喬良

摘 要：本文以鄭州日產汽車有限公司實施的產品數據管理（PDM）項目為例，從工作流程管理、工程更改管理、產品可視化、產品數據導入及軟件集成等介紹了PDM的實際功能及應用。通過PDM項目的實施，建立了協(xié)同設計模式，在內部各專業(yè)及供應商之間實現了同步設計，達到了對產品開發(fā)過程管控的目的。

關鍵詞：產品數據管理;協(xié)同;數據加解密

中圖分類號：TP39.7文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）08-0031-04

Construction Practice of Design Collaboration Platform Based on PDM

QIAO Liang

（Zhengzhou Nissan Automobile Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450046）

Abstract： Taking the product data management （PDM） project implemented by Zhengzhou Nissan Automobile Co.， Ltd. as an example， this paper introduced the practical functions and applications of PDM from workflow management， engineering change management， product visualization， product data import and software integration. Through the implementation of the PDM Project， the collaborative design mode was established， and the synchronous design was realized before the internal majors and suppliers， so that the purpose of product development process control could be achieved.

Keywords： product data management;collaboration;data encryption and decryption

隨著企業(yè)生產的擴大，設計部門的數據管理、設計文檔的管理、設計流程的優(yōu)化等問題日益突出，企業(yè)需要利用信息技術對設計管理進行優(yōu)化，為產品的創(chuàng)新設計提供一個有效的工作環(huán)境。PDM是Product Data Management（產品數據管理）的縮寫，是指某一類軟件的總稱。從產品來看，PDM系統(tǒng)可幫助組織產品設計，完善產品結構修改，跟蹤進展中的設計概念，及時方便地找出存檔數據以及相關產品信息。從過程來看，PDM系統(tǒng)可協(xié)調組織整個產品生命周期內諸如設計審查、批準、變更、工作流優(yōu)化以及產品發(fā)布等過程事件。

對于PDM來說，其技術本身絕對是重要的，技術差的PDM系統(tǒng)肯定難以推廣普及，難以實施成功。但是，技術只是實現企業(yè)目標的基礎，只談技術的PDM是難以成功的。因為PDM并不僅僅只是產品數據治理，其更深層次的內涵是與企業(yè)文化的緊密結合、與生產關系的適應以及與企業(yè)目標的匹配。

PDM是依托互聯(lián)網技術（Internet Technology，IT）實現企業(yè)最優(yōu)化管理的有效方法，是科學的管理框架與企業(yè)現實問題相結合的產物，也是計算機技術與企業(yè)文化相結合的一種產品。總而言之，PDM是一種幫助管理人員管理產品數據和產品研發(fā)過程的工具，而企業(yè)實施PDM的最終目標是達到企業(yè)級信息集成[1-3]。

1 PDM平臺技術

PDM是以軟件技術為基礎，以產品為核心，實現對產品相關的數據、過程、資源一體化集成管理的技術。PDM系統(tǒng)明確定位為面向制造企業(yè)，以產品為管理核心，以數據、過程和資源為管理信息的三大要素。它繼承并發(fā)展了計算機集成制造（Computer Integration Manufacture System，CIMS）等技術的核心思想，在系統(tǒng)工程思想的指導下，用整體優(yōu)化的思想對產品設計過程進行描述，規(guī)范產品生命周期管理，保持產品數據的一致性和可跟蹤性。其進行信息管理的兩條主線是靜態(tài)的產品結構和動態(tài)的產品設計流程，核心思想是設計數據的有序、設計過程的優(yōu)化和資源的共享。

PDM系統(tǒng)的體系結構如圖1所示。

①用戶界面層。向用戶提供交互式的圖形界面，包括圖示化的瀏覽器、各種菜單、對話框等，用于支持命令的操作與信息的輸入和輸出。通過PDM提供的圖示化用戶界面，用戶可以直觀方便地完成管理整個系統(tǒng)中各種對象的操作。它是實現PDM各種功能的手段、媒介，處于最上層。

②功能模塊及開發(fā)工具層。除了系統(tǒng)管理外，PDM為用戶提供的主要功能模塊還包括電子倉庫與文檔管理、工作流程管理、產品結構與配置管理、集成工具等。

