基于信息系统的汽车产品配置技术研究

徐清魁，李玉刚，朱卫宁（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于信息系统的汽车产品配置技术研究

徐清魁，李玉刚，朱卫宁
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：汽车大批量定制技术的核心是基于信息系统的产品配置，文章通过标准化、模块化、多视图、变更管理、产品结构建模与配置具体方法的论述，提出了构建产品配置的途径。

关键词：大批量定制；产品配置；BOM

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.021

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-53-04

引言

我国汽车工业长足的发展，市场竞争的加剧，使得汽车的生命周期越来越短，汽车厂商只有及时、不断地开发出能够满足顾客现实和潜在需求的产品，才能求得生存和发展。而汽车是流水线大批量生产出来，如何满足市场多样性和客户个性化需求，这是每个厂商都迫切需要解决的问题。

1970年Alvin Toffler提出了大批量定制的概念，大批量定制生产是把多品种单件小批与大批量生产的优点集中起来，同时解决多品种单件小批生产与大批量生产的缺点。大批量定制生产方式已被汽车行业广泛关注与采纳的手段之一，有效解决了“客户定制”和“大规模生产”的两难困境。产品配置贯穿于整个生命周期产品结构的变化，能实现在大批量生产规模下客户的个性化需求，是大批量定制的关键技术之一。

1、产品配置的概念

按照国际标准ISO10007的定义，配置是指对被描述在技术文档中或者体现在产品实际使用过程中的产品功能特性和物理特性进行表示。该定义是从产品特性的角度对产品配置进行定义，相当于客户和销售部门使用的配置需求的概念。产品配置就是指依据一定的配置规则、方法和手段完成一个产品所对应的解空间。因此，配置精确程度的提高意味着解的具体化。产品配置的最后结果是完成产品的空间拓扑结构、明确产品各组成部分的构成关系。另外，配置也被看成是一个选择一组构件并维护其关系以形成一个设计解决方案的过程，这时配置的概念相当于配置设计。

产品配置管理是以信息系统为底层支持，以BOM为组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，对产品对象及其相互之间的联系进行维护和管理。产品配置管理能够建立完整的BOM表，实现其版本控制，高效、灵活的检索与查询最新的产品数据，实现产品数据的安全性和完整性控制。产品配置管理能够使企业的各个部门在产品的整个生命周期内共享统一的产品配置，并且对应不同阶段的产品定义，生成相应的产品结构视图，如设计视图、装配视图和工艺视图等。产品配置管理主要解决以下问题：

1.1 产品配置的生命周期管理

产品数据的管理是一个全生命周期的管理。在产品生命周期的不同阶段，产品会经历一系列更改，同一产品会存在多种不同的配置。一个企业通常情况下都会提供多种产品或产品族，维护这些产品族不同时期形成的产品结构视图是一个费时、费力和易出错的工作，为了保证产品和服务的质量，这些配置需要被准确地记录、跟踪和控制。产品配置管理的一项重要任务就是管理产品结构随时间的变化，即产品配置的生命周期管理。

1.2 产品需求配置管理

最完整物料清单或最完整产品结构，是按照顾客的特殊需求进行定单产品配置的基础。在这种情况下，产品配置是按照顾客的需求进行的。通过配置管理，企业可以在产品设计初期建立一个可以共享的产品特征、选项和零部件的定义，以及它们之间的依赖与限制关系。任何具有权限的人员通过网络浏览器都能够对产品特征进行选择，从而建立客户需要的产品配置。配置管理使得企业具备了通过网络进行客户化配置产品的能力。通过使用一系列的产品特性规则定义，连接了市场的特征/选项列表与工程BOM表，这样可以驱动产品的开发过程，能够加速客户定单的过程，加强企业与客户间的关系。

2、汽车产品在BOM管理上的挑战

实现依据客户需要的产品配置管理，首先必须很好解决零部件线性增加的问题，同时包括由于零部件多样化导致产品种类组合爆炸式增加的问题，否则就会导致产品管理与生产成本非常的高，这些往往取决于零部件构成的复杂程度，并直接体现在BOM上。

全球公认汽车BOM复杂性是各行业中的第一位，一方面由于汽车的零部件构成就有上万个，在商品中仅仅次于飞机；另一方面它的生产组织是流水线大批量，增加了组织难度。下面就乘用车座椅的配置作示例，座椅有八个方面的不同选择，排列组合为864种配置（见图1）。

座椅仅仅是汽车产品一个具体部件，如果把其他部件考虑进来，例如发动机不同功率、排放；车身不同颜色；变速器手动、自动；娱乐设施高低、有无…….保守地说有5000多种配置。如果按传统的BOM配置，将产生5000多种整车配置表，相对应5000多种BOM明细表。如果考虑还有不同平台、系列汽车产品在流水线的混合生产，将会更复杂。如果在无信息系统状态做到准确的管理，不仅会给设计带来非常大压力，同时也会对工艺、生产组织、质量保证带来很多问题。

