汽車產(chǎn)品開發(fā)中PLM系統(tǒng)的應用

2013-05-12 by:廣州有限元分析、培訓中心-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,不僅要引進發(fā)達國家汽車工業(yè)大批量生產(chǎn)的先進技術(shù)、設備和工藝,盡快掌握汽車設計開發(fā)和制造技術(shù),更重要的是要不斷地學習和應用現(xiàn)代的管理思想和科學、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。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變能力為目標,以信息技術(shù)(包括應用軟件)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,參與設計的人員通過瀏覽器就可以共享所有的設計文檔與信息,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。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)設計的各個環(huán)節(jié)中來,使產(chǎn)品從設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)品的設計信息可直接進入企業(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(計算機輔助設計)、PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)和CPC(協(xié)同產(chǎn)品商務)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,可應用于不同企業(yè)(含供應商及客戶)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?？梢哉f:PDM是PLM系統(tǒng)中的一個子集,其功能也是PLM系統(tǒng)中非常重要的基礎內(nèi)容。但是,PLM系統(tǒng)更加強調(diào)對產(chǎn)品生命周期內(nèi)跨越供應鏈的所有信息進行管理和利用,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提供的基于機械設計系統(tǒng)Unigraphics和協(xié)同商務管理系統(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)略理所當然地應該被提到議事日程上來。

利用PLM系統(tǒng)進行汽車新產(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)方方面面的信息進行匯總,然后提供給設計師的,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)中的應用

以往的產(chǎn)品設計,是按時傳統(tǒng)的專業(yè)職能劃分,包括車身、底盤、發(fā)動機、電器等各個總成的設計、工藝、采購、裝機和調(diào)試等,整個過程采用的是串行模式。傳統(tǒng)設計的產(chǎn)品研發(fā)人員屬于獨立的功能部門,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、準確地反饋改進信息,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,也使設計工作在管理、進度上和質(zhì)量上都遇到很大的困難,數(shù)據(jù)的安全問題也很嚴重。為此,企業(yè)迫切需要一個進行信息交流的平臺來提供強大的工作流管理功能,PLM系統(tǒng)就是在這種情況下應運而生的。
PLM系統(tǒng)貫穿于汽車全生命周期的始終:

設計概念:基于市場信息,獲得新產(chǎn)品或產(chǎn)品設計改進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確度。

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

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

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

分銷:產(chǎn)品運送到分銷商,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:產(chǎn)品維護、服務和維修。使用PLM系統(tǒng)存儲各種售后服務信息,為今后的產(chǎn)品改進提供信息。

隨著國際合作分工的深入,國際異地同步設計或者零部件企業(yè)和整車廠的同步開發(fā)、同步設計變得越來越普遍。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計或提出更改意見。

四、國內(nèi)外汽車制造業(yè)應用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)濟效益提供了有效途徑。TICO(TOYOTA INDUSTRIES CORPORATION)于2000年下半年開始IBM和達索公司的PLM解決方案應用叉車的開發(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)費用,縮短開發(fā)周期13個月,設計工程提高了25%。

目前我國汽車制造企業(yè),例如北京吉普、廣州大眾、東風集團等企業(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)應用PLM系統(tǒng)存在的問題及建議

由于我國汽車產(chǎn)業(yè)運用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,信息基礎太薄弱。我國在應用計算機輔助設計技術(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計領域應用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,對應力、應變、位移、剛度和強度的分析比較成熟,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。實施時應受到領導層的高度重視,成立專門的領導小組,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)知識的應用人才,因此在引進和實施PLM項目的同時,應以提高員工整體素質(zhì)為目標,培養(yǎng)企業(yè)自己的信息化技術(shù)隊伍和復合型人才。

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。

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)進程,不斷增強產(chǎn)品設計開發(fā)能力。

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