.市場(chǎng)競爭的加劇必將促使企業(yè)對顧客需求做出快速響應，產(chǎn)品結構與配置管理在此將起主要作用，如提供產(chǎn)品快速配置功能，使其能根據市場(chǎng)的變化快速配置出新產(chǎn)品，或者為不同的用戶(hù)定制個(gè)性化產(chǎn)品，而實(shí)現這一功能需建立與產(chǎn)品結構相聯(lián)系的規則庫或決策表，如何有效而全面地建立和定義產(chǎn)品結構之間的約束條件以及決策信息是產(chǎn)品結構與配置管理需要解決的問(wèn)題。
2、基于PDM 的發(fā)動(dòng)機連桿產(chǎn)品結構和配置管理關(guān)鍵技術(shù)
在考慮實(shí)現面向企業(yè)的產(chǎn)品結構和配置管理理念時(shí)，所需要涉及的技術(shù)因素較多，現對下述幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行論述。
2.1 產(chǎn)品結構樹(shù)管理產(chǎn)品配置管理是通過(guò)產(chǎn)品結構樹(shù)對產(chǎn)品對象及其相互之間的聯(lián)系進(jìn)行維護和管理，因此產(chǎn)品結構樹(shù)是產(chǎn)品配置管理的基礎。產(chǎn)品零件結構樹(shù)是由產(chǎn)品裝配系統圖、產(chǎn)品零部件明細表(包括通用件、標準件、自制件、原材料)等內容組成。產(chǎn)品結構樹(shù)以樹(shù)狀方式描述，樹(shù)中的節點(diǎn)表示母件。這種樹(shù)狀結構反映了產(chǎn)品、零部件之間的層次關(guān)系。有了結構樹(shù)，管理者即可分層展開(kāi)，走不同的分支，直觀(guān)地找到自己所要的數據，而不用考慮其物理位置。
2.2 B0M 管理物料清單是產(chǎn)品結構的報表格式。對每項“單層結構”的BOM 只需建立一次，就可以在所有借用這個(gè)單層結構的產(chǎn)品上得到共享，由用戶(hù)選擇相應的參數來(lái)生成最后的BOM 表。對“單層結構”的BOM的錄入采用如下數據結構，直接存儲在數據庫中。
其中表存放零件的基本描述信息，表2存放對應該節點(diǎn)的具體圖紙的詳細BOM 信息，而且Mcode零件編碼和圖紙編號必須采用相同的編碼規則，即某一零件的編號與圖紙的編號必須是相同的，這樣零件之間的關(guān)系才能體現出來(lái)。這樣對于文檔結構樹(shù)來(lái)說(shuō)，用戶(hù)需要樹(shù)中任意點(diǎn)的BOM信息時(shí)，都可以直接在展開(kāi)的該節點(diǎn)的頁(yè)面中匯總該節點(diǎn)及其以下所有孩子、子孫節點(diǎn)的BOM信息。
2.3 版本管理在PDM系統中版本的出現和對版本的管理一直是其一項重要的功能，版本管理主要包括文檔版本管理、零部件結構明細表的版本管理，以及對產(chǎn)品零部件設計文件的版本管理。在連桿設計中，因為更改零件產(chǎn)生了多個(gè)版本，所以企業(yè)對版本管理的要求越來(lái)越高。版本管理確保生產(chǎn)制造使用正確的文件、保證所有過(guò)程的可追溯性、促進(jìn)ISO9000系統維護不同介質(zhì)數據的一致性。版本管理生命周期的每一個(gè)階段，均形成一個(gè)過(guò)程版本，可歸納為工作版本與發(fā)布版本。工作版本是指設計階段還未被審批通過(guò)的設計對象的版本，其一般形式為1.1，1.2，??工作版本一般不直接顯示到真正的藍圖上，其最大的作用在于設計師在設計過(guò)程中，經(jīng)過(guò)幾次方案修改后，最終確定采用上一次的方案時(shí)，就可以找到上次的圖紙繼續設計。發(fā)布版本是指審批通過(guò)后的文件版本，如果其工作版本為1.2時(shí)被提交審批并通過(guò)，則其發(fā)布版本為1.0，以后在每一次更改通過(guò)后，將形成新版本2.0，3.0，4.0，??如圖所示。
2.4 全局產(chǎn)品信息模型在構造零部件基本信息資源時(shí)，重點(diǎn)考慮研究并建立全局產(chǎn)品信息的模型，包含所有已定義視圖中的構件及其聯(lián)系。全局產(chǎn)品信息模型是成功實(shí)施PDM系統的一個(gè)重要前提條件，也是構建復雜的虛擬產(chǎn)品模型的基礎。有了虛擬產(chǎn)品模型以后，就可以在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中對種類(lèi)各異的信息及其之間動(dòng)態(tài)變化的聯(lián)系進(jìn)行有效的管理。
2.5 面向對象技術(shù)的應用及信息模型的標準化面向對象技術(shù)的應用，增強了系統的開(kāi)放性：PDM系統信息模型的標準化，為不同系統之間信息交換帶來(lái)方便，如STEP標準�；赟TEP標準開(kāi)發(fā)整個(gè)企業(yè)的通用產(chǎn)品模型仍有相當的難度，而且STEP標準覆蓋的內容與PDM 覆蓋的內容仍有較大的區別，還不能作為建立全局企業(yè)信息模型的標準。
