發(fā)動機連桿是連接活塞銷和曲軸的重要部件，它把活塞的往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，從而驅(qū)動車輪滾滾向前。近年來，隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，發(fā)動機產(chǎn)品的升級更新越來越快，對發(fā)動機連桿生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品配置管理也提出了新的要求。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)是一門管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和所有與產(chǎn)品相關(guān)的過程的技術(shù)。隨著計算機技術(shù)在制造業(yè)各工程領(lǐng)域中廣泛深入的應(yīng)用和不斷發(fā)展，實施PDM已成為制造企業(yè)信息管理的需要，更是企業(yè)贏得未來市場競爭的戰(zhàn)略需要。

    產(chǎn)品配置管理(PCM)是PDM系統(tǒng)的重要功能。產(chǎn)品配置管理是隨著產(chǎn)品的系列化和客戶化生產(chǎn)而出現(xiàn)的，它能使企業(yè)的各個部門在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)共享統(tǒng)一的產(chǎn)品配置，并且對應(yīng)不同階段的產(chǎn)品定義，生成相應(yīng)的產(chǎn)品視圖，如設(shè)計視圖、裝配視圖和工藝視圖等等。本文將以國內(nèi)某發(fā)動機連桿產(chǎn)品生產(chǎn)龍頭企業(yè)為研究對象，對其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹管理、BOM管理、版本管理、全局產(chǎn)品信息模型等技術(shù)進行分析研究，以提升PDM系統(tǒng)的實用性，為解決發(fā)動機連桿企業(yè)對產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)進行信息化管理時存在的問題提供支持。

1 發(fā)動機連桿配置管理現(xiàn)狀及存在的問題

    1.1 連桿產(chǎn)品配置管理現(xiàn)狀

    筆者通過對國內(nèi)某發(fā)動機連桿生產(chǎn)龍頭企業(yè)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該企業(yè)連桿產(chǎn)品的BOM主要采用CAD格式進行管理，BOM的管理難度和工作量較大，而且由于汽車產(chǎn)品的復(fù)雜性，產(chǎn)品的型號管理、配置管理、版本管理等比較復(fù)雜。通過手工配置的方式進行產(chǎn)品配置管理，配置的準(zhǔn)確性、實時性無法得到保障，產(chǎn)品配置的數(shù)據(jù)也沒有得到有效的重用。

    1.2 連桿產(chǎn)品配置管理存在的問題

    根據(jù)發(fā)動機連桿產(chǎn)品的現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)目前作為PDM核心的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理還存在如下一些主要問題：

    a.連桿產(chǎn)品研發(fā)的主要任務(wù)是設(shè)計為微車、轎車發(fā)動機配套的連桿組件，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)各類人員花大量時間查閱資料。

    b.設(shè)計、生產(chǎn)、采購等不同部門有不同形式的BOM表，當(dāng)設(shè)計和制造、采購供應(yīng)的材料清單不一致時，就會造成返工和浪費。

    c.因市場及客戶的突發(fā)需求、性能改進、設(shè)計存在差錯、降低成本等原因，經(jīng)常需要對零部件進行變更，這就會導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置信息不準(zhǔn)確，會直接影響采購、制造和裝配等部門，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解決上述問題。

    d.市場競爭的加劇必將促使企業(yè)對顧客需求做出快速響應(yīng)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(jù)市場的變化快速配置出新產(chǎn)品，或者為不同的用戶定制個性化產(chǎn)品，而實現(xiàn)這一功能需建立與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相聯(lián)系的規(guī)則庫或決策表，如何有效而全面地建立和定義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)之間的約束條件以及決策信息是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理需要解決的問題。

2 基于PDM的發(fā)動機連桿產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和配置管理關(guān)鍵技術(shù)

    在考慮實現(xiàn)面向企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和配置管理理念時，所需要涉及的技術(shù)因素較多，現(xiàn)對下述幾個關(guān)鍵技術(shù)進行論述。

