车身研发产品数据管理（PDM）研究

车身研发产品数据管理（PDM）研究

1车身产品开发中的产品数据分析
    车身产品开发一般由项目策划、概念设计、可行性分析、详细设计、样车试制与验证以及制造等阶段所构成。在每个阶段的开发过程中会产生大量的产品信息数据，这些数据以各种各样的形式与方式存在于其产生与应用阶段。此外，由于产品开发过程中的信息流始终处于不间断的过程中，因此产品数据的存在也始终处于静态与动态的交互状态。本节通过分析汽车车身研发阶段产品数据的存在形式，总结归纳出车身产品数据的共有特点以及相关要求，为合理的产品数据管理打下良好的基础。
 
1.1车身产品数据内容与特点
    车身产品数据按其开发阶段以及存在方式，主要包括概念设计数据、工程设计数据、采购信息数据、加工信息数据、图文档管理数据等。具体见表3.1。
表3.1车身开发各阶段数据类型

    从上面的分析可以看出，车身产品研发阶段的产品数据与其他产品工程数据具有一定的共同特征，然而它又有其独特的一面，主要表现在以下几个方面:
(1)数据储存的信息量极大
    车身研发设计其实是一个自顶向下、逐步细化的过程。在概念设计阶段车身表面造型设计时，不仅包括众多的点、线、面基本数据，还包括图纸数据、数字模型数据等;由于车身零部件种类繁多，在对车身零部件工程设计时要用到大量的材料、编码、工时定额、特征信J自、属性等;对车身零部件进行工程分析时还需大量的力学性能、结构方面的信息。在各个研发阶段数据传递时一还需成果分析报告、可行性分析数据等信息。
 
(2)数据结构复杂度高
    车身结构可以形象的看成是一个树形的层状结构关系，按照结构组织形式可以分为产品、部件、零件。一个零件一般可为不同种产品或部件所使用，同样一个产品或部件也可由多个零部件所组成。零部件间形成的是多对多的关系。此外由于设计时还要考虑到零部件在不同时期的不同版本，因此造成车身零部件愈加复杂。在设计过程中由于采用分层设计方法，大的组成部分由许多结构构成，每个小结构又是由多个曲面所组成，相应的每个曲面又包含了很多边界曲线条件以及相应的节点。所有的这些又构成了设计上数据结构的复杂。
 
    (3)多样的数据类型
    从数据库的数据类型存储角度看，车身设计数据主要由以下几类组成:
如三坐标测量数据，各类数据参数的整型或浮点型数据;某些字符参数等字符数据;项目策划书、设计任务书，属性参数，模型、图形信息等字符串、变长数据;设计对象的图形及效果图、图形与图像数据等二进制大对象数据等。
 
    (4)高要求的产品版本控制
    由于车身设计是一个循序渐进、不断改进与优化的过程，新部件的设计常常是在对原有部件进行不断的改进优化所得到的结果。除此之外，在产品设计定型之前，针一对同一种产品或零部件可能有多种不同的优化设计方案，这就要求对产品(零部件)不同时期不同版本的管理与控制具有高效率、易管理的特点。
 
1.2车身产品数据的要求
    针对车身产品数据自身的特点，为了完成产品数据管理的各项重要职责，应对车身产品数据提出如下几点要求:
    (1)数据准确度要高
    由于车身产品数据结构复杂、信息携带量大，这就要求产品数据的准确性要很高。精确的产品数据不仅会给数据的高效传递、信息化的集成操作带来便捷(错误的数据将被PDM, ERP等管理信息系统放大，严重影响企业生产进程)，而且其重要意义还在于为企业知识的积累打下坚实的数据基础。
    (2)安全性的保障
    车身产品数据的存在形式多种多样。以传统图纸以及纸质文档形式存在的数据往往能够得到企业数据安全方面重视，而企业内大量存在的存储在计算机内的信J自、数据安全性，某种程度上却容易被忽略。因此，一方面，从管理思想上，信启、数据安全性必须得到整个部门员工的足够重视。另一方面，作为产品信息数据的软件载体必须从技术角度给予保障，分配不同开发人员不同的权限。产品数据是企业研发过程和成果的记录，是汽车企业最重要的资产，必须得到严格保护。
 
