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天喻软件IntePDM在江淮汽车pdm二期工程中的应用实施

1 企业研发和设计管理的需求与特点



1.1 江淮汽车PDM二期工程的背景


  在“CAD应用工程”和JAC-CIMS应用示范工程的建设过程中,江汽公司甩掉了绘图板,与天喻软件公司合作实施了PDM一期工程,实现了文档管理、产品结构管理、工作流程管理和与MRPII系统的集成。随着市场的变化和企业的发展,江汽公司现已发展成为拥有分属商用车和发动机、零部件、客车、工程机械四个板块的13个子公司的企业集团。“十五”期间,公司制定了建立自主开发平台,全面提升企业的研发能力,形成自身的核心竞争能力,通过参与国际经济技术合作,建成一流的商用车基地的发展战略,信息化建设已重点完成了三维CAD的推广应用、CAPP系统的升级改造、ERP/CRM的实施等工作。


  江淮汽车信息化建设总体发展不是十分平衡,在工程技术领域中应用的深度和广度不能适应公司战略发展要求。体现在:管理基础、业务流程与信息化建设的要求不协调;缺乏科学的数据规划,数据组织结构有待进一步优化,基础标准和规范差距较大,制约了信息系统进一步发展和应用;基于信息化的企业产品生命周期管理的控制体系尚未建立起来。在这个背景下,公司在2004年方策中确定了实施PDM二期工程,实现“甩掉图纸”的目标。

 

1.2 江淮汽车产品研发和设计管理的特点与需求

 

  江淮汽车的产品研发和设计管理包括汽车新技术研究、新产品研究与开发、汽车产品的延伸和扩展、系列化变型产品的开发、产品试制、试验验证及试验设计、新产品的工艺设计、变型产品的工艺设计管理与产品的制造及管理、产品开发过程中的产品质量管理等。


  在产品生命周期的每一个阶段都会产生大量的设计和制造数据。对产生这些数据的过程进行管理,构成了企业技术工作的最重要的内容。对这些数据进行充分利用,使工作流程更为流畅,是每个企业所希望达到的目标。同时,在浩如烟海的数据中,提取有用的部分,去除重复和无效的内容,使有用的部分上升为一种知识,变成企业的智力资产,让这些智力资产在企业中畅通无阻,让所有相关的人员在他们需要的时候,能够得到它们,而未得到授权的人,则得不到企业不希望他们得到的东西。这样的环境是企业面对市场竞争和取得成功的最好保证,也是面向产品全生命周期的PDM系统所提供的价值所在。


  产品的开发设计是覆盖企业整个信息流的源头。江汽公司产品设计的显著特点是设计所采用的手段和方法以及由此产生的结果都是以各种各样的电子数据为载体的信息为基础,因此确保由CAD/CAPP/CAE等工程系统所描述的产品信息的可获取性、可重用性及可处理性的能力就成为信息技术在产品设计中追求的主要目标,特别是随着业务流程的需要,确保信息在产品全生命周期中的不同阶段之间、过程之间、成员之间的完整性、有效性、相关性、准确性、一致性以及安全性。

 

  主要差距在于:

 

  (1)没有对产品数据在生命周期中各阶段建立统一的、系统的管理,产品开发设计的主要精力集中于产品技术本身,各阶段的数据和信息不连贯、不系统。同时,已有的产品数据也不完整、不一致,不能形成管理系统对产品数据的高度依赖,生产经营难以获得可靠的源头数据。

 

  (2)开发设计实现了工具的计算机化,但开发流程仍然延续传统的管理方法,长期以来总结和归纳的开发设计模式对于在设计过程中使用计算机技术和信息处理技术的研究还不够充分和系统,加上设计中应用的具体计算机技术,如CAD、CAPP、CAE等,是在使用计算机替代人工设计的背景下发展起来的,这些技术相互之间的协调性和衔接性目前也还存在一些问题,也给基于这些技术构造的设计系统在信息的集成和共享、数据的并行处理等方面带来了困难,造成了现有的开发模式和方法从内在机制上缺乏对集成性、并行性和自适应性的支持,难以形成快速响应的设计能力。

 