    2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹管理

    產(chǎn)品配置管理是通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹對產(chǎn)品對象及其相互之間的聯(lián)系進行維護和管理，因此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹是產(chǎn)品配置管理的基礎(chǔ)。產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)樹是由產(chǎn)品裝配系統(tǒng)圖、產(chǎn)品零部件明細(xì)表（包括通用件、標(biāo)準(zhǔn)件、自制件、原材料）等內(nèi)容組成。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹以樹狀方式描述，樹中的節(jié)點表示母件。這種樹狀結(jié)構(gòu)反映了產(chǎn)品、零部件之間的層次關(guān)系。有了結(jié)構(gòu)樹，管理者即可分層展開，走不同的分支，直觀地找到自己所要的數(shù)據(jù)，而不用考慮其物理位置。

    2.2 BOM管理

    物料清單是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的報表格式。對每項“單層結(jié)構(gòu)”的BOM只需建立一次，就可以在所有借用這個單層結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品上得到共享，由用戶選擇相應(yīng)的參數(shù)來生成最后的BOM表。對“單層結(jié)構(gòu)”的BOM的錄入采用如下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（見表1、表2），直接存儲在數(shù)據(jù)庫中。

    表1 零件基礎(chǔ)檔案表

    表2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)明細(xì)表

    其中表1存放零件的基本描述信息，表2存放對應(yīng)該節(jié)點的具體圖紙的詳細(xì)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(guī)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(xiàn)出來。

    這樣對于文檔結(jié)構(gòu)樹來說，用戶需要樹中任意點的BOM信息時，都可以直接在展開的該節(jié)點的頁面中匯總該節(jié)點及其以下所有孩子、子孫節(jié)點的BOM信息。

    2.3 版本管理

    在PDM系統(tǒng)中版本的出現(xiàn)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(jié)構(gòu)明細(xì)表的版本管理，以及對產(chǎn)品零部件設(shè)計文件的版本管理。在連桿設(shè)計中，因為更改零件產(chǎn)生了多個版本，所以企業(yè)對版本管理的要求越來越高。版本管理確保生產(chǎn)制造使用正確的文件、保證所有過程的可追溯性、促進ISO9000系統(tǒng)維護不同介質(zhì)數(shù)據(jù)的一致性。版本管理生命周期的每一個階段，均形成一個過程版本，可歸納為工作版本與發(fā)布版本。工作版本是指設(shè)計階段還未被審批通過的設(shè)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(shè)計師在設(shè)計過程中，經(jīng)過幾次方案修改后，最終確定采用上一次的方案時，就可以找到上次的圖紙繼續(xù)設(shè)計，發(fā)布版本是指審批通過后的文件版本，如果其工作版本為1.2時被提交審批并通過，則其發(fā)布版本為1.0，以后在每一次更改通過后，將形成新版本2.0，3.0，4.0，……如圖1所示。

    圖1 版本配置圖

    2.4 全局產(chǎn)品信息模型

    在構(gòu)造零部件基本信息資源時，重點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(gòu)件及其聯(lián)系。全局產(chǎn)品信息模型是成功實施PDM系統(tǒng)的一個重要前提條件，也是構(gòu)建復(fù)雜的虛擬產(chǎn)品模型的基礎(chǔ)。有了虛擬產(chǎn)品模型以后，就可以在產(chǎn)品的整個生命周期中對種類各異的信息及其之間動態(tài)變化的聯(lián)系進行有效的管理。

    2.5 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的應(yīng)用及信息模型的標(biāo)準(zhǔn)化

    面向?qū)ο蠹夹g(shù)的應(yīng)用，增強了系統(tǒng)的開放性：PDM系統(tǒng)信息模型的標(biāo)準(zhǔn)化，為不同系統(tǒng)之間信息交換帶來方便，如STEP標(biāo)準(zhǔn)。基于STEP標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)整個企業(yè)的通用產(chǎn)品模型仍有相當(dāng)?shù)碾y度，而且STEP標(biāo)準(zhǔn)覆蓋的內(nèi)容與PDM覆蓋的內(nèi)容仍有較大的區(qū)別，還不能作為建立全局企業(yè)信息模型的標(biāo)準(zhǔn)。