2.6 過(guò)程管理與配置管理功能的強化為了適應產(chǎn)品設計與制造過(guò)程中復雜過(guò)程變化的需要，各廠(chǎng)商競相開(kāi)發(fā)出獨立的工作流程管理模塊，且功能不斷變強，以滿(mǎn)足工程更改、并行化設計所必需的過(guò)程管理的需要。以配置管理為核心，將數據管理、工作流程管理與變更控制集于一體，形成了更為強大的PDM 系統。
3、產(chǎn)品配置管理
所謂配置，按照ISO 1007對配置管理的基本定義，是指“對被描述在技術(shù)文檔中的或者體現在產(chǎn)品實(shí)際使用過(guò)程中的產(chǎn)品功能特性和物理特性所進(jìn)行的表示”。這是從產(chǎn)品特性的角度對產(chǎn)品配置進(jìn)行的定義。配置過(guò)程也可以被看成是一個(gè)選擇一組構件并維護其關(guān)系，以形成一個(gè)設計解決方案來(lái)解決客戶(hù)需求的過(guò)程。產(chǎn)品配置，可以理解為一個(gè)根據預定義的部件集和部件之間的相互約束關(guān)系，按照某種確定的配置規則，使產(chǎn)品及其零部件的屬性逐步滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，通過(guò)二者匹配問(wèn)題的求解，最終組合形成客戶(hù)需求的產(chǎn)品。產(chǎn)品配置規則是在進(jìn)行產(chǎn)品結構配置時(shí)選擇零部件的準則，產(chǎn)品配置規則一般分為3種：變量配置、有效性配置、發(fā)放狀態(tài)配置。產(chǎn)品配置的作用就是根據客戶(hù)定制產(chǎn)品的要求，通過(guò)對產(chǎn)品族通用模型的功能、性能、結構構型以及零部件進(jìn)行選配，以及對局部零件功能和結構、尺寸的相應變化來(lái)快速設計出滿(mǎn)足客戶(hù)需求的定制產(chǎn)品。在產(chǎn)品結構模型和零部件庫建立的基礎上，提出了基于產(chǎn)品結構模型的發(fā)動(dòng)機連桿產(chǎn)品配置模型。
在產(chǎn)品配置系統中建立了一個(gè)配置規則庫，存放了一系列的配置規則，這樣就可以針對客戶(hù)需求選擇不同的配置規則和配置條件，實(shí)現產(chǎn)品配置。
在零部件庫的支持下可以基于通用產(chǎn)品結構模型，根據不同的配置條件和客戶(hù)的需求選用零部件，配置出滿(mǎn)足具體需求的產(chǎn)品結構。
有2種實(shí)現配置的方法：(1)對發(fā)動(dòng)機連桿產(chǎn)品進(jìn)行功能分解，將其分解成可以實(shí)現某個(gè)具體功能的系統或機構，然后基于用戶(hù)需求，選擇不同的配置規則;(2)可以在配置規則庫中存放的一系列配置規則中進(jìn)行查找，搜索零部件庫，選取需要的零部件。如果成功，則存儲該零部件并生成新的BOM，否則就需要重新設計零部件。具體的配置過(guò)程如圖3所示。
實(shí)現連桿產(chǎn)品配置的關(guān)鍵是零部件庫和配置規則庫的建立，它需要把客戶(hù)的需求轉變?yōu)榕渲靡巹t，配置規則需要在具體配置過(guò)程中不斷完善。這種產(chǎn)品配置方法也適用于其他機械產(chǎn)品的數據管理和配置管理。
4、結束語(yǔ)
本文結合目前發(fā)動(dòng)機連桿產(chǎn)品的發(fā)展需要，論述了產(chǎn)品結構和配置管理的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，認為應該以產(chǎn)品、零部件等資源為基礎，充分考慮各部門(mén)的信息需求，有效管理產(chǎn)品資料及其相互關(guān)系，為不同形式的BOM 提供一致的信息。對產(chǎn)品配置實(shí)施版本管理與有效性原則，保證產(chǎn)品配置版本的正確以及配置信息的準確性。在此基礎上，重新構建以產(chǎn)品結構與配置為核心的產(chǎn)品數據管理體系結構，并研究產(chǎn)品結構之間的約束和配置規則等相關(guān)算法，建立與產(chǎn)品結構相聯(lián)系的規則庫或決策表，實(shí)現個(gè)性的產(chǎn)品變型配置，滿(mǎn)足并快速響應顧客的特殊需求：通過(guò)上述技術(shù) 路，建立 動(dòng)機連桿產(chǎn)品配置管理系統，對有效解決前文提到的問(wèn)題，實(shí)現企業(yè)間的合作，加速產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)進(jìn)程，提高企業(yè)的市場(chǎng)競爭能力，起到了良好的作用。
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