基于PDM的发动机连杆产品配置管理研究
摘要：为满足因中国汽车工业的快速发展对发动机连杆生产企业的产品配置管理提出的新要求，以中国某连杆生产龙头企业为研究对象，对其产品的配置管理现状及存在的问题进行了分析，论述了产品结构树管理、BOM 管理、版本管理、全局产品信息模型等关键技术，并设计了产品配置流程图，提出了产品配置管理的具体实现方法。
关键词：产品数据管理;产品配置;发动机连杆产品
发动机连杆是连接活塞销和曲轴的重要部件，它把活塞的往复直线运动转变成曲轴的旋转运动，从而驱动车轮滚滚向前。近年来，随着我国汽车工业的快速发展，发动机产品的升级更新越来越快，对发动机连杆生产企业的产品配置管理也提出了新的要求。产品数据管理(PDM)是一门管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程的技术。随着计算机技术在制造业各工程领域中广泛深入的应用和不断发展，实施PDM 已成为制造企业信息管理的需要，更是企业赢得未来市场竞争的战略需要。
产品配置管理(PCM)是PDM 系统的重要功能。产品配置管理是随着产品的系列化和客户化生产而出现的，它能使企业的各个部门在产品的整个生命周期内共享统一的产品配置，并且对应不同阶段的产品定义，生成相应的产品视图，如设计视图、装配视图和工艺视图等等。本文将以国内某发动机连杆产品生产龙头企业为研究对象，对其产品结构树管理、BOM 管理、版本管理、全局产品信息模型等技术进行分析研究，以提升PDM系统的实用性，为解决发动机连杆企业对产品设计开发进行信息化管理时存在的问题提供支持。
1、发动机连杆配置管理现状及存在的问题
1.1 连杆产品配置管理现状笔者通过对国内某发动机连杆生产龙头企业的调研发现，该企业连杆产品的BOM 主要采用CAD格式进行管理，BOM 的管理难度和工作量较大，而且由于汽车产品的复杂性，产品的型号管理、配置管理、版本管理等比较复杂。通过手工配置的方式进行产品配置管理，配置的准确性、实时性无法得到保障，产品配置的数据也没有得到有效的重用。
1.2 连杆产品配置管理存在的问题根据发动机连杆产品的现状，可以发现目前作为PDM 核心的产品结构与配置管理还存在如下一些主要问题：
a.连杆产品研发的主要任务是设计为微车、轿车发动机配套的连杆组件，并编制连杆组件的生产工艺，且产品的品种很多，这需要企业各类人员花大量时间查阅资料。
b.设计、生产、采购等不同部门有不同形式的BOM表，当设计和制造、采购供应的材料清单不一致时，就会造成返工和浪费。
C.因市场及客户的突发需求、性能改进、设计存在差错、降低成本等原因，经常需要对零部件进行变更，这就会导致产品结构与配置信息不准确，会直接影响采购、制造和装配等部门，造成不该有的损失，因此需要建立产品资料的版本管理和有效性原则来解决上述问题。
d.市场竞争的加剧必将促使企业对顾客需求做出快速响应，产品结构与配置管理在此将起主要作用，如提供产品快速配置功能，使其能根据市场的变化快速配置出新产品，或者为不同的用户定制个性化产品，而实现这一功能需建立与产品结构相联系的规则库或决策表，如何有效而全面地建立和定义产品结构之间的约束条件以及决策信息是产品结构与配置管理需要解决的问题。
2、基于PDM 的发动机连杆产品结构和配置管理关键技术
在考虑实现面向企业的产品结构和配置管理理念时，所需要涉及的技术因素较多，现对下述几个关键技术进行论述。
2.1 产品结构树管理产品配置管理是通过产品结构树对产品对象及其相互之间的联系进行维护和管理，因此产品结构树是产品配置管理的基础。产品零件结构树是由产品装配系统图、产品零部件明细表(包括通用件、标准件、自制件、原材料)等内容组成。产品结构树以树状方式描述，树中的节点表示母件。这种树状结构反映了产品、零部件之间的层次关系。有了结构树，管理者即可分层展开，走不同的分支，直观地找到自己所要的数据，而不用考虑其物理位置。
2.2 B0M 管理物料清单是产品结构的报表格式。对每项“单层结构”的BOM 只需建立一次，就可以在所有借用这个单层结构的产品上得到共享，由用户选择相应的参数来生成最后的BOM 表。对“单层结构”的BOM的录入采用如下数据结构，直接存储在数据库中。
其中表存放零件的基本描述信息，表2存放对应该节点的具体图纸的详细BOM 信息，而且Mcode零件编码和图纸编号必须采用相同的编码规则，即某一零件的编号与图纸的编号必须是相同的，这样零件之间的关系才能体现出来。这样对于文档结构树来说，用户需要树中任意点的BOM信息时，都可以直接在展开的该节点的页面中汇总该节点及其以下所有孩子、子孙节点的BOM信息。