    (3)统一的标准和规范
    车身研发过程中不同的开发阶段一般采用不同的开发手段，产生的产品数据形式一般也不尽相同。这给其他需要此类数据进行进一步开发的人员识别与使用会带来不必要的麻烦。因此，在开发前各部门需要协商尽可能采取统一的规范和标准进行开发，开发后的产品数据还需使用合理的数据管理系统进行统一的管理与发布。
 
3.2车身产品数据管理
    车身产品数据存在于产品开发过程的各个阶段，由于车身产品数据具有数据存储信息量大、数据结构复杂、数据类型多样等特点;开发不同阶段中所使用计算机辅助软件系统功能、作用不同，对于各自产生的信息数据共享度低，形成所谓“信息孤岛”;产品数据的安全性无法在各自设计人员的异构环境中得到有效的保障等因素，严重降低了车身开发的效率，影响了车身开发的整体进程。
 
    正是基于产品数据中的各种现实问题，产品数据管理应运而生，它将相关独立的信息处理系统集成到一个总体框架中，有效管理开发过程中产生的庞大的数据流，使得企业的数据和过程管理透明化、信息化、安全化。
 
    综上所述，为了提高汽车制造企业车身开发能力，在车身开发中采用适合的产品数据管理技术，研究和实施车身开发的集成系统以及适当运用并行车身开发模式，将有效管理车身产品数据，提高车身开发效率，缩短车身开发周期。
 
2.1产品数据管理概述
    (1)产品数据管理的内涵
    PDM的内涵主要包括两个方面:一是指管理与产品相关的各种基础数据以及这些数据处理流程的集成的软件系统，即狭义上的PDM系统软件。另一方面指管理产品数据的方式方法、程序和规范，以达到实现对产品研发过程中产生的各种数据在自身整个生命周期内的管理。
 
    因此，产品数据管理的核心价值就在于能够使所有与开发项目相关人员在产品数据的全生命周期中共享与产品相关的各种异构数据。
 
    (2)PDM系统的体系结构
    尽管PDM的深层含义是一种管理方式与理念，但其表象或者说其数据的管理主要还是体现在PDM软件系统的企业实施。本节主要阐述PDM系统的体系结构。如图J.1所示，当前主流大型PDM体系结构主要分为底层平台层、核心服务层、中间组建层、工具层以及管理理念层。
 
    底层平台层:指异构的计算机硬件环境以及操作系统、网络协议、数据库等集成软环境。
核心服务层:主要功能是向上为PDM应用组件提供服务，向下连接并操纵数据库。此外还要为应用软件提供接口(API)。
 
    中间组件层:由调用基础服务的一组程序组成，并能实现一定应用功能的模块。
    工具层:包括CADICAM等工程设计软件、基本办公软件以及其他应用软件。
理念层:PDM软件只有在先进的企业管理理念下才可发挥其强大的管理作用，因此PDM与并行工程、虚拟制造、质量管理等管理理念密不可分。
 
    (3)PDM发展趋势
    ①PDM向PLM的转变
    随着先进制造管理理念和网络技术的迅猛发展和应用，现代企业尤其是全球性企业急需运用先进的信息管理技术对产品生命周期的数据信息、资源以及相关过程进行管理。以达到产品生命周期内企业内部与企业之间各应用领域的集成协作，提高市场应变与竞争力。正因如此产品生命周期管理(Product Lifecycle Management  PLM)应运而生。
 
    PLM是为了满足企业对产品生命周期管理的需求而产生的一种新的管理模式。他是在PDM基础上发展起来的，是PDM功能的延伸。企业运用PDM对产品数据在信息流的某些阶段进行有效的管理，从发展方向来看，必然朝着产品数据在其全生命周期内进行管理。因此，PLM是PDM在自身信息集成以及管理理念发展的未来方向。
 
图3.2所示的是PDM与PLM的阶段划分比较。

    ②PDM与ERP有效集成
    从理论上说，PDM集成并管理所有与产品有关的信息和与产品相关的过程。ERP则管理所有与制造相关的资源和过程(包括产、供、销、人、财、物)，在目标上体现对成本、质量的控制和对客户服务的管理，主要针对生产制造阶段和后续维护管理。PDM与ERP互为信息基础，PDM为ERP提供了产品设计和工艺信息，而ERP则为PDM提供了制造资源、成本信息。由于产品的形成周期涉及PDM和ERP两个领域，所以对PDM和ERP进行系统集成研究，对于有效缩短产品形成周期、加速产品从设计领域到制造领域的转化有着十分重要的现实意义。
 