  (3)缺乏标准化、规范化和知识的积累


  产品变型种类繁多,标准化、规范化程度不够,难以对零件变型进行有效的规范和控制,使得“新”的零部件不断地被设计出来。基于纸质文档和手工的产品数据管理方法已不能有效地对产品数据实施管理,设计人员查找相关的设计资源困难,不仅影响了已有设计资源的重用,增加了零件的制造成本和生产周期,而且难以有效控制零部件质量,存在设计质量稳定性和可靠性方面的隐患。

 

  1.3 江淮汽车PDM二期工程的目标和定位

 

  在PDM一期工程实现基于文档的开发业务管理的基础上,通过PDM二期工程的实施,建立以过程为核心、面向产品全生命周期的PDM系统,形成数字化的产品开发平台,建立产品知识“孤岛”之间的联系,促进公司产品开发体系的建设和发展,提高创新产品开发能力。

 

2 实施的主要过程和主要问题的解决方法


2.1 项目实施的组织机构

 

  PDM二期工程的开发与实施由江汽公司和天喻公司合进行,双方共同组建项目实施组织机构图1所示,充分发挥各自的强项实现优势互补。

 

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图1 项目实施组织机构

 

  项目指导委员会负责项目总体方案、计划审批和重大问题的审议、决策,调度项目关键资源。


  项目组设置江汽公司和天喻软件双项目经理,对项目指导委员会负责,主持项目日常管理工作,贯彻项目指导委员会决策,召集项目例会和专项会议;负责项目总体方案、计划的编制,组织工作组提交的各类方案、计划的审议、批准,组织项目的检查、监督和考核。


  项目规划与实施工作组接受项目组管理,贯彻和执行项目组计划,编制本组专项计划;制订项目实施方案、计划,保证项目实施目标的实现;保证项目实施文档规范、完整、齐全。


  项目开发工作组接受项目组管理,贯彻和执行项目组计划,编制本组专项计划;负责软件设计、开发与测试,提交满足要求的文档和软件系统。


  关键用户执行项目组或工作组计划和决定,密切配合实施顾问开展实施工作;组织和提供本部门真实需求和必要的项目实施资料和信息;承担与所在部门的相关项目工作,负责项目与所在部门的沟通、协调;负责本部门用户的应用培训和指导。


  部门负责人负责选派符合项目要求的关键用户,支持关键用户开展项目实施工作,在资源上给予项目所需支持;按计划审核项目组提交的实施方案和实施文件,参加项目组召集的与本部门业务相关的调研、论证和项目会议。


  外部实施顾问作为技术支持和实施顾问方,发挥信息技术、软件开发、技术管理和应用实施方面的优势,协助引进现代产品开发理念、方法和技术管理,实现产品开发和技术管理的知识的转移;负责关键用户在信息应用技术方面的实施指导和应用方法、技能培训;主持所负责实施项目的工作,推荐有关方案、策略、建议,协助解决各类技术和管理疑难问题。


  内部顾问负责关键用户在信息应用技术方面的实施指导和应用方法、技能培训;配合配合天喻顾问主持所负责实施任务的工作,提出实施方案、策略、解决各类技术和管理问题。

 

2.2 数据规划和业务蓝图设计

 

  按照建立数字化设计开发环境和集成的数据管理平台的目标,项目组经过与产品开发技术系统各层次人员交流、沟通以及前期技术培训和调研,对产品开发和技术管理进行了业务数据采集和业务写实、分析、研讨等系列工作,运用现代产品开发技术、方法和管理理念以及信息化条件下的产品开发设计及其管理的基本原理,进行了江汽公司产品开发设计的数据规划和业务蓝图设计,形成了《产品开发设计业务分析及业务蓝图设计报告》和《产品开发设计数据规划报告》。通过对产品数据进行科学合理的规划,进一步优化数据组织结构,完善基础数据;通过基于信息工程原理和产品全生命周期管理要求的产品开发业务研究和产品开发业务蓝图设计,分析研究现行产品开发业务,引入先进的产品生命周期管理的思想和方法,建立基于信息化控制的产品开发业务流程和三维环境下的产品开发与技术管理平台,实现产品开发的数字化、产品数据管理的无纸化和对企业产品开发全生命周期过程的有效控制和管理。


