汽車產(chǎn)品開發(fā)中PLM系統(tǒng)的應(yīng)用

2013-05-12 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

汽車新產(chǎn)品的開發(fā),從它的基本理念、組織形式、實施步驟和開發(fā)手段上都貫穿著信息技術(shù)和微電子技術(shù)的成果,已經(jīng)達(dá)到了全新化的程度。汽車工業(yè)是一個技術(shù)高度密集的成熟產(chǎn)業(yè),是當(dāng)今許多新技術(shù)的載體,而汽車的新產(chǎn)品開發(fā)則是汽車技術(shù)的核心。中國作為汽車工業(yè)的后起發(fā)展國,不僅要引進(jìn)發(fā)達(dá)國家汽車工業(yè)大批量生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和工藝,盡快掌握汽車設(shè)計開發(fā)和制造技術(shù),更重要的是要不斷地學(xué)習(xí)和應(yīng)用現(xiàn)代的管理思想和科學(xué)、高效的管理方法,從而來推動我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

一、產(chǎn)品生命周期管理(PLM)的概念

產(chǎn)品生命周期管理PLM(Product lifecycle Management)來源于全球制造業(yè)信息化的長期實踐和發(fā)展。自20世紀(jì)末提出以來,這一管理發(fā)展十分迅猛,成為全球制造業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來,國外已有超過70%的大中型汽車制造商使用了PLM系統(tǒng),從而節(jié)約了開發(fā)成本,縮短了開發(fā)周期,提高了經(jīng)營效率。而我國在PLM的研究應(yīng)用上則剛剛處于起步階段。

產(chǎn)品生命周期管理PLM不僅是一種戰(zhàn)略性的思想方法,而且也是一套應(yīng)用系統(tǒng)和具體的解決方案:即是一種在虛擬企業(yè)范圍內(nèi)管理整個產(chǎn)品開發(fā)過程中如何進(jìn)行協(xié)同工作的協(xié)調(diào)方法。

概括地說,PLM是一種“產(chǎn)品至上”的理念,屬于企業(yè)信息化的范疇。但是,由于PLM屬于一個發(fā)展很快、比較新的信息化領(lǐng)域,所以提供PLM系統(tǒng)方案的各個公司尚沒有特別統(tǒng)一的定義。國外研究人員普遍認(rèn)為:實施PLM是以企業(yè)的產(chǎn)品為中心,以提升創(chuàng)新能力和隨需求而提高的應(yīng)變能力為目標(biāo),以信息技術(shù)(包括應(yīng)用軟件)為手段,通過對企業(yè)知識型資產(chǎn)的管理,建立一個從概念、開發(fā)、生產(chǎn)到維護(hù)的整個產(chǎn)品生命周期動作的體系。圖1為產(chǎn)品全生命周期框圖。

具體來說,PLM系統(tǒng)的實質(zhì)就是通過構(gòu)筑產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)而建立一個統(tǒng)一的產(chǎn)品研發(fā)系統(tǒng)平臺。在這個平臺上,參與設(shè)計的人員通過瀏覽器就可以共享所有的設(shè)計文檔與信息,甚至可以通過瀏覽器共同完成某種產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計工作。系統(tǒng)平臺可以根據(jù)不同需求,實時提供個性化的技術(shù)信息咨詢服務(wù)。PLM可以做到,不僅僅是企業(yè)的員工之間,包括企業(yè)的最終用戶和合作伙伴,都可以跨越時空的限制,參與到該企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)中來,使產(chǎn)品從設(shè)計開始階段就可以充分注意到和體現(xiàn)出用戶的需求。同時,由于產(chǎn)品的設(shè)計信息可直接進(jìn)入企業(yè)的生產(chǎn)制造系統(tǒng),從而大大縮短了新產(chǎn)品從創(chuàng)意到上市的時間周期。

