白艷

（風(fēng)神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

基于模塊化設(shè)計(jì)的PLM平臺(tái)建設(shè)

PLM platform construction based on the modular design

白艷

（風(fēng)神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

根據(jù)PLM平臺(tái)及模塊化設(shè)計(jì)的定義，兩者在產(chǎn)品研發(fā)管理思路上有較高的吻合度，可以說PLM平臺(tái)是推行模塊化設(shè)計(jì)的信息化工具。本文通過對(duì)PLM平臺(tái)和模塊化設(shè)計(jì)思想的比較分析，以及制造型企業(yè)在實(shí)施PLM平臺(tái)和推行模塊化設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，認(rèn)為制造型企業(yè)應(yīng)將兩者有機(jī)的結(jié)合起來，并在兩者的實(shí)施和深化應(yīng)用中，以模塊化設(shè)計(jì)作為PLM平臺(tái)的實(shí)施目標(biāo)，以PLM平臺(tái)深化應(yīng)用推動(dòng)模塊化設(shè)計(jì)的深入，幫助制造型企業(yè)提升核心競爭力。

PLM平臺(tái)；模塊化設(shè)計(jì)

隨著制造型企業(yè)競爭核心的不斷演變，傳統(tǒng)的核心競爭已從生產(chǎn)規(guī)模到生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量、快速響應(yīng)市場能力、研發(fā)創(chuàng)新能力，大量的制造型企業(yè)引入了模塊化設(shè)計(jì)理念來提高研發(fā)效率，降低生產(chǎn)成本，以達(dá)到在日趨激烈的市場中獲得競爭優(yōu)勢。面向研發(fā)信息化建設(shè)的PLM平臺(tái)定位于企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)層應(yīng)用，其系統(tǒng)功能體系與注重縮短產(chǎn)品研發(fā)與制造周期，增加產(chǎn)品系列、快速應(yīng)對(duì)市場變化的模塊化設(shè)計(jì)理念具有很大的吻合性。因此，可以說PLM平臺(tái)是企業(yè)推行模塊化設(shè)計(jì)的信息化利器。

本文通過對(duì)PLM平臺(tái)與模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)系及PLM平臺(tái)對(duì)模塊化設(shè)計(jì)支持的論述，幫助制造型企業(yè)提升對(duì)PLM平臺(tái)的認(rèn)識(shí)，使PLM平臺(tái)能和模塊化設(shè)計(jì)結(jié)合起來，提升企業(yè)的核心競爭力。

1 PLM平臺(tái)與模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)系

模塊化設(shè)計(jì)的概念是將產(chǎn)品中的某些要素組合在一起，構(gòu)成一個(gè)具有特定功能的子系統(tǒng)，并將這個(gè)子系統(tǒng)作為通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進(jìn)行多種組合，構(gòu)成新的系統(tǒng)，產(chǎn)生多種不同功能或相同功能但不同性能的系列產(chǎn)品。而PLM平臺(tái)主要包含兩個(gè)部分，CAX工具軟件（產(chǎn)品創(chuàng)新的工具類軟件）和PDM系統(tǒng)軟件（產(chǎn)品創(chuàng)新的管理類軟件），參見圖1。

通過PLM平臺(tái)和模塊化設(shè)計(jì)的定義，不難看出兩者之間的緊密關(guān)系：

圖1 基于研發(fā)信息化建設(shè)的PLM平臺(tái)

（1）在系統(tǒng)目標(biāo)方面，模塊化設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)縮短產(chǎn)品研發(fā)與制造周期，增加產(chǎn)品系列，快速應(yīng)對(duì)市場變化。而PLM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了基于產(chǎn)品研發(fā)的超級(jí)BOM的信息化管理，通過對(duì)產(chǎn)品族的型譜快速變型，減少研發(fā)周期從而提升研發(fā)效率，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低設(shè)計(jì)成本，提高了企業(yè)對(duì)市場變化的快速響應(yīng)競爭力。

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

（3）在參與人員方面，模塊化設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)的是模塊的通用化、系列化。而PLM平臺(tái)的應(yīng)用不僅需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師參與模塊設(shè)計(jì)，同樣也需要總體架構(gòu)師主導(dǎo)產(chǎn)品架構(gòu)并對(duì)模塊之間的約束進(jìn)行定義。