③框架核心層?？蚣芎诵膶又饕峁崿FPDM各種功能的核心結構與架構。由于PDM系統(tǒng)的對象管理框架（Object Management Framework，OMF）具有屏蔽異構操作系統(tǒng)、網絡、數據庫的特性，因此，用戶在應用PDM系統(tǒng)的各種功能時，能實現對數據的透明化操作、應用研究的透明化調用和過程的透明化管理等。

④系統(tǒng)支撐層。以目前流行的關系數據庫系統(tǒng)作為PDM的支持平臺，通過關系數據庫提供的數據操作功能支持PDM系統(tǒng)對底層數據庫的管理。

世界權威信息公司CIMdata曾經在美國一些企業(yè)里做過調查。結果顯示，一個產品設計工程師，他平時工作時間的30%用來查找與眼前工作相關的資料，如相關標準、設計說明、可借用的零件等。調查還顯示，沒有查到可以直接借用的零件，是工程師設計一個新零件的原因。

由此，可以通過文檔與數據的管理縮短浪費在資料查找方面的工作時間。而設計一個新的零件意味著一系列新的工作的開始，產品的成本在設計一開始就增加了，實施文檔與數據管理可以大幅度地減少資料查找的時間，提高工程師的工作效率和產出，甚至可以把浪費在資料檢索上的時間降低到總工作時間的5%以下。同時，改善文檔與數據管理也可以在一定程度上減少新零件的設計，降低新產品的成本。

PDM功能模型如圖2所示。通過數字化平臺的構建實施，實現整合研發(fā)資源及其圖、文檔、產品數據的集中、高效利用;通過分步實施、逐步推進的方式建立統(tǒng)一的研發(fā)數字化平臺，實現產品數據在線協(xié)同設計、評審及管理;增加數據交互過程監(jiān)管，提高數據傳輸的安全性;形成清晰、明確的項目進度實時管理。為實現縮短產品開發(fā)周期、提高產品數據質量、保證數據安全的目標，要不斷提升研發(fā)能力。最終，實現縮短產品開發(fā)周期、提高產品數據質量、保證數據安全的目標。

面向雙品牌車型應用的整車開發(fā)數字化平臺，主要是為了提升研發(fā)部門的研發(fā)水平，縮短新車開發(fā)周期，提前上市，有效削減設計變更量，提高數據的一致性[4-5]。

2 基于PDM的整車產品數據設計協(xié)同系統(tǒng)

針對汽車研發(fā)的現實需求，結合汽車開發(fā)主機廠實踐經驗，本文提出一種基于PDM的整車產品數據設計協(xié)同系統(tǒng)及方法，結合數據加解密技術，實現高效且安全的整車產品數據設計協(xié)同系統(tǒng)的研發(fā)。

2.1 基于PDM的整車產品數據設計協(xié)同系統(tǒng)的技術方案

采用PDM作為供應商核心管理平臺，實現主制造商與供應商數據交互管理，功能范圍包括以下幾個方面：供應商信息管理、數據發(fā)放申請、數據上傳與下載管理、上傳數據的審核和駁回、數據發(fā)放進度與狀態(tài)、日志查詢、供應商下載與上傳數據確認。系統(tǒng)組成結構如圖3所示。

2.2 基于PDM的整車產品數據協(xié)同設計協(xié)同系統(tǒng)功能模塊

基于PDM的整車產品數據設計協(xié)同系統(tǒng)功能模塊如圖4所示。

①供應商數據交換系統(tǒng)集成模塊。當主機廠在線產品數據設計信息發(fā)生更改時，主機廠工程師直接通過PDM平臺協(xié)同設計在線提交更改要求及數據模型給遠程供應商;中間通過電子審批、數據加解密實現相關數據的自動篩選，并自動傳輸至數據交換平臺;供應商通過數據交換平臺上傳/下載相關信息而實現遠程數據交互。

②系統(tǒng)維護模塊。由系統(tǒng)管理人員設置使用本系統(tǒng)的人員、整車數據設計結構模板、3D和2D數據類型及屬性信息、標準件數據庫;并按照《汽車標準件產品編號規(guī)則》（QC/T 326—2013）相關標準進行整車研發(fā)標準數據維護。