  根据产品特点、产品开发管理策略和产品数据控制要求,对产品全生命周期进行阶段和状态划分,针对每一个生命期阶段及其各种状态,制订产品开发和产品数据管理策略,并设计产品开发和产品数据管理的业务流程。以此为基础,确定PDM二期工程的需求和技术目标,组织进行产品开发业务流程和机构的优化重组,组织PDM软件的二次开发和应用实施。这对于在技术系统全面引入基于产品生命周期管理理念的产品开发过程数据管理系统,对于科学合理调整产品开发数据管理业务系统结构、建立基于产品生命周期管理和信息化技术控制的业务流程,都奠定了坚实的基础,为项目实施成功和实现公司产品开发能力新的跨越提供了保证。

 

2.3 实施的PDM系统功能

 

  2.3.1 企业建模

 

  提供一系列建模工具来定义江汽公司的产品开发管理模式,并使之能够随江汽公司产品开发管理工作的不断完善而方便地调整。主要包括:组织机构设置、角色定义、生命周期定义、权限控制策略定义、编码规则定义、流程模版定义、文档类型定义、零部件类型定义、属性集定义、数据物料存储策略定义和数据分类组织策略定义等。

 

  2.3.2 产品开发管理

 

  产品开发管理的主要功能包括基础功能和应用功能。


  产品开发管理基础功能包括版本管理、协同消息管理、权限管理、数据查询、应用工具集成、三维模型的轻量化等。


  产品开发管理应用功能包括文档管理、产品结构与BOM多视图管理、产品结构比较、可视化智能产品配置、工艺管理、平台产品开发管理、快速产品设计管理、产品开发流程管理、产品数据状态和生命周期阶段迁移管理、工程变更管理和项目管理等。

 

  2.3.3 资源管理

 

  包括知识库管理(企业标准、法规、工艺资源、设计手册等)、典型零件库、标准件库(包括企业标准件)、汽车情报库(包括情报管理的内容)等,支持标准化人员自定义各种资源库。

 

2.4 系统特点

 

  2.4.1 体系结构

 

  按照江汽公司产品数据规划和网络发展规划,PDM二期工程采用C+B/S的体系结构,如图2所示。

 

 

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图2 C+B/S体系结构

 

  传统的客户/服务器(C/S)体系结构是基于“肥客户机”结构下的两层结构应用软件。客户机软件一般由应用程序及相应的数据库连接程序组成,服务器软件一般是某种数据库系统。这种体系结构的优点是与客户交互性好,执行效率较高,其缺点是系统的可伸缩性差和安装维护困难,且不能跨局域网使用。这种体系结构多应用于一些部门级或小组级的数据管理应用软件。考虑到大型企业级PDM对分布式协同工作的需求,纯粹的C/S体系显然不满足大型PDM的功能需求。


  目前较为流行的浏览器/服务器(B/S)体系结构是基于方兴未艾的三层/多次结构的软件体系结构,具有可伸缩性好、可管理性强、安全性高、软件重用性好、节省开发时间、能更好地支持异地数据存储共享和管理等优点,但它的缺点是与客户机上的应用软件交互集成不够,另外服务器承担了过于繁重的数据处理任务,执行效率较低。B/S体系结构比较适用于主要用于信息发布的企业门户网站的建设。由于PDM系统必需与企业产品开发过程中的各种应用工具(如CAD、CAPP、CAE)紧密集成,而这些工具一般部署在客户机上,缺乏与客户机应用工具紧密集成的单纯B/S体系结构也不能满足大型PDM的功能需求,使PDM的实用性、方便性大为降低。


  针对这些特点,天喻软件在IntePDM中采用了一种新的体系结构方案C+B/S,即基于先进的多层次体系,采用最新的WEB SERVICE技术,一方面在被封锁了本地数据交互能力的浏览器客户端增加客户端插件或Java 小应用程序,另一方面自主开发了基于传统windows风格的客户端工具。这样就保证了PDM系统既支持异地设计与共享,又支持与客户机应用软件紧密集成,满足PDM应用的长远发展。

 

  2.4.2 产品数据的全生命周期管理

 