（4）在數(shù)據(jù)要求方面，模塊化設(shè)計(jì)要為實(shí)現(xiàn)模塊之間的接口提供基于國標(biāo)和企標(biāo)的大量標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，特別是對(duì)大量設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理。而PLM平臺(tái)具有實(shí)時(shí)對(duì)通用件庫和標(biāo)準(zhǔn)件庫的數(shù)據(jù)收集和集中管理功能，并能提供基于標(biāo)準(zhǔn)化的分類管理。

可以說，模塊化設(shè)計(jì)為PLM平臺(tái)提供了一套先進(jìn)的研發(fā)設(shè)計(jì)理論框架，反過來PLM平臺(tái)則是制造型企業(yè)推行模塊化設(shè)計(jì)的強(qiáng)有力工具。而企業(yè)可以將PLM平臺(tái)的深化應(yīng)用作為推廣模塊化設(shè)計(jì)的一個(gè)信息化建設(shè)項(xiàng)目，通過兩者的相輔相成，既確保了PLM平臺(tái)的深化應(yīng)用又推動(dòng)了企業(yè)不斷向模塊化設(shè)計(jì)邁進(jìn)的步伐。

2 PLM平臺(tái)對(duì)模塊化設(shè)計(jì)的支持

產(chǎn)品模塊化的關(guān)鍵技術(shù)為系列化和組合化，而模塊是模塊化設(shè)計(jì)和制造的功能單元，具有三個(gè)主要特征：第一，模塊具有相對(duì)的獨(dú)立性，可通過對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)、制造、修改和存儲(chǔ)，便于由不同的專業(yè)化企業(yè)對(duì)獨(dú)立模塊分別進(jìn)行生產(chǎn)；第二，模塊具有互換性，模塊通過標(biāo)準(zhǔn)化完成各接口部位的結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)，并可實(shí)現(xiàn)模塊間的互換，使模塊能滿足不同產(chǎn)品的需求；第三，模塊的通用性有利于實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品之間的模塊通用，實(shí)現(xiàn)跨系列產(chǎn)品間的模塊通用。

2.1 PLM平臺(tái)對(duì)產(chǎn)品公共模塊管理的支持

企業(yè)按照標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)化的設(shè)計(jì)理念對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化及歸納，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)。PLM系統(tǒng)可以對(duì)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件、通用件等進(jìn)行引用查詢和統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，設(shè)計(jì)人員可以考慮將引用次數(shù)較多的零部件歸納為模塊。

產(chǎn)品線劃分依據(jù)市場需求，通過對(duì)企業(yè)的產(chǎn)品線的規(guī)劃和定義，為未來與產(chǎn)品相關(guān)的其它信息管理（非文檔數(shù)據(jù)）做技術(shù)平臺(tái)準(zhǔn)備。在進(jìn)行了產(chǎn)品平臺(tái)定義時(shí)，同時(shí)也需要進(jìn)行公共組件/組件定義規(guī)劃和定義，形成部件的模塊化管理，提高企業(yè)產(chǎn)品的通用化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化管理的水平，同時(shí)也為后期產(chǎn)品配置模塊的實(shí)施打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖2 PLM平臺(tái)對(duì)產(chǎn)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(tǒng)中管理，使用零部件屬性管理主要特征參數(shù)（物料編碼、名稱、型式、尺寸等）；通過對(duì)公共模塊分類管理，支持研發(fā)設(shè)計(jì)人員快速查詢、共享模塊庫資源，減少重復(fù)設(shè)計(jì)；通過對(duì)公共模塊權(quán)限管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)公共模塊工程更改的管控，并結(jié)合PLM系統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)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(guān)系追溯，參見圖2。

2.2 PLM平臺(tái)對(duì)產(chǎn)品系列化管理的支持

由于市場需求和終端用戶個(gè)性化需求的多樣性，要求企業(yè)產(chǎn)品種類擴(kuò)充，所以產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)也趨于頻繁，直接會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、制造各個(gè)過程中的數(shù)據(jù)大量增加。

