PLM系统在汽车零部件产品开发过程中的应用

当前，汽车制造业面临着全球化的市场竞争、跨区域的产品合作伙伴、日益增加的开发成本和多样化客户需求的多重压力。在这种环境下，产品生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）作为一种先进的产品开发模式和管理理念，已逐渐成为汽车产品协同开发的新模式。PLM以协同过程管理技术为中心，把人、过程和信息有效结合，遍历产品概念设计到报废的整个生命周期，支持与产品相关的协作研发、管理、分发和使用。PLM提供产品数据管理、配置管理和分布式产品设计管理等方面的功能，将先进的管理思想和一流的信息技术有机地融入到汽车产品的生产和商业运作中，帮助公司及其产业价值链上的各公司快速掌握生产现状，确保数据、知识、资源等信息在产品整个生命周期中的完整性、有效性、相关性、准确性、一致性以及安全性。

本文以某汽车零部件公司为例，在分析该公司产品研发现状与需求的基础上，立足于公司当前产品开发需求及长远发展目标，提出了面向汽车零部件行业的PLM总体解决方案，构建了具体的PLM系统功能框架，以期为同类企业提供借鉴。

1、产品开发管理现状分析

某汽车零部件公司随着信息化建设的逐步推进，各种与产品设计、办公自动化、财务管理等相关的软件系统已部署并使用。但是公司目前的产品开发流程仍采用传统的金字塔式的行政管理模式以及按专业分工的串行产品开发模式，具体流程如图1所示。该公司虽然采用了面向订单的产品开发模式，某些部门内部也实现了一定程度的并行开发，但仍没有实现真正意义上的跨越公司部门间以及公司与供应商之间的协同产品开发。

总体来讲，该公司现有产品开发与管理模式主要存在以下问题：

（1）缺乏有效的工具规范管理客户的订单，客户的需求主要依靠相关人员的交谈、电话、邮件等方式沟通，但不能确保交流信息的留存，信息资料得不到及时有效的留存与管理，珍贵的原始资料有可能就此遗失。

（2）缺少现代设计学的支持。产品的开发设计还未完全做到面向模型的设计，没有实现CAD系统与CAE系统和现代设计方法学充分有效的结合。

（3）有待于形成严格的产品研发体系。人工定制的产品研发任务难以保障任务分配的科学性、合理性以及工时额度的合理性。技术部门对产品研发过程中各级任务的管理方式不够先进，很难全面追踪各级任务的进展情况及效用。

（4）有的知识积累不能充分利用，造成相似的零部件不断被设计，使得产品设计重用率较低，导致研发人员付出不必要的重复劳动。

（5）技术文件管理不完善，检索困难。手工的技术文件管理方式一方面导致技术文件无法跨越公司部门级孤岛实现信息资源的共享，另一方面无法追踪产品数据的动态变化，难以确定数据的变化过程，从而使数据所表示的产品状态难以准确显示。

（6）缺乏有效的产品研发流程管理，设计过程缺少与产品数据有机结合的技术手段。

（7）缺乏有效的报表统计工具。目前大多使用Excel表格进行务种数据的统计，缺乏有效的统计与检索手段，给相关人员査阅数据带来不便，致使信息的流通受阻。同时，由于工艺信息的统计分析困难，如刀具、夹具、材料定额等，导致大量工作还需要手工汇总。

（8）物料编码有待进一步梳理，同一个物料可能有两种甚至两种以上不同的编码，导致出现采购清单与定额清单不一致的现象发生，致使在采购原材料过程中出现差异，造成不必要的损失和浪费。

2、PLM总体解决方案

上述问题遍布于产品生命周期各阶段，因此公司只冇构建面向产品全生命周期的信息管理平台，才能从根本上解决产品相关的技术资料規范化、标准化、信息化等问题，从而实现与现有设计工具、管理系统等各部分的集成，并在整个公司的运作过程中实现数据共享，缩短开发周期，降低开发成本，从而实现公司的发展战略，提高公司在管理、研发、质量等方面的水平。在该公司产品研发的需求引导下，立足于其当前发展需求和长远目标，本文给出了相应的汽车零部件制造业PLM总体解决方案。该方案以协同开发流程驱动产品数据流为中心，实现对客户需求、产品全生命周期数据信息、开发过程、以需求为导向的工程变更、安全控制等全方位管理功能。其中，数据协同、过程协同以及有效的数据权限控制是决定PLM系统在公司能否成功实施的关键。

（1）产品全生命周期数据模型

在协同产品开发过程中，产品数据格式繁多，且随着产品开发的不断深入，许多数据将发生裂变和聚合，因此必须建立面向产品全生命周期的数据模型。但是，试图用单一的数据模型覆盖与产品有关的所有数据信息是不现实的。考虑到产品生命周期的动态演化以及公司信息化建设的阶段性，笔者在文献中从产品数据的多变性、一致性、完整性、安全性和共享性的角度，提岀了基于域的产品数据模型，如图2所示。该模型利用了域管理数据的特性，针对公司管理数据粒度的大小，沿着产品开发过程阶段建立多个数据域，如概念设计域、详细设计域、工艺域、制造域及销售服务域，每个域中封装着相应的产品阶段数据模型。

