发动机产品快速配置技术PDM解决方案

当前产品愈来愈复杂，交货期愈来愈短，质量愈来愈高，时间与质量成为企业竞争的关键因素。这就要求企业能对市场需求做出快速响应，实现快速设计。21世纪是信息的时代，把日益增长的产品数据信息通过PDM软件合理的管理起来，为实现发动机产品快速配置设计提供良好的数据管理方法，而合理的产品平台技术、模块化技术和KBE的配置技术为实现快速配嚣提供了技术条件，把三者有机的结合起来，则会大大地加快了产品的配置速度并提高产品配置的质量，从而降低了企业的成本。

 

2．1相关概念

1．产品配置设计

配置设计(Configuration Design)：是在一系列已设计的零部件中寻找、组合出满足一定要求、符合一定约束的产品的设计方法和过程。配置设计作为一种设计方法，通过合理组织已有的设计成果，根据客户需求选择零部件迅速组成新产品，已经成为实现大规模定制生产的核心方法。

 

2．模块

模块：一组具有同～功能和接合要素(指联接部位的形状、尺寸、联接件间的配合或啮合等)，但性能、规格或结构不同却能互换的单元。

 

3．模块化设计

模块化设计：在对产品进行市场预测、功能分析的基础上，划分并设计出一系列通用的功能模块；根据用户的要求，对这些模块进行选择和组合，就可以构成不同功能、或功能相同但性能不同、规格不同的产品。

 

4．产品平台

产品平台(product platform)是由一组产品共享的一组子系统(如零部件、模块)、接口和制造过程，利用它能够高效地创造和产生一系列派生产品。产品平台构成了能够有效设计和制造一系列产品的通用结构。

 

5．基于PDM的产品平台的定义¨”

基于PDM的产品平台定义：在先进的管理理念和信息技术支撑下，由一组经过精心策划和开发后得到的包含了一个“通用结构”的企业相似产品定义资源的有机结构，从中可以快速、有效地派生出系列新产品。

 

6．产品族

产品族是指一组能满足市场一系列需要的共享某些公共特征、组件或者子系统的相关产品。

 

7．产品结构

产品结构：相互关联的一组零件按照特定的装配关系组装起来即构成部件，一系列的零件和部件有机的装配在一起则构成产品。将产品按照部件进行分解，部件再进一步分解成子部件和零件，直到零件为止，由此形成的分层树状结构，称为产品结构(树)。在产品结构树中根节点代表产品(或部件)，枝节点和叶节点分别表示部件(或子部件)、零件。

 

8．配置规则

配置规则：配置规则由规则库来管理，产品模型中的所有节点(组件)之间的关系通过规则的约束而形成具体的产品。我们把这些约束通称为规则。配置规则约束产品模型各零部件之间的关系，通过限制产品配置过程中功能模块／功能选项、零部件的选择和组合来确保产品配置的j．F确性。配置规则的定义实际上是对产品信息／知识的获取、加工和抽象。

 

9．基于产品平台的快速配置

基于产品平台的快速配置是指根据用户需求，选择符合要求的产品平台，在该平台上利用知识库中的规则根据配置模块的参数配置其他的模块，从而快速的提交客户所需要的产品的一种方法。

 

2．2基于PDM的产品快速配置原理

基于PDM的发动机产品快速配置原理是：输入用户需求参数，用户需求参数包括产品平台参数和配置模块参数，根据产品平台参数选择相应的平台，在该产品平台上根据配置模块的参数，调用知识库里建立的规则，从PDM的数据库中快速的选择、创建、修改使之与配置参数相符的模块，把相应的模块结构实例化到产品结构树上，相应的把与模块相关的所有信息(包括设计信息、工艺信息、装配信息等)都链接到新产品中，使企业原有的知识和经验获得了高效的重用。因此，模块化技术、产品平台技术、KBE的配置技术是基于PDM的发动机产品快速配置的三大基础技术。

 

2．2．1模块化技术

随着现代科技的迅猛发展，模块化己成为工程产品的主要发展趋势之一模块化设计通过产品结构、设计过程的重组，以大规模生产的成本实现了用户化产品的批量化生产及大规模生产条件下的个性化，使产品在品种与成本、性能之间找到最佳平衡点。

 

模块化设计在设计思想上是对传统设计的一种创新，早期模块化设计多采用手工操作管理，缺乏现代化的设计和管理手段，不能充分发挥模块化设计的优越性。随着计算机应用技术向各行各业的渗透及以计算机辅助设计为主体的现代设计技术的发展，模块化设计从设计手段上已有极大的不同，形成了以计算机为工具、以模块化设计为目标的各种学科交叉融合的新型技术领域。如计算机辅助模块化设计、模糊模块化设计、智能模块化设计、优化模块化设计等等，这些手段反过来又促进了模块化设计思想的发展。而今，采用PDM产品数据管理软件，把模块的设计知识和数掘信息通过计算机管理起来，又发展成了信息化模块，使得模块化设计更加符合现今产品的设计发展方向，为产品的快速配置设计提供了良好的设计基础。