PLM系統(tǒng)包含了CAD(計算機(jī)輔助設(shè)計)、PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)和CPC(協(xié)同產(chǎn)品商務(wù))3種不同層次的信息系統(tǒng)。CAD主要用于企業(yè)部門內(nèi)部;PDM主要用于企業(yè)部門之間;CPC則是不受時空限制,可應(yīng)用于不同企業(yè)(含供應(yīng)商及客戶)之間的產(chǎn)品開發(fā)信息系統(tǒng)。

協(xié)同是PLM系統(tǒng)的核心,其包括兩方面的含義:

第一,產(chǎn)品全生命周期內(nèi)各階段之間的協(xié)同和管理;

第二,產(chǎn)品開發(fā)各個階段或環(huán)節(jié)上各相關(guān)企業(yè)、相關(guān)部門和相關(guān)人員之間的協(xié)同工作。

追溯起來,PLM系統(tǒng)并不是個全新的,它來自于PDM,是PDM的繼續(xù)發(fā)展和優(yōu)化,兩者之間有著深刻的淵源關(guān)系。可以說:PDM是PLM系統(tǒng)中的一個子集,其功能也是PLM系統(tǒng)中非常重要的基礎(chǔ)內(nèi)容。但是,PLM系統(tǒng)更加強(qiáng)調(diào)對產(chǎn)品生命周期內(nèi)跨越供應(yīng)鏈的所有信息進(jìn)行管理和利用,這是兩者本質(zhì)的區(qū)別。

目前PLM系統(tǒng)主要的解決方案有:IBM推出的基于Catia V5和ENOVIA的PLM解決方案、EDS提供的基于機(jī)械設(shè)計系統(tǒng)Unigraphics和協(xié)同商務(wù)管理系統(tǒng)Teammcenter的PLM解決方案、SAP公司推出的mySAP PLM解決方案、PTC公司推出的基于Web架構(gòu)以及整合了proeNGINEER和Windchill的PLM解決方案等。

二、實施PLM系統(tǒng)進(jìn)行汽車新產(chǎn)品研發(fā)的重要性

近20年來,中國已從國外先后引進(jìn)了不同級別的數(shù)十種車型,推動了一批轎車企業(yè)的建立和發(fā)展,汽車零部件行業(yè)的技術(shù)水平也有了迅速的提升。中國汽車產(chǎn)業(yè)用10余年時間走完了發(fā)達(dá)國家轎車工業(yè)幾十年走過的路。經(jīng)過10多年的努力和摸索,我國的汽車制造技術(shù)得到顯著的提高,且已形成了一定的產(chǎn)量規(guī)模。目前,我國汽車產(chǎn)業(yè)的客觀條件已經(jīng)初步具備,實施新產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略理所當(dāng)然地應(yīng)該被提到議事日程上來。

利用PLM系統(tǒng)進(jìn)行汽車新產(chǎn)品的研發(fā)是十分必要的。其重要性在于,PLM系統(tǒng)是圍繞產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)新的信息集成。也就是說,它是從提高制造企業(yè)核心競爭力的角度出發(fā),把企業(yè)方方面面的信息進(jìn)行匯總,然后提供給設(shè)計師的,所以能夠使產(chǎn)品開發(fā)取得事半功倍的效果。從國外實施PLM系統(tǒng)企業(yè)的成功案例可以看出,PLM系統(tǒng)不僅給這些企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益,而且在綜合競爭力方面也使企業(yè)占有了無可比擬的優(yōu)勢。同時,實施PLM系統(tǒng),不但能夠提高我國汽車企業(yè)的開發(fā)設(shè)計、制造能力和競爭力,還能帶動相關(guān)的IT行業(yè)的發(fā)展,從而體現(xiàn)出汽車工業(yè)作為國家經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的作用。