③數據加解密模塊。對上傳數據進行解密，對下載數據自動進行加密。

④數據上傳/下載模塊。數據上傳/下載模塊指的是主機廠產品設計人員將本地或在線設計數據上傳到PDM平臺服務器，或者從服務器下載過程數據至本機。

⑤EBOM（Engineering BOM）傳輸模塊。該模塊包括全車BOM（Bill of Material，物料清單）和實例化車BOM。

2.3 基于PDM的整車產品數據協(xié)同設計系統(tǒng)方法

基于該整車產品數據協(xié)同設計方法可構建上下游創(chuàng)新協(xié)同設計交互應用管理平臺。該平臺的特點是：在所述整車產品數據協(xié)同設計系統(tǒng)基礎上，采用整車數據設計結構模板搭建出整車結構，利用工程BOM-EBOM（Engineering BOM），本地接口導入方式分解出單一配置的實例化車型結構，通過集成的CATIA V5軟件完成結構下的產品數據在線設計、存儲、電子簽審與修訂;同時，主機廠設計人員通過系統(tǒng)集成的供應商數據交換系統(tǒng)與遠程供應商實現設計更改實時交互。

3 基于PDM的車型開發(fā)管理模塊

在車型開發(fā)項目管理方面，統(tǒng)一了項目開發(fā)管理流程。開發(fā)大日程及節(jié)點數據，實現了里程碑、日程計劃、節(jié)點會議、任務安排等項目的開發(fā)過程透明、交付物多維度管理，項目管理效率大大提高。前后管理模式變化對比如圖5所示。

3.1 項目推進實施過

為確保項目成功推進實施，鄭州日產采用全球先進的西門子PDM實施方法論，保證項目質量控制與推進（過程質量管控），實施各個階段均有明確的交付物和質量監(jiān)控機制?；静襟E如圖6所示。

目前，鄭州日產數字化平臺建設項目一期和二期均已按計劃實施完成，三期也在按計劃穩(wěn)步推進。歷時三年，項目開發(fā)和推廣中遇到的種種困難，均通過項目組的努力被克服?？偨Y經驗如下：數字化平臺建設是一把手工程，決策者的意志和決心在數字平臺實施中起著關鍵的作用;PDM系統(tǒng)牽涉汽車的全生命周期，需要上下游各個部門的配合，需要各部門領導強有力的協(xié)調和支持;前期業(yè)務調研和詳細的業(yè)務流程的梳理也是成功的關鍵。

3.2 實施推進中遇到的具體難點問題及解決辦法

項目一期原計劃測試車型因開發(fā)計劃調整導致項目在測試階段數據不夠完整，從而驗證充分性無法保證。解決辦法是延長測試時間，并在上線試用初期及時導入新的完整歷史車型數據集中試用。

項目管理平臺開發(fā)前期，雖然已經充分考慮了參與部門較多的風險，但在實際開發(fā)過程中，仍因涉及部門較多，各類權限設置要求高，需要多次變更，從而導致平臺開發(fā)幾乎停滯。在整個項目實施中，系統(tǒng)多項功能需要二次開發(fā)，系統(tǒng)多項功能待業(yè)務測試檢驗，對項目主擔的系統(tǒng)使用熟練度及業(yè)務熟悉度均要求較高，項目組存在較大壓力。解決辦法是多次協(xié)調各部門配合理解，讓有項目經驗的業(yè)務骨干全程參與項目的統(tǒng)籌規(guī)劃，做好項目主擔培訓推廣和項目經驗積累工作。

4 項目的先進性和創(chuàng)新性

鄭州日產產品信息管理系統(tǒng)是基于Teamcenter軟件（西門子工業(yè)軟件公司的Teamcenter為全球最廣泛使用的PLM系統(tǒng)之一，是與達索公司的Enovia、PTC公司的Windchill并行為三大PLM軟件之一）構建的自主車型開發(fā)數字化研發(fā)平臺，利用系統(tǒng)集成的方式，將企業(yè)EBOM系統(tǒng)、產品協(xié)同設計系統(tǒng)、材料數據庫系統(tǒng)、車型項目管理系統(tǒng)和供應商數據交換系統(tǒng)集成到統(tǒng)一平臺，實現了整車一體化開發(fā)，單一數據自上而下在線協(xié)同設計、更改、電子簽審、多方交互及項目計劃、任務、交付物標準化、分級化管理和全透明監(jiān)控。

4.1 產品開發(fā)過程中，形成多項創(chuàng)新

首次采用整車數據設計結構模板搭建出整車結構、EBOM本地接口導入方式分解出單一配置的實例化車型結構，利用EBOM和PBOM（計劃物料清單）實時轉化、比對的方式，進行數字階段系統(tǒng)級、零部件級或單一配置車的物理集成和性能集成，并通過集成的三維設計軟件、DMU軟件及問題管理軟件完成產品數據的在線設計、評審、電子簽審與問題閉環(huán)管理。