 

模块化技术是实现产品快速配置设计的使能技术，要想快速的配置出用户所需要的产品，模块化技术则是其必不可少的关键技术之一，通过不同模块的组合和匹配可以产生大量的变型产品(模块化产品结构如图2-1所示)，这种不同的组合体使模块化产品模型具有独特的功能、结构和性能特点和层次。因此，模块化产品是一种重要的柔性策略形式，即柔性的产品设计使企业可以通过组合现有模块或新模块，以快速、低成本地生产能够适应市场和技术变化的产品。

图2-1模块化产品结构

 

满足产品快速配置设计的系统及模块化技术应具有如下特点：

1)基于模块化产品设计过程中，设计模型可根据用户需求进行快速响应，以最短时间向用户提交质量、成本具有竞争力的产品；

 

2)企业根据市场变化和技术发展，通过PDM软件可以灵活的更换系统中的模块库和相关的知识库，就可以适用于不同对象的设计，既可以针对企业定制，同时也利于原系统的更新完善，使企业能够及时的重组改造：

 

3)可以减轻产品设计、制造及装配专业技术人员的劳动强度；

 

4)模块接口是标准化的，能与具有相同功能或性能的模块进行互换；

 

5)模块可以独立的组织生产、储备和进行性能、功能、质量的考核、测试及检验。

 

2．2．2基于PDM的产品平台技术

面对需求千变万化，充满各种机遇的市场，如果企业没有明确的产品开发的整体性长远目标，缺乏坚固的产品平台支持，那么，各个新产品开发就会失去明确的方向，总是被机会牵着鼻子走，出现“熊瞎子掰苞米”的情况，四面出击，一无所获。同时，产品平台开发本身是一项复杂的系统工程，投资大、风险高、周期长、影响面广的活动，需要一个与技术和市场相匹配的平台开发战略来指导开发活动和协调各方面的关系。从全局优化的角度出发，以求得最大的整体效益为战略目标进行企业联合来共同开发和生产定制产品，是大批量定制产品丌发模式发展的必然趋势。其中，合理构建企业的公共产品平台，是实现产品快速配置重要的一环。

 

开发公共产品平台的目的和核心思想就是利用一组产品之间功能与物理结构的相似性和通用性，通过基本元件和生产过程的最大标准化集合来获得产品的最大集合，为企业系列产品提供可用于设计、开发和生产多重产品的一个公共基础，使得在提*品多样性的同时，减少设计、生产的成本成时间。

 

如果将产品平台置于一个动态发展演化过程中，它将随着先进管理理论和信息技术的发展、市场和客户需求的变化以及企业产品体系的完善而不丰富、完善。当开发新产品时，相应的新产品数据和开发过程以及它们与历史产品的关联等创新知识就自然的融入到产品平台中，基于PDM的产品平台优势在于它集成了设计所需的各方面的经验知识以支持产品创新，仅仅重用并不能充分体现这种优势，创新源于对知识的应用。

 

基于PDM的产品平台的特点：

1)产品平台满足顾客群体内顾客个体需求中相同部分(共性需求)组合和不同部分(个性需求)组合，是最大限度地包容目标细分市场顾客群体需求的基型。它可以是最终产品，也可能只是众多最终产品产生的基础：

 

2)产品平台应能够在清晰、系统、形式化地描述顾客群体需求(包括系统化理解顾客群体的显在需求与潜在需求)的基础上支持产品的重大创新和改进型创新；

 

3)产品平台可以通过最少的物种组合来配黄出满足大多数顾客群体基本需求和较少数顾客或顾客群体特殊需求的多样化、定制化产品；

 

4)产品平台凝聚了企业在目标细分市场的核心技术能力；

 

5)产品平台能存储和管理组成该平台的各个模块的在各个阶段所产生的各种信息，包括产品平台的几何信息(如2D、3D模型等)和非几何信息(如电子手册、设计文档、产品平台属性、NC代码等)，其中产品平台属性又包括平台的参数信息等等；

 

6)产品平台应蕴涵丰富的配置设计知识(如产品设计规范、领域知识和配制规则等)和设计对象关系(如产品结构关系、引用关系和性能关系等)。

 

2．2．3基于KBE的配置技术

据统计，我国制造业中70％以上的零部件设计工作是在原有设计基础上进行的，只有大约30％是全新的设计，而企业在长期设计生产实践中积累许多结构形式相对固定的专业零件，如果能对这些零件进行处理，对其进行标准化、系列化、科学化管理，并能对设计知识进行归纳、整理和重用，建立企业的标准件库和典型件库，就能提高相似零件或变形零件的设计效率和设计知识的重用度，从而大大缩短产品开发的周期，保证产品开发的质量。而基于知识工程(Knowledge Based Engineering，KBE)最核心的功能就在于实现知识重用。因此，把产品配置设计与知识工程技术相结合，将可以避免大量的重复开发工作，从而提高产品开发的效率、节约开发成本。