三、PLM系統(tǒng)在汽車產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用

以往的產(chǎn)品設(shè)計,是按時傳統(tǒng)的專業(yè)職能劃分,包括車身、底盤、發(fā)動機(jī)、電器等各個總成的設(shè)計、工藝、采購、裝機(jī)和調(diào)試等,整個過程采用的是串行模式。傳統(tǒng)設(shè)計的產(chǎn)品研發(fā)人員屬于獨(dú)立的功能部門,各部門往往從自身的利益出發(fā),使信息流集成不暢、工作流出現(xiàn)很多障礙,致使下游不能及時、準(zhǔn)確地反饋改進(jìn)信息,而上游又無法控制下游的更改,出現(xiàn)錯誤時容易造成相互扯皮、責(zé)任不清。另外,每天大量的圖紙、更改單、工藝文件和各種數(shù)據(jù)報表在這些部門間傳遞,繁瑣的審批流程以及紙介質(zhì)的傳遞方式,也使設(shè)計工作在管理、進(jìn)度上和質(zhì)量上都遇到很大的困難,數(shù)據(jù)的安全問題也很嚴(yán)重。為此,企業(yè)迫切需要一個進(jìn)行信息交流的平臺來提供強(qiáng)大的工作流管理功能,PLM系統(tǒng)就是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的。
PLM系統(tǒng)貫穿于汽車全生命周期的始終:

設(shè)計概念:基于市場信息,獲得新產(chǎn)品或產(chǎn)品設(shè)計改進(jìn)的概念的生命力的信息。

市場需要分析:制造企業(yè)研究新產(chǎn)品的市場需求,以及滿足需求的可行性。PLM系統(tǒng)從所連接的其它系統(tǒng)提取信息,增加市場需求分析的準(zhǔn)確度。

設(shè)計:設(shè)計工程師綜合利用PLM系統(tǒng)提供的信息(售后服務(wù)信息、工藝數(shù)據(jù)、客戶需求和偏好等)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。

采購:采購人員對產(chǎn)品制造所需的器件、材料、部件和設(shè)備進(jìn)行初步分析。PLM系統(tǒng)提供器件/材料的可獲得性、報價、潛在供應(yīng)商、替代器件等信息。

生產(chǎn):根據(jù)研發(fā)工程師建立的設(shè)計規(guī)格和采購的器件和材料進(jìn)行生產(chǎn)。通過質(zhì)控/質(zhì)檢或其他過程控制方法來檢查生產(chǎn)是否與設(shè)計規(guī)格一致。

分銷:產(chǎn)品運(yùn)送到分銷商,分銷商儲存商品等待客戶定單或者將產(chǎn)品直接送到最終用戶。PLM系統(tǒng)提供歷史需求數(shù)據(jù),從而降低庫存水平。

售后服務(wù):產(chǎn)品維護(hù)、服務(wù)和維修。使用PLM系統(tǒng)存儲各種售后服務(wù)信息,為今后的產(chǎn)品改進(jìn)提供信息。

隨著國際合作分工的深入,國際異地同步設(shè)計或者零部件企業(yè)和整車廠的同步開發(fā)、同步設(shè)計變得越來越普遍。使用PLM系統(tǒng)將有效地保證異地同步設(shè)計的完事性和一致性,并可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)及上市時間。

PLM系統(tǒng)具有“創(chuàng)造”、“控制”、“協(xié)作”的功能。所謂“創(chuàng)造”,就是能讓汽車制造商以及他們的供應(yīng)商在開發(fā)汽車組件和系統(tǒng)時,利用該系統(tǒng)分析這些新開發(fā)產(chǎn)品的外形、尺寸功能,以及建立制造這些零件必需的指令。所謂“控制”,就是提供安全、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)環(huán)境,在整個概念、外購、發(fā)展、更改、生產(chǎn)就緒狀態(tài)階段控制數(shù)據(jù),并將其支持為產(chǎn)品提供服務(wù)時所需的審計跟蹤咨詢。所謂“協(xié)作”就是說,由于產(chǎn)品開發(fā)過程日益分散,所以消除不必要的出差成本和時間就非常必要,該系統(tǒng)通過利用互聯(lián)網(wǎng)的可伸縮性,可為分布在全球的工程師提供實時協(xié)作工具,使他們不用離開總公司就可以高效地交流各自的設(shè)計或提出更改意見。