3、基于产品配置的信息系统的管理

实际上产品配置在纯手工的无信息系统状态几乎不可能完成到精细化的管理，一般说来企业只对销量上占主要的少数配置进行管理（见图2）。随着竞争加剧，各个厂商纷纷对多数配置的细分市场挖潜，以期收益最大化，这一切的改变是基于信息技术的发展给配置管理带来了希望与方法。

4、基于产品配置的开发设计过程重组

在汽车产品实现的过程中，一般强调产品设计是源头，普遍被设计人员接受的传统设计方法，是基于功能的设计方法，并且每设计一个新产品将是独立和全新的。而大量定制强调的不是设计新零件而是组合新产品，它对关键的过程进行分析和重组，以便将以前被人为隔开但又相互关联的活动组合起来。这样大规模定制生产的产品设计包括两个大的部分：全新产品开发和定制产品开发。

全新产品开发根据对市场预测和工厂实际能力的分析，进行新产品和标准模块的设计，这一过程需要有长远的预见性和创新性，同时也有一定的风险性，它的成败将很大地影响企业的命运。具体来讲技术部门需要根据客户需求设计产品的功能，并进行功能分解，然后把功能映射到结构，进行模块化设计，当然也可能新系列借用原有的模块，在这期间可以根据经验，考虑到用户可能的潜在需求，设计一些可选的模块，形成系列产品。一般这与产品规划紧密相连的，设计周期大约1-3年。

汽车行业采取面向订单基于产品模块化的生产模式，面对客户需求，如果当前的基本型产品或者已经存在的变型设计满足客户需求，那么就可以直接根据客户需求配置生成BOM清单，进行制造和装配；如果当前的产品不能满足客户需求，通过变型快速设计能满足需要，得到新的模块并替换原有模块，形成新的变型产品，这就是定制产品设计，定制产品设计是一种常规设计和组合，主要根据合同中顾客需要的具体需求选择适当的组合产品，并按具体的参数对标准模块进行变型设计。定制产品设计强调的是快速满足市场。

如果厂商没有明确的区分这两种设计，那么是很难在产品配置管理上有大的进展的。

5、产品配置的关键技术

要实现产品快速配置管理，必须先通过PLM系统建立并维护产品基础数据库，如基准车型库、选用装置库、标准模块库、专用模块库与相似零部件库等。其次，产品结构管理与产品配置管理密不可分，通过产品结构管理，建立、维护产品配置中的产品结构模型和基本型产品结构是产品配置的基础。产品配置的技术有赖于以下关键几个技术的实现。

5.1 产品的标准化与模块化

产品的标准化主要是保证充分利用已有的零部件资源与结构，国外调查统计，每新增一个零部件，企业一年的固定成本支出要增加250-300欧元，华为3COM调查统计，每新增一个零部件，企业一年的固定成本支出要增加20000多人民币。同时标准化也包括大量使用标准件，提高标准化水平。

模块是一组具有同一功能和结合要素（指联接部位的形状、尺寸、连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。模块化一般指使用模块的概念对产品或系统进行规划和组织。产品的模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品。要满足汽车产品模块化生产模式，汽车产品的设计都是按照模块化来进行划分和设计的，产品模块主要由基本车型和模块化组织的零部件组成。模块化的可互换性和可组合性是实现产品配置的基础。根据模块化思想，产品将传统产品-部件-零件的构成模式转变为以模块和模块单元组成的产品构成模式。如图3所示，模块化产品与传统产品构成的区别在于后者通过独立的模块及子模块构成产品。汽车设计由于引入了模块化设计思想，使得模块化产品实现了产品对客户个性化定制、缩短产品的设计与制造周期和有利于新产品的开发。

5.2 多视图技术

为了使产品的配置过程更加直观，产品数据管理采用视图控制法来对产品配置的不同视图进行描述和管理，不同的产品BOM所组成的信息数据共同构成产品全生命周期内完整的产品信息描述，不同的BOM实际上是这个完整信息在不同职能面的投影，这就是BOM的多视图。如图4所示，每一个视图是一个管理对象，视图中可以包括原材料、半成品、零件、部件等构件及它们之间的关系，这些构件可以同时与多个视图相关联，不同视图间的区别在于构件集合的不同以及构件间关系的不同。从一个产品配置视图可以产生另一个产品配置视图，视图间的转换是通过筛选、复制，修改等操作完成的。每个从GBOM（超级BOM）中派生出来的产品配置都有自己的视图对象，表示一个具体的产品配置。

不同的产品BOM是产品全生命周期内产品信息的全局描述，某一BOM视图则可以看作是这种单一产品定义信息在某一配置规范下的配置结果。 设计、工艺、制造是产品生命周期中的三个主要阶段。