 

 

2．3基于PDM的产品快速配置流程

产品平台、模块库和配置规则库建立之后，就可以根据输入的客户要求进行客户化产品配置。根据产品平台参数，调用知识库中的平台规则首先可以确定产品平台，然后根据配置模块的参数，利用知识库中建立的模块配罨规则快速的生成满足客户需求的发动机的明细表。其配置设计流程如图2．3所示。具体说明如下：

 

1．用户需求获取。用户需求是用户对产品的功能、性能和价格等方面提出的要求，是产品设计的原始信息，通过质量功能配置(QFD)转化成产品平台参数和模块配置参数。

 

2．查询产品库。根据用户需求参数查询产品库，如果有满足用户需求参数的产品则输出该产品的配置结果——BOM表，产品配置设计结束。

 

3．基于产品平台的产品快速配置。如果没有满足用户需求参数的产品，则在产品库中添加新的产品，根据平台参数选择该产品的配置平台，如果有满足用户需求的产品平台，在该平台上根据配置模块参数在模块库中查询与配置模块参数相符的模块，找到所有与用户需求相符的模块，则产品配置设计结束。如果模块库中没有与之相符的模块，则根据模块配置参数重新配置模块，或者在模块库找到一个与该需求相似的模块进行修改，并把该模块添加到模块库中，扩充模块库。如果没有满足需求的产品平台，则选择一个与用户相似的产品平台进行修改或熏新规划产品平台，把新生成的产品平台添加到产品平台库中。

 

在产品平台上配置产品应遵循以下原则：

1)根据配置模块参数查询模块库，如果模块库中有满足需求的模块，则在该产品平台上添加此模块。

 

2)如果模块库中没有满足需求的模块，并且只需通过修改某些已有的模块就能满足需求，则进行模块修改。然后把修改后的新模块添加到产品平台上，并把新模块存入模块库中。

 

3)如果模块库中没有满足需求的模块，而且不能通过修改已有的模块得到满足用户需求的模块，则需重新配置模块。然后把重新配置的模块添加到产品平台上，并把新模块存入模块库中。

 

4．配置方案评价。通过在产品平台上配置新产品，该产品是否满足用户需求和是否具有较高的技术经济性能还需要进行评价。

 

5．输出产品配置方案。新配置的产品通过评价以后，则可以打印输出各种BOM视图为其他部门所需。

 

6．产品保存。新配置的产品需要保存到产品库中。在日后的产品配置设计中，如果有用户需求和该产品的需求一致，则可以直接调用该产品。

图2-2基于PDM的发动机产品快速配置流程

 

2．4基于PDM的发动机产品快速配置的技术体系

要实现产品的快速配置，必须综合各种方法和技术，使之互相耿长补短，从而获取最大的经济效益。基于PDM的发动机产品快速配置技术是多种现代配置设计方法综合的产物，其技术体系如图2-4所示，总体上可分为支撑环境，单元技术和应用技术三个层次。

图2-4基于PDM的发动机快速配置系统技术体系

 

◆支撑环境：是实现基于PDM的发动机产品快速配置的基础和平台，包括计算机软硬件系统和网络通信设备等。

 

◆单元技术：是实现基于PDM的发动机产品快速配黄的基础技术，包括模块化技术、产品平台技术、KBE技术、CAD技术和数据库技术等。

 

◆应用技术：包括可拓聚类分析的发动机产品模块划分技术、发动机产品平台规划技术、发动机产品结构与配置管理技术、发动机明细表快速生成技术等，这些技术是本课题的研究重点。

 

1)可拓聚类分析的产品模块划分技术、发动机产品平台规划技术：研究适合于发动机产品的模块划分技术、产品平台规划技术，为快速配置发动机产品奠定基础。本部分内容将在第三章进行详细论述。

 

2)发动机产品结构与配置管理技术、发动机明细表快速生成技术：在分析传统发动机产品管理和配置的基础上，研究发动机产品的产品结构模型和配置模型，并给出发动机明细表快速生成的技术，以上这些技术大大加快了发动机的产品配置。

 

2．5总结

本章介绍了基于PDM的发动机产品快速配置的技术：模块化技术、产品平台技术、KBE技术，综合利用这三个技术，在PDM的平台上规划了发动机产品的配置流程，并构建了基于PDM的发动机产品的快速配置技术体系，指明了课题研究的重点内容。本文章来清软英泰自御云软件，更多详细信息请点击：www.plmpdm.cn，或在百度搜索清软英泰