鑒于各車企實際情況（合資、國企、外資等），部分企業(yè)級BOM不支持與PDM系統(tǒng)做集成開發(fā)，本模式開創(chuàng)性地提出采用本地接口導入和PDM系統(tǒng)新建產品結構匹配的方式，分解出單一配置的實例化車型，解決了企業(yè)EBOM與PDM系統(tǒng)的結構集成問題，如圖7所示。

主機廠內部的設計協(xié)同，通過集成的CATIA V5軟件完成結構下產品數據提出的在線設計、存儲、電子簽審與修訂，提升研發(fā)協(xié)同效率，提高數據共享能力。

4.2 研發(fā)設計平臺和中間供應商數據交互系統(tǒng)集成

采用Teamcenter平臺上主機廠內部協(xié)同研發(fā)，基于線上數據發(fā)放單形式構建與供應商數據交互的橋梁，形成主機廠內部和異地異構供應商協(xié)同設計、安全傳輸、審核的協(xié)同開發(fā)模式。該模式為國內外同類產品實踐應用首例。

主機廠內部實現全流程的設計協(xié)同、在線審批、電子簽名及進度監(jiān)控。

TC研發(fā)協(xié)同平臺上直接提交數據交互請求，在線審批，通過審批數據自動過濾（按格式）、打包、解密后傳輸至中間系統(tǒng)地方式進行和供應商的數據交互;供應商可直接基于各交互數據單回傳數據至中間平臺，經主機廠工程師審核確認后接收數據至TC平臺。傳統(tǒng)的與現有供應商數據傳輸模式變化對比如圖8所示。

4.3 整車一體化平臺

整車一體化平臺項目管理和研發(fā)數據共享企業(yè)知識庫，實現了整車開發(fā)項目的全流程管理，實現了單一數據自上而下全透明監(jiān)控，項目計劃、任務、交付物標準化、分級化管理，形成清晰、明確的項目進度實時管理。

項目監(jiān)控和節(jié)點輸出物采用兩條線同步管控，各條線任務及節(jié)點輸出物分級（三級）、分權限交叉進行，各自按業(yè)務設定派發(fā)與驗收（如前置任務、延時啟動任務、手動派發(fā)任務等），并可基于模板完成在線審核和電子簽名。

項目節(jié)點輸出物在項目驗收后自動完成歸檔，作為新的知識納入企業(yè)知識庫，達到項目節(jié)點透明可控，降低研發(fā)管理工時、費用。

5 結語

基于PDM技術的整車產品數據設計協(xié)同系統(tǒng)結合數據加解密技術、系統(tǒng)集成技術，在改造現有網絡的基礎上，解決了目前大部分汽車主機廠面臨的跨地域產品設計、制造和供應鏈協(xié)同難題，數據接口技術的利用保證了車型開發(fā)數據結構的準確性和一致性，各類模板的運用提高了研發(fā)效率，有利于產品規(guī)范化、模塊化開發(fā)。

系統(tǒng)集成了供應商數據交換系統(tǒng)，通過在線數據交流，高效便捷地解決供應商協(xié)同設計問題。通過多方數據實時交換，形成按模板搭建結構、接口導入BOM配置車型、多方數據同步、在線電子簽批和發(fā)布、實時設計變更的工作流程。此方法亦可在除汽車之外的任何機械產品開發(fā)領域推廣應用。

參考文獻：

[1]劉杰，周以齊，曲海明.基于高層體系結構的復雜產品協(xié)同設計管理方法[J].機械工程學報，2010（13）：165-171.

[2]唐樹才，肖田元，趙銀燕.基于資源管理聯(lián)邦的復雜產品協(xié)同開發(fā)平臺[J]. 計算機集成制造系統(tǒng)，2008（5）：898-903.

[3]王克明，熊光楞.復雜產品的協(xié)同設計與仿真[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2003（1）：15-19.

[4]TANG Y，TEN C-W，WANG C，et al. Extraction of energy information from analog meters using image processing [J]. IEEE Transactions on Smart Grid，2015（6）：2032-2040.

[5]TEN C W，TANG Y. Electric Power： Distribution Emergency Operation[M].Boca Raton： CRC Press Taylor & Francis Group，2018：25.