    2.6 過程管理與配置管理功能的強化

    為了適應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中復(fù)雜過程變化的需要，各廠商競相開發(fā)出獨立的工作流程管理模塊，且功能不斷變強，以滿足工程更改、并行化設(shè)計所必需的過程管理的需要。以配置管理為核心，將數(shù)據(jù)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(tǒng)。

3 產(chǎn)品配置管理

    所謂配置，按照ISO1007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(xiàn)在產(chǎn)品實際使用過程中的產(chǎn)品功能特性和物理特性所進行的表示”。這是從產(chǎn)品特性的角度對產(chǎn)品配置進行的定義。配置過程也可以被看成是一個選擇一組構(gòu)件并維護其關(guān)系，以形成一個設(shè)計解決方案來解決客戶需求的過程。產(chǎn)品配置，可以理解為一個根據(jù)預(yù)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(guī)則，使產(chǎn)品及其零部件的屬性逐步滿足用戶的需求，通過二者匹配問題的求解，最終組合形成客戶需求的產(chǎn)品。產(chǎn)品配置規(guī)則是在進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置時選擇零部件的準(zhǔn)則，產(chǎn)品配置規(guī)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(jù)客戶定制產(chǎn)品的要求，通過對產(chǎn)品族通用模型的功能、性能、結(jié)構(gòu)構(gòu)型以及零部件進行選配，以及對局部零件功能和結(jié)構(gòu)、尺寸的相應(yīng)變化來快速設(shè)計出滿足客戶需求的定制產(chǎn)品。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型和零部件庫建立的基礎(chǔ)上，提出了基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型的發(fā)動機連桿產(chǎn)品配置模型，如圖2所示。

    圖2 產(chǎn)品配置模型

    在產(chǎn)品配置系統(tǒng)中建立了一個配置規(guī)則庫，存放了一系列的配置規(guī)則，這樣就可以針對客戶需求選擇不同的配置規(guī)則和配置條件，實現(xiàn)產(chǎn)品配置。在零部件庫的支持下可以基于通用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)不同的配置條件和客戶的需求選用零部件，配置出滿足具體需求的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

    有2種實現(xiàn)配置的方法：(1)對發(fā)動機連桿產(chǎn)品進行功能分解，將其分解成可以實現(xiàn)某個具體功能的系統(tǒng)或機構(gòu)，然后基于用戶需求，選擇不同的配置規(guī)則；(2)可以在配置規(guī)則庫中存放的一系列配置規(guī)則中進行查找，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(shè)計零部件。具體的配置過程如圖3所示。

    圖3 發(fā)動機連桿產(chǎn)品配置流程圖

    實現(xiàn)連桿產(chǎn)品配置的關(guān)鍵是零部件庫和配置規(guī)則庫的建立，它需要把客戶的需求轉(zhuǎn)變?yōu)榕渲靡?guī)則，配置規(guī)則需要在具體配置過程中不斷完善。這種產(chǎn)品配置方法也適用于其他機械產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理和配置管理。

4 結(jié)束語

    本文結(jié)合目前發(fā)動機連桿產(chǎn)品的發(fā)展需要，論述了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和配置管理的幾個關(guān)鍵技術(shù)，認(rèn)為應(yīng)該以產(chǎn)品、零部件等資源為基礎(chǔ)，充分考慮各部門的信息需求，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(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，重新構(gòu)建以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置為核心的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理體系結(jié)構(gòu)，并研究產(chǎn)品結(jié)構(gòu)之間的約束和配置規(guī)則等相關(guān)算法，建立與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相聯(lián)系的規(guī)則庫或決策表，實現(xiàn)個性的產(chǎn)品變型配置，滿足并快速響應(yīng)顧客的特殊需求。通過上述技術(shù)思路，建立的發(fā)動機連桿產(chǎn)品配置管理系統(tǒng)，對有效解決前文提到的問題，實現(xiàn)企業(yè)間的合作，加速產(chǎn)品的開發(fā)進程，提高企業(yè)的市場競爭能力，起到了良好的作用。

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本文標(biāo)題：基于PDM的發(fā)動機連桿產(chǎn)品配置管理研究

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