而系列化開發(fā)是將具有相同的功能、工作原理和制造方法的產(chǎn)品集合起來，將產(chǎn)品的主要參數(shù)（型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等屬性）作出合理的定義與分布，以協(xié)調(diào)同類型產(chǎn)品和配套產(chǎn)品之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，來滿足不同客戶的需求。系列產(chǎn)品的開發(fā)步驟首先是確定基本型，然后確定相似類型、參數(shù)和尺寸級(jí)比，最后形成產(chǎn)品的主結(jié)構(gòu)和各種圖文檔。

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

在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的過程中，PLM平臺(tái)提供對(duì)系列產(chǎn)品超級(jí)BOM的快速變型，并通過銷售階段客戶個(gè)性化配置信息的采集，幫助企業(yè)高效完成滿足客戶需求的產(chǎn)品研發(fā)。

2.3 PLM平臺(tái)對(duì)產(chǎn)品組合化管理的支持

產(chǎn)品的組合化管理是通過不同的結(jié)構(gòu)塊合理的組合而實(shí)現(xiàn)不同功能的技術(shù)對(duì)象（整機(jī)、部件或零件）的過程。由于組合產(chǎn)品中的結(jié)構(gòu)塊被劃分成不同的參數(shù)等級(jí)，因此其結(jié)構(gòu)塊也定義為產(chǎn)品系列。產(chǎn)品組合化開發(fā)的步驟首先是明確產(chǎn)品需求、劃分產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，然后確定產(chǎn)品各功能的作用、選擇方案（匹配邏輯），最后形成產(chǎn)品的主結(jié)構(gòu)和各種圖文檔。當(dāng)然，產(chǎn)品組合化管理的前提是企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化管理，需要企業(yè)對(duì)各類產(chǎn)品所需要用到的零部件進(jìn)行分類管理。

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

市場需求的歸納總結(jié)形成標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的市場選項(xiàng)（市場特征）驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)（技術(shù)特征）組合變化，形成不同配置的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

圖3 PLM平臺(tái)在汽車制造中的應(yīng)用

以典型汽車制造企業(yè)為例，PLM平臺(tái)提供了基于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通用零件庫管理和基于國標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)件庫管理，將不同供應(yīng)商提供的同樣規(guī)格的零件進(jìn)行了分類，并采用科學(xué)的編碼規(guī)則進(jìn)行管理。汽車的裝配過程是將不同工廠加工的結(jié)構(gòu)塊或者外協(xié)回來的功能件進(jìn)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(fā)過程中對(duì)于模塊化的子系統(tǒng)間的接口參數(shù)進(jìn)行管理，PLM平臺(tái)可提供基于自頂向下的設(shè)計(jì)方法，在產(chǎn)品架構(gòu)實(shí)現(xiàn)過程中，設(shè)計(jì)出各模塊（結(jié)構(gòu)塊）的接口，通過接口間約束對(duì)各模塊（結(jié)構(gòu)塊）的設(shè)計(jì)進(jìn)行管理（建立三維模塊庫）。

3 結(jié)論

隨著模塊化設(shè)計(jì)理念的不斷導(dǎo)入，制造型企業(yè)對(duì)PLM平臺(tái)的深化應(yīng)用需求會(huì)日益迫切。同時(shí)，制造型企業(yè)在深化應(yīng)用PLM平臺(tái)時(shí)需要以模塊化設(shè)計(jì)為引導(dǎo)，這樣既可以確保PLM平臺(tái)的深化應(yīng)用，又可以通過PLM平臺(tái)的深化應(yīng)用進(jìn)一步推動(dòng)模塊化設(shè)計(jì)思想的深入，幫助制造型企業(yè)在市場競爭激烈的大環(huán)境下提升核心競爭力。

［1］ 顧新建，楊青海，紀(jì)楊建. 機(jī)電產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)方法和案例.機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

［2］ 邱國華. 汽車模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用與發(fā)展.上海汽車，2002，11.

［3］ 李春田.現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化前沿-模塊化研究，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［4］ 劉武貴，孫建雄，黃智敏.支持產(chǎn)品配置的BOM管理技術(shù)的探討，電力機(jī)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(shè)和管理工作。

2015-09-17