基于PLM的模块化设计零部件的管理方法的研究

李 化

(上海海事大学物流工程学院 机械工程系，中国 上海201306)

0 引言

随着经济的快速发展，市场竞争越来越激烈，机械制造业迫切要求降低成本以获得更大的发展空间，与此同时，用户要求也变得更加多样化、个性化。如何能够在满足大批量生产的同时满足用户的个性化需求，同时达到到降低成本和满足用户的目的，模块化设计就是答案。模块化设计通过模块的划分和组合，可以同时满足以上两种要求。所以，模块化设计在中国机械制造业中发展迅猛。但是，模块化设计这种理念需要很多技术性的支持。在模块化设计数据的管理中，采用传统的数据管理方法存在着数据管理不规范、难保证正确、更改难控制、不方便查找等诸多不便，不利于模块化设计的顺利开展。PLM的基本功能是对研发数据和过程进行管理，以保证产品数据的完整性、一致性和正确性，同时也能够方便设计研发人员及相关人员在权限范围内查找到所需数据，实现企业内部的知识共享，提高知识的重用，避免重复劳动，缩短设计研发周期，提高设计研发质量。

本文基于SIMP/PLM研究PLM实现模块化设计中零部件数据管理的科学解决方案，为PLM进一步对模块化设计整个流程进行管理打下基础。

1 PLM与模块化设计概述

1.1 PLM 概念和作用

动态产品全生命周期管理系统根据业界权威的CIMDATA的定义，PLM是一种应用于在单一地点的企业内部、分散在多个地点的企业内部，以及在产品研发领域具有协作关系的企业之间的，支持产品全生命周期的信息的创建、管理、分发和应用的一系列应用解决方案，它能够集成与产品相关的人力资源、流程、应用系统和信息[1]。PLM的概念提出于20世纪末，提出后迅速成为全球制造业的关注焦点，因为PLM结合电子商务技术与协同技术，能够将产品的开发流程与SCM、CRM、ERP等系统进行集成，将孤岛式流程管理转变为集成化的一体管理，从而实现从概念设计、产品设计、产品生产、产品维护到管理信息的全面数字化。

PLM的主要作用体验在它可以将企业的产品知识进行科学的管理和积累，并能够对产品设计开发流程和业务流程进行优化管理，从而全方面地提高企业生产效率，降低产品生命周期成本，以提升企业的市场竞争力。PLM更是一种理念，即对产品从创建到使用，到最终报废等全生命周期的产品数据信息进行管理的理念[2]。PLM还有第三个概念，那就是PLM软件，它能够部分的覆盖第一个定义中PLM所包含的功能，即可以应用在产品研发过程的数据管理，同时还包括产品数据在采购、生产、营销、服务、售后等方面的应用。

1.2 模块化设计的定义和作用

已知底对于模块化设计，目前还没有统一的定义，比较通行的定义如下：

定义1：模块是一组同时具有相同功能和相同结合要素(指联接部位的形状、尺寸和联接件之间的配合或接触参数等)，而具有不同性能或用途甚至不同结构特征，但能互换的单元(零件、组件、部件或系统)。

定义2：模块化产品是指其部分或者全部由一组特定的模块在一定范围内组合而成的产品。

定义3：模块化设计是基于模块的思想，将一般产品设计任务设计成模块化产品方案的设计方法。它包括两方面内容：一是根据新设计要求进行功能分析，合理创建出一组模块，即模块创建;二是根据设计要求将一组存在的特定模块合理组合成模块化产品方案，即模块综合。它有两种设计形式：一是基型设计，另一是变型设计。基型设计明显包含上述两方面内容，而变型设计一般只包含第二方面内容，但当互换模块不存在时，也须包含第一方面内容。

因为产品的设计是基于模块，可以有效地重用已经设计过的模块，生产中也可以对模块进行批量生产，所以模块化设计有着研发效率高、生产周期短、降低产品开发成本、易于保养维修等诸多优点。当今世界制造业市场竞争日益激烈，企业间都在想法设法的降低成本，并且不断满足客户的个性化需求，以提高自己的市场份额。而模块化设计的巨大优点就是能够满足大批量定制生产的要求，所以模块化设计的发展趋势十分良好。