2.3 版本管理在PDM系统中版本的出现和对版本的管理一直是其一项重要的功能，版本管理主要包括文档版本管理、零部件结构明细表的版本管理，以及对产品零部件设计文件的版本管理。在连杆设计中，因为更改零件产生了多个版本，所以企业对版本管理的要求越来越高。版本管理确保生产制造使用正确的文件、保证所有过程的可追溯性、促进ISO9000系统维护不同介质数据的一致性。版本管理生命周期的每一个阶段，均形成一个过程版本，可归纳为工作版本与发布版本。工作版本是指设计阶段还未被审批通过的设计对象的版本，其一般形式为1.1，1.2，??工作版本一般不直接显示到真正的蓝图上，其最大的作用在于设计师在设计过程中，经过几次方案修改后，最终确定采用上一次的方案时，就可以找到上次的图纸继续设计。发布版本是指审批通过后的文件版本，如果其工作版本为1.2时被提交审批并通过，则其发布版本为1.0，以后在每一次更改通过后，将形成新版本2.0，3.0，4.0，??如图所示。
2.4 全局产品信息模型在构造零部件基本信息资源时，重点考虑研究并建立全局产品信息的模型，包含所有已定义视图中的构件及其联系。全局产品信息模型是成功实施PDM系统的一个重要前提条件，也是构建复杂的虚拟产品模型的基础。有了虚拟产品模型以后，就可以在产品的整个生命周期中对种类各异的信息及其之间动态变化的联系进行有效的管理。
2.5 面向对象技术的应用及信息模型的.标准化面向对象技术的应用，增强了系统的开放性：PDM系统信息模型的标准化，为不同系统之间信息交换带来方便，如STEP标准。基于STEP标准开发整个企业的通用产品模型仍有相当的难度，而且STEP标准覆盖的内容与PDM 覆盖的内容仍有较大的区别，还不能作为建立全局企业信息模型的标准。
2.6 过程管理与配置管理功能的强化为了适应产品设计与制造过程中复杂过程变化的需要，各厂商竞相开发出独立的工作流程管理模块，且功能不断变强，以满足工程更改、并行化设计所必需的过程管理的需要。以配置管理为核心，将数据管理、工作流程管理与变更控制集于一体，形成了更为强大的PDM 系统。
3、产品配置管理
所谓配置，按照ISO 1007对配置管理的基本定义，是指“对被描述在技术文档中的或者体现在产品实际使用过程中的产品功能特性和物理特性所进行的表示”。这是从产品特性的角度对产品配置进行的定义。配置过程也可以被看成是一个选择一组构件并维护其关系，以形成一个设计解决方案来解决客户需求的过程。产品配置，可以理解为一个根据预定义的部件集和部件之间的相互约束关系，按照某种确定的配置规则，使产品及其零部件的属性逐步满足用户的需求，通过二者匹配问题的求解，最终组合形成客户需求的产品。产品配置规则是在进行产品结构配置时选择零部件的准则，产品配置规则一般分为3种：变量配置、有效性配置、发放状态配置。产品配置的作用就是根据客户定制产品的要求，通过对产品族通用模型的功能、性能、结构构型以及零部件进行选配，以及对局部零件功能和结构、尺寸的相应变化来快速设计出满足客户需求的定制产品。在产品结构模型和零部件库建立的基础上，提出了基于产品结构模型的发动机连杆产品配置模型。
在产品配置系统中建立了一个配置规则库，存放了一系列的配置规则，这样就可以针对客户需求选择不同的配置规则和配置条件，实现产品配置。
在零部件库的支持下可以基于通用产品结构模型，根据不同的配置条件和客户的需求选用零部件，配置出满足具体需求的产品结构。
有2种实现配置的方法：(1)对发动机连杆产品进行功能分解，将其分解成可以实现某个具体功能的系统或机构，然后基于用户需求，选择不同的配置规则;(2)可以在配置规则库中存放的一系列配置规则中进行查找，搜索零部件库，选取需要的零部件。如果成功，则存储该零部件并生成新的BOM，否则就需要重新设计零部件。具体的配置过程如图3所示。
实现连杆产品配置的关键是零部件库和配置规则库的建立，它需要把客户的需求转变为配置规则，配置规则需要在具体配置过程中不断完善。这种产品配置方法也适用于其他机械产品的数据管理和配置管理。
4、结束语
本文结合目前发动机连杆产品的发展需要，论述了产品结构和配置管理的几个关键技术，认为应该以产品、零部件等资源为基础，充分考虑各部门的信息需求，有效管理产品资料及其相互关系，为不同形式的BOM 提供一致的信息。对产品配置实施版本管理与有效性原则，保证产品配置版本的正确以及配置信息的准确性。在此基础上，重新构建以产品结构与配置为核心的产品数据管理体系结构，并研究产品结构之间的约束和配置规则等相关算法，建立与产品结构相联系的规则库或决策表，实现个性的产品变型配置，满足并快速响应顾客的特殊需求：通过上述技术 路，建立 动机连杆产品配置管理系统，对有效解决前文提到的问题，实现企业间的合作，加速产品的开发进程，提高企业的市场竞争能力，起到了良好的作用。
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