产品生命周期信息模型包括两部分内容：①BOM中零部件的属性，它是汇总不同生产阶段形成的属性全集，在构建不同视图时，填写各视图对应的属性；②BOM视图中的零部件集合，其内容随着生产过程不断演变、不断补充，并最终形成一个全局的完整GBOM，不同视图的BOM是全局BOM在某视图配置规范(设计/工艺/制造)下的产品信息的快像。

EBOM是设计单位从产品功能设计的角度形成的产品零部件结构树，是生产厂商的产品数据的源头；PBOM是由主任工艺师根据工厂实际制造水平和能力、在EBOM基础上增加工装件或工艺拆分件后形成的，工艺部门(如机加、钣焊等)基于PBOM进行工艺设计等工作；MBOM是总装人员从齐套、发料和装配的角度调整PBOM结构、并增加相应的虚拟件而形成的，MBOM直接用于指导生产制造，并作为ERP的数据源。在实际业务中，一般首先创建EBOM视图的产品零部件，并搭建产品结构；EBOM审核通过并发放后，可以将EBOM转换为初始的PBOM，然后增加工装件或工艺拆分件，形成最终的PBOM；PBOM审核通过并发放后，可以转换为初始的MBOM，然后调整BOM结构并增加相应的虚拟件，从而形成最终的MBOM。

5.3 变更的版本管理

首先需要建立对变更的准确定义，不同公司对此可能有不同定义方案，但都需要满足生产组织、售后服务需求。

对产品数据的变更过程进行严格有效的管理，可以保障产品数据的正确性、完整性和一致性。在变更中，同样会涉及到BOM的变更。BOM的变更一般来源于产品设计部门的更改和加工场所反馈导致的变更。EBOM的变更可能会造成PBOM、MBOM、批次BOM的变更。BOM更改包括EBOM、PBOM和MBOM的更改，下面以EBOM为例说明BOM更改的方案。

（1）当设计部门下发正式设计更改单时，生产部门可以基于相应的EBOM进行设计更改。EBOM的更改过程通过创建更改通告(电子更改单)的方式进行管理。创建更改通告前，可以对更改影响进行分析，更改影响分析的规则为：EBOM中零部件的更改是否引起EBOM中父件的更改，由设计部门进行影响分析并完成必要的更改，生产部门接收设计部门的更改结果，直接对EBOM实施更改，不再进行影响分析；对EBOM中待更改零部件对应的PBOM零部件和MBOM零部件及其多级父件给出分析结果，列出被影响件的编号、名称、版本、签署状态和可选操作，并在EBOM更改实施后，将该影响分析结果通知PBOM和MBOM管理员。

（2）EBOM更改可能是对某一个或几个零部件进行更改，更改时需要对这些零部件进行单独审核。

（3）需要根据更改的实施范围对该EBOM对应的批次BOM进行更新。

（4）EBOM更改完成后，系统通知相应的PBOM和MBOM管理员，由其决定是否进行相应BOM视图的更改。

5.4 产品结构建模与配置的规则

PLM系统为企业搭建了统一的产品配置选用平台，在一定产品平台上对所有基准车型、选用装置、系统与模块化库及配置进行统一管理。图5为某汽车企业订单车型模块化配置过程图，根据客户的需求，设计人员在基准车型库、选用装置库、系统与模块库和零部件库的配置设计中，使用基于实例的推理技术为客户产生一个满足客户要求的订单车型，设计中可重复利用已有的设计知识，从而实现订单产品的快速设计。

4、结论

通过产品需求配置能使企业获得灵活的产品定义，以满足不断变化的客户需求。GBOM通过个性化配置工具的定义不同视图BOM使企业能拉近与客户之间的关系，并能提供定制解决方案，多种可能解决方案的评估能协助客户确定最适合他们需求的配置。

在产品开发和产品配置分离的环境中，提供给客户的信息可能是几个月甚至更早以前的信息。配置管理将配置逻辑融入到产品定义和更改过程中，因而消除了信息的延误，随着产品的发布，客户和销售工程师可以立即得到配置信息，这样企业刚发布出某种产品，就能立刻推出最新和最有竞争力的产品，一旦停用某产品，就能立刻报废过时的产品，从而构成企业产品快速反应的优势。

参考文献

[1] 童秉枢,李建明.产品数据管理(PDM)技术[M].北京:清华大学出版社,2000.

[2] 方明伦.俞涛. PDM原理及应用[M].上海:上海大学出版社,1998.

[3] 朱国增,肖刚,高飞.可动态管理元件类的产品表达及其配置管理[J].现代制造工程,2008(08):8-11.

Research on automobile product configuration technology based on Information System

Xu Qingkui, Li Yugang, Zhu Weining
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Abstract:The core of mass customization technology is the product configuration based on information system. In this paper, we discuss the methods of constructing the product configuration through the standard, modular, multi view, change management, product structure modeling and configuration.

Keywords:mass customization; product configuration; BOM

作者简介：徐清魁，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。

中图分类号：U463.6

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2015)10-53-04