    最近几年，国内外大型信息管理软件厂商，不论是ERP还是PDM，已经开始主动收购兼并对方或者战略合作。例如国内厂商用友ERP公司己经采用兼并PDM软件公司的模式开发出了基于ALL In One战略意义的一体化软件，从实践角度上给出了PDM与ERP集成一体化的可行性，同时也引领着产品数据管理领域未来发展的趋势。
 
2.2车身研发阶段PDM应用与作用
    正如3.2小结分析结果所示，伴随着越来越多先进的数字化专业软件在汽车车身开发阶段的应用以及汽车开发模式不断革新，车身开发各个阶段产生的产品数据必将呈现数据结构更加复杂、数据存在形式愈发多样、以及各关联产品间调用彼此数据更加频繁等特点。由于产品数据存在这些特点，对于车身研发阶段产品数据管理的应用就显得尤为必要。
 
    目前，国内外许多汽车公司在企业内部都一定程度上部署了PDM软件，有的甚至已经开始实施PLM系统。PDM的实施从基本管理概念上来说是对产品信息数据的有效管理和高效利用。对国内一些汽车企业而言，PDM实施还有一个更为重要的功用，就是规范化企业原有的开发流程。此种作用一般是通过长时间的使用PDM系统内部流程模块具体功能并真正的使其思想融汇在研发过程中来实现。
 
    随着信息数据管理思想逐渐被汽车公司所重视，汽车产品数据管理的应用程度以及和本企业内研发过程的兼容程度往往成为衡量企业新产品研发能力的一个关键的因素。其中车身产品研发作为整车产品开发中尤为重要的组成部分，其产品数据管理的应用有其深刻的现实意义:
    (1)产品数据管理对车身产品研发过程协调一致起到了纽带作用。
    汽车车身产品研发作为一个复杂的系统工程，从项目制定、产品数字化设计到产品的定型、测试，往往涉及上百位的专业设计师、工程师以及众多学科知识的融合。其中关联到的零部件成千上万，产品的配置也多达百种。产品数据管理系统的成功运用可以使产品开发流程规范化、高效化。
    (2)可以为车身新产品的研发提供完备的数据以及己有的技术支持。
    任何一个新产品的开发都不是凭空臆造出来的，车身新产品的研发也不例外。当前车身新产品研发一般由两种不同层面的研发方式构成:一种是车型的全新设计，主要包括车身造型、车身材料等重新的设计和采用;另一种则是在原有车型基础上的局部更新开发。无论是整体全新设计一还是局部产品的改进都必须建立在原有设计经验以及技术的基础之上进行。产品数据管理的使用为知识的积累，技术的继承起到了重要的工具以及理念上的保障。
 
    (3)产品数据管理是并行开发必备的要求。
并行开发的实施过程其实就是有效地协调产品开发过程中的人、数据、活动以及专业设计工具。而产品数据管理系统的使用从技术和数据管理角度为车身产品并行开发提供了必要的框架支撑，也为部门甚至企业间的合作开发提供了共同的数据集成平台。
 
2. 3车身研发阶段现有数据管理分析
    (1)信息孤岛化
    从车身开发模式角度来看，传统的串行产品开发过程中由于每个研发阶段在对自身本阶段产品开发过程中的利益考虑较多，与其他开发阶段信息交流很少，常常造成部门间信息之间的隔阂，形成孤立的“信息岛”，给产品开发数据管理带来极大的不变。
 
    从车身设计过程角度来看，设计研发过程中，产品数据种类繁多，各种文件、图纸、物料清单、报表交错存在，各环节产生的数据结构标准不一，彼此之间又无相应的标准接口。开发设计过程中使用的现代计算机辅助工具尽管对于各自开发阶段带来了极大的便利，但由于这些软件工具一般都是一些孤立离散的系统，相互之间无法完全兼容，因而其所产生的数据得不到统一有效的管理。尤其是当产品数据储存在异构计算机集成环境中，信息数据共享会更加的困难，信息孤岛化愈发严重。
 
    从信息数据的管理方面来看，一些中小型企业仍然仅仅使用数据库管理软件进行全部的数据管理，由于现阶段数据库大多采用关系型模型储存数据，对于图形、图像等非结构数据无法进行有效的管理，更无法实现过程、配置管理以及对集成专业的应用工具，从而不能满足在异构计算机环境中信息的有效共享。还有一些企业尽管采用了大型产品数据管理软件，但在真正的实施过程中由于与本企业内部管理方式冲突，仅仅把它当作为数据存储的简单工具，并未充分发挥其信息整合与管理的强大作用。
 