对这些数据模型来说，域是它们的安全边界，没有权限的用户无法访问它们，保证了数据的安全性与动态性。同时，通过域间的智能接口，在协同过程支持下，各域内的数据模型可以建立映射关系，保证了产品数据的一致性、完整性和共享性。

（2）协同过程管理模型

协同产品开发过程流是实现产品全生命周期数据共享的基础，它是由多层多阶段的各种开发活动组成的一个有机集合。在产品协同开发过程中，跨地域分布的客户、材料供应商以及协同开发伙伴需参与到各个活动中，这就需要一个动态可扩展的管理模型对各层次各阶段的活动所涉及到的数据信息、资源信息以及人员调度等进行有效计划、分配和控制。另外，协同产品开发活动随着客户需求和产品数据信息的变化而产生动态变更，因此，该模型必须对各种活动冲突、变更进行有效调解和约束，使过程有序收敛，以得到目标解。

当前，项目管理和工作流管理被广泛认为是协同开发过程的使能技术，二者分别从宏观和微观两方面实现对协同产品开发过程的管理和控制。在基于活动及活动约束理论的支持下，采用分布式工作流程管理技术，本文提出了如图3所示的产品协同开发过程管理模型。该模型以智能化流程引擎为核心，柔性集成了项目任务管理和工作流程管理，并在底层规则的约束下，通过引用流程模型和任务模型，驱动各种项目任务活动和业务流程的执行。产品开发是一种面向客户需求、不断反复迭代的创新设计过程，该模型面向产品功能结构建立了项目结构树，通过智能化流程引擎对各种迭代活动进行建模，并制定任务执行时序和逻辑关系以及任务监控等机制。

该模型的项目任务管理能够解决产品任务分配不合理、项目运行监控不到位等方面的难题任务模型和工作流模型分别对应着项目任务集合和活动执行流程的集合。其中工作流模型工作在最底层，它通过关联任务模型引用数据流引擎，获得项目任务活动的映射模型，从而实现对各活动节点的执行和控制。

（3）数据安全管理模型

数据安全管理模型是当今技术研究的热点，例如，邓集波等分别提出了基于作用、基于任务和基于角色的访问控制模型。这些模型对分布式的计算机管理系统的数据安全起到了重要保护作用，但是它们仅是从单一的角度来解决数据安全管理需求，而没有全面考虑公司及其产业链的各方面需求，所以并不完全适合PLM管理平台。

PLM平台涉及到产品的整个生命周期，将有大量角色参与其中，包括公司及其供应链上的设计人员、生产人员、销售人员、维护人员、管理人员、客户等，且分布在各地，各种角色在任何时间、任何地点都需要正确处理有关产品信息，因此PLM平台必须具有安全可靠的权限管理机制。

考虑到权限管理的严格性和灵活性的要求，本文提出了如图4所示的数据安全管理模型。该模型采用功能性权限管理和实体性权限管理两种方案，具体体现在用户组织认证层、系统认证层、视图对象认证层和数据对象认证层。其中用户组织层是保证PLM平台内数据安全的第一道防线，非法组织、角色、用户将无法登录到PLM平台。

功能性权限管理通过角色认证和用户口令，使得每一种角色在协同开发过程中只能操作被授权限的任务，避免了任务执行混乱，、协同无序的局面发生。而通过对实体对象层和数据对象层的权限控制则控制使用者能够访问的数据对象和执行的操作权限。

3、PLM的功能结构

在公司当前功能需求的引导下，为解决该公司在产品开发过程中的各种问题，提出了如图5所示的PLM系统功能结构。该功能结构以数据库系统和文件数据仓为数据存储平台，采用基于用户管理、权限管理、邮件管理、属性集管理、参数管理等管理机制，以及运行于对象版本管理、版本有效性管理、对象生命周期管理等方面的管理机制之上的工程更改发放管理方式，最终向用户提供个人桌面管理、三维文档管理（同时支持非三维模型文件）、产品零部件管理、工艺数据管理、CAD集成以及管理系统集成接口等具体应用功能。

4、结论

本文所选研究对象在汽车零部件制造公司中具有代表性意义。在对该公司信息化实施现状与产品研发管理现状分析研究基础上，构建了一种产品全生命周期管理平台，该平台使公司的新产品研发周期缩短，信息资源在产品从概念到设计再到生产的过程中得到共享，工作流管理思想在系统中的应用使公司的业务流程更趋合理，经营管理水平得到提升，文档的流程管理和版本管理丰富了技术资料的积累，将传统的以零部件为核心的文档管理系统提升为以零部件产生过程为核心的面向产品全生命周期的管理系统，并建立了三维环境下基础数字化产品设计的集成管理平台。因此，基于产品全生命周期的管理平台在与本文研究对象的同类型公司中值得推广应用。

【作者：李玉梅，丁涛，徐刚】