四、國內(nèi)外汽車制造業(yè)應(yīng)用PLM系統(tǒng)概況

PLM系統(tǒng)為全球汽車業(yè)提高競爭力和經(jīng)濟(jì)效益提供了有效途徑。TICO(TOYOTA INDUSTRIES CORPORATION)于2000年下半年開始IBM和達(dá)索公司的PLM解決方案應(yīng)用叉車的開發(fā),使開發(fā)周期由原來的18周減少到10周,開發(fā)成本降低53%;通用公司使用了EDS的PLM解決方案后,每個車型可以節(jié)約5000萬美元的開發(fā)成本;福特公司采用EDS的PLM解決方案后,僅開發(fā)蒙迪歐一款車,就節(jié)約了2億美元的研發(fā)費(fèi)用,縮短開發(fā)周期13個月,設(shè)計工程提高了25%。

目前我國汽車制造企業(yè),例如北京吉普、廣州大眾、東風(fēng)集團(tuán)等企業(yè)已經(jīng)開始意識到了PLM系統(tǒng)的重要性,并在企業(yè)中應(yīng)用了PLM解決方案作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的平臺和工具。

五、我國汽車企業(yè)應(yīng)用PLM系統(tǒng)存在的問題及建議

由于我國汽車產(chǎn)業(yè)運(yùn)用PLM系統(tǒng)還處于剛剛起步階段,所以存在和容易出現(xiàn)一些問題,需要引起注意。

其一,企業(yè)發(fā)展不平衡,信息基礎(chǔ)太薄弱。我國在應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)上和國外汽車企業(yè)存在著很大的差距。目前基本牌以下狀態(tài);汽車造型是我國汽車設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用CAS技術(shù)最薄弱的環(huán)節(jié),CAS技術(shù)的利用剛剛處于起步階段。近年我國的CAE水平有了很大的提高,表態(tài)分析軟硬件水平已經(jīng)與國外水平接近,對應(yīng)力、應(yīng)變、位移、剛度和強(qiáng)度的分析比較成熟,但對整車車身的分析近期才開始,對整車的模擬碰撞只有部分分析,沒有完整的整車模擬碰撞分析。CAE分析技術(shù)人員還很缺乏。PLM系統(tǒng)雖然有些企業(yè)開始在做,但水平不一,多數(shù)只是停留在文檔級。

其二,實施PLM系統(tǒng)往往要涉及到企業(yè)管理,橫跨多個部門、多個環(huán)節(jié),這無疑加大了實施難度。實施時應(yīng)受到領(lǐng)導(dǎo)層的高度重視,成立專門的領(lǐng)導(dǎo)小組,參與項目的全過程。

其三,實施PLM系統(tǒng),獎金投入很重要,但更重要的是要有合格的掌握相關(guān)知識的應(yīng)用人才,因此在引進(jìn)和實施PLM項目的同時,應(yīng)以提高員工整體素質(zhì)為目標(biāo),培養(yǎng)企業(yè)自己的信息化技術(shù)隊伍和復(fù)合型人才。

其四,企業(yè)上PLM項目時不能盲目求大,指望一蹴而就,一上來就追求完整的解決方案,而是應(yīng)從本企業(yè)的實際出發(fā),根據(jù)自身的需求,采用逐漸分步,由局部到整體的方式實施,著眼于解決目前的實際問題。

其五,目前實施PLM系統(tǒng)獲得成功的企業(yè)還都是國外的一些大型企業(yè)。中國企業(yè),特別是大型國有企業(yè)的管理模式(人、財、物、產(chǎn)、銷等方面)和國外企業(yè)有很大程度上的不同,實施PLM系統(tǒng)方案時既要借鑒國外企業(yè)的成功經(jīng)驗,也要充分注意到自身的不同特點(diǎn)。

總之,中國汽車產(chǎn)業(yè)為了要在全球化市場競爭中不斷發(fā)展壯大,必須采用類似于PLM系統(tǒng)這樣先進(jìn)的、優(yōu)化的管理方法和技術(shù)手段來優(yōu)化和加快產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程,不斷增強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)能力。

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