    (2)数据完整性、安全性差
    在车身设计研发过程中很多设计环节依靠的是产品设计师、工程设计师的多年的经验。例如，在对车身造型阶段油泥模型进行设计时由于缺少精确的准则，主要依靠设计者的经验来预估油泥的成形以及覆盖量，是否能够达到产品设计所需要求。很大程度上依赖于手工的反复修改与调试，有时还会推翻原有准则来重新规划设计。在车身覆盖件模具的设计时一定程度上也需要设计师的经验来判断其成型行能。由此可以看出，车身开发过程中数据完整性对于车身开发知识的储备十分重要。
 
    此外，企业数据管理系统的数据库中存在着大量的基础数据。这些数据来自各个部门，记录了车身零件编号、车身颜色等基础信息。但由于对于数据的规范性和重要性不够重视，并没有派专门的人员进行管理，也没有定期整理规范，往往是一次性录入后便不再过问。长此以往，必然会对整个数据库中数据的完整性带来伤害。也正因如此，由于基础数据源的不规范、不完整，开放了过多乎动干预权限，反而造成数据完整度更加恶化的循环，长此积累下去，危害无穷。
 
    目前，信息化手段己普遍运用到汽车企业中，现代车身设计方法使得车身产品重要数据大多以计算机文件的形式存放。由于安全手段不足等原因，经常发生数据信息被非法修改以及操作不当造成的丢失，从而导致设计活动的重复，大大降低了车身开发效率。另外，由于传统的开发模式中数据管理手段的不足，设计数据和技术文档大多集中在相关阶段设计者的开发环境中，没有保密措施，无法真正控制图文档的非法调用、删改和复制。
 
3微车自主研发数据管理分析
    本章前两节分别对车身研发阶段产品数据和产品数据管理的特点和不足分别进行了较为深入的阐述与分析。得出了汽车研发过程中车身数据在整个生命周期内管理的必要。
 
    与普遍的汽车研发车身数据管理特点相比，国内在自主研发的微型汽车数据管理上既有相似处，又具有自身独有的特点，主要表现在:
    (1)知识积累不足
国内自主研发的微型汽车尽管具备完整的自主知识产权，但对于具体产品研发更多的是在效仿、改进国外已成熟的技术、从事渐进性创新活动较多。因而己有新产品研发数据知识累积严重不足。
 
    (2)管理方式简单
    无论是国内民营汽车制造企业还是科研院校在进行新车型自主研发中，在项目责任分配，具体的流程管理安排相对于大型合资企业都显得凌乱与管理方式简单化。
 
    (3)开发资金有限
    与国外大型汽车企业相比，国内在自主研发微型汽车数据管理方面投入资金有限。因此，合理利用开发资金显得尤为重要。
 
    由于国内微车自主研发数据管理具有的独特特点，在使用现有大型PDM系统对国内自主研发微车车身数据进行管理时，往往执行效果并未达到预期。究其原因，主要包括如下两个个方面:
    (1)国内外功能成熟的大型PDM软件在自主研发微车项目实施过程中常常费时费力，但效果并不显著。究其原因，一是具体企业或科研院校现有的管理流程与现有PDM管理功能与流程存在差异;二是大型PDM软件价格较为昂贵，并且并非一次购置就可长期使用。当想要根据本企业相应项目进行功能二次开发时，其产生的维护费用往往超过了开发的预算，造成PDM并未有机的融合到开发项目中。
 
    (2)由于这些商业化的PDM软件功能趋同度高，而国内微车的自主研发灵活性又较高。想要的数据管理功能不是与本企业实际管理需求有差距，就是在系统的操作方式上需具备专业的知识，操作方式复杂，造成用户使用意愿度不高。
 
    通过上述分析可以看出，设计开发一种针对国内微车自主研发车身数据管理的信息系统，无论是为了更好地本土化实际应用还是提出一种新的自主研发微车数据管理思想都是十分必要的。
 
    本文以大连理工大学汽车学院自主研发微型电动汽车为背景，结合现有PDM系统先进的功能与构造方式，设计开发了面向微车自主研发的车身产品数据管理原型系统。论文以下篇章将从系统的需求、总体结构与数据库设计以及详细功能开发与实现方面分别给予详细的介绍。

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