  建立面向产品全生命周期的数据管理平台的关键之一,就是建立全生命周期的产品信息模型。即在现代设计方法学的指导下,以一定的数据模式定义和描述在开发设计、工艺规划、加工制造、检验装配、销售维护直至产品消亡的整个生命周期中关于产品的数据内容、活动过程及数据联系的一种信息模型,由各活动的定义及其全部过程实施的知识所构成,包括与产品有关的所有几何与非几何信息,用来为产品全生命周期各个阶段和各个部门提供服务。全生命周期产品信息模型将整个产品开发活动和过程视为一个有机整体,所有的活动和过程都围绕一个统一的产品模型来协调进行。


  产品全生命周期管理,最终都落实在产品的不同阶段、不同状态下的产品数据管理。其中对于产品数据的生命周期的认识,一般是单纯是从零部件设计制造的角度,包括从设计到工艺再到制造的各个阶段,强调各阶段的应用如CAD、CAPP、CAM等的信息交换和集成的一维串行模型。但从企业全局的角度关照整个产品从概念到市场的过程,产品开发与设计的过程包括了开发设计、定型生产、售后服务及产品变型等不同阶段,每一个阶段都需要综合地考虑设计、工艺、制造的问题,因此,建立产品数据全生命周期模型的二维管理模型,如图3所示。


  在产品生命周期的每个阶段中都有大量的产品数据产生,而且产品数据管理的特点和策略各不相同。例如新产品的开发要经过多轮次的设计和整改,而数据管理的挑战就在于数据的变更修改频繁而变更过程控制手段不力,对变化的数据不能有效追踪,过程的记录不到位或没有形成可操作的管理规范,因而难以避免大量的反复和重复设计,也无法充分利用已有的设计资源,开发周期和质量都难以有效控制。这就需要PDM系统提供很强的变更控制、数据一致性维护管理的能力。

 

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图3 产品数据全生命周期的二维管理模型

 

  2.4.3基于三维的数字化设计环境

 

  (1)产品开发设计管理模型


  江汽公司面向产品全生命周期的产品开发设计过程包括面向产品族的平台产品开发和变型产品设计,这两个过程的目的和任务不同,但具有十分紧密的联系,相应的管理模型如图4所示。

 

 

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图4 产品开发设计管理模型

 

  (2)三维CAD系统的集成和产品特征参数管理


  产品开发和设计是以模型和结构为基础、面向功能和性能的多学科协同优化过程。在江淮PDM二期工程中使用主模型的策略建立PDM的产品模型,保持数据的一致性,在PDM和CAD之间双向地修改对象和文件的属性,实现了与三维CAD应用的双向集成和三维数据管理的要求,并实现了基于事务特性表的特征信息管理,为产品全生命周期中应用系统的功能集成和数据融合奠定了基础,如图5所示。

 

 

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图5 三维CAD系统集成

 

  (3)可视化产品配置管理


  在产品结构与产品配置功能方面,支持自顶向下的产品结构建模,也能实现从二、三维CAD系统直接导入产品结构,并实现了基于轻量化模型的可视化配置功能。如图6所示。

 

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图6 可视化产品配置

 

  (4)CAPP集成和工艺信息管理


  由于CAPP系统的个性化特点,目前大多数的PDM系统面向工艺的数据管理功能欠缺。IntePDM实现与CAPP系统的紧密集成并在PDM系统中建立了专门的工艺信息模型,有利于实现工艺管理能力的整体提升和PDM的产品数据全生命周期管理。

 

3 实施效果及效益分析


  (1)通过数据规划和业务蓝图设计,建立了平台产品开发和变型产品设计的管理模式和数字化的管理流程,建立了相应的基础管理技术规范。


  (2)将产品开发全生命周期管理的理念落实到PDM系统功能中,全面管理产品规划、设计、试制、批试、量产和衰退过程中所有产品数据及其处理流程,通过深化应用,将PDM系统从以零部件为核心的文档管理系统提升为以过程为核心的面向产品全生命周期的管理系统,建立了三维环境下数字化产品设计的集成管理平台,解决了业务流程“体外循环”和纸质文档与电子数据“两张皮”的问题,实现了“甩图纸”的目标。


  (3)避免了重复设计,提高了零部件的重用水平,为产品知识的积累和共享提供了基础平台,缩短了设计周期,提高了产品质量,使产品开发能力得到系统的提高,跃上了一个新的台阶。