1.3 在模块化设计研发数据管理中引入PLM的必要性

由于模块化设计的能够满足大批量定制生产的要求，能够显著提高研发和生产效率、降低产品成本、提高产品市场竞争力。国内使用模块化设计理念进行产品开发的企业越来越多。但是国内企业大多数还是采用服务器共享的方式来进行研发数据管理。这种数据管理方式本身就相当落后，具有很多缺点，如：（1）数据准确性难保证；（2）继承性差，不易追溯；（3）变更管理难，很容易出现正式数据和车间或者其他部门不一致的现象；（4）数据查找不方便。而采用PLM进行研发数据管理可以有效消除以上不便。而对于模块化设计，其数据管理因其自身的特点必然更复杂，因此十分有必要在模块化设计中引入PLM的数据管理。模块化设计是系统的科学的设计理念，PLM是先进的信息化企业管理解决方案，两者目前在国内发展都十分迅猛，其结合的趋势也是必然的。但是目前，PLM在解决模块化设计模块数据的处理上还不成熟。本文根据NT公司的具体要求给出模块数据的管理解决方案，从而在这方面做出了新鲜的尝试。

2 基于SIMP/PLM对NT公司零部件管理的典型解决方案

2.1 NT公司零部件数据管理现状

NT公司是大型数控机床制造企业，其应用模块化设计理念进行设计研发也是刚刚起步不久，公司目前对模块数据的管理现状和要求主要有以下几点：

1）公司所有零部件都以“图号”作为唯一识别标志。

2）模块也是作为一种特殊的零部件进行在PLM中进行管理的。

3）几个可替换同类模块的“图号”是相同的，原先通过“图号”加“描述”进行区分。

4）零部件按设计类型可以区分为标准件、通用件、普通件。

5）公司近几年需要上ERP系统。

6）在系统中查找调用模块要快捷简便。

7）需要提供一定的零部件分析、评价工具。

2.2 针对NT公司现状SIPM/PLM提供的解决方案

2.2.1 SIPM/PLM零部件数据属性定义解决方案

根据NT公司具体现状，基于SIPM/PLM得到如表1所示零部件属性定义。

2.2.2 快捷调用模块的解决方案

在SIPM/PLM系统中快速查找出一组模块，有较多解决方案。根据此企业模块化设计推行不久的特点，本文给出一种简洁便于操作的解决方案。

如图，增加一个管理页签“可选配置”，该页签是查询页性质，查询条件是：（1）查询对象是零部件；（2）代号和查询到的零部件“@”左边内容相同。这样就可以方便的调用同类型模块。如图1所示。

表1 PLM零部件管理属性定义

图1 模块快捷调用示意图

2.2.3 零部件分析评价工具

通过系统对标准件、通用件、专用件进行引用次数的统计，得到图表。应用得出的结果，设计者可以考虑对将引用较多的零部件设计成模块。还可以利用系统的报表功能按一定规则生成报表。如图2所示。

图2 PLM标准件引用次数统计图

2.2.4 对典型解决方案的总结

通过以上解决方案，解决了PLM系统管理模块化设计零部件所面对的基本问题。总结下来，就是要注意以下几点：

1）要解决模块在系统中存储的唯一性问题。当企业后续要上ERP系统时，要在属性中加入物料编码，并且解决物料编码和唯一性标识如何配合的问题。

2）要根据企业的实际情况提供快速调用模块的方式，如NT公司模块化设计还处在初级阶段，可以采用本文的方式进行调用。对于模块化设计比较成熟的公司还可以采用参数化或者编程按用户的要求进行复杂条件的调用，使模块调用更加智能快捷。

3）在实施模块化设计的企业中，要注意添加实现零部件统计的功能，使设计者对零部件间的使用情况做快捷的统计，方便模块化设计的后续工作。

3 结语

本文创新性地使用SIPM/PLM软件来优化模块化设计过程，并就模块化设计理念和PLM系统的结合做了最初步的研究，即模块化设计零部件如何在PLM系统中进行有效管理，通过SIPM/PLM数据管理功能对模块化设计零部件数据提供了有效的解决方案，并对PLM系统如何管理模块化零部件数据做了概括性的总结。为基于PLM的大型装备制造业进行模块化设计做好基础工作。

［1］李海庆.协同产品开发的可视化技术与信息管理系统研究[D].四川大学，2007.

［2］张平生，王登化.面向PLM的产品数据管理技术研究[J].装备制造技术，2009.