（机械制造及其自动化专业论文）线束行业中协同设计的数据集成研究.pdf

上海大学硕士学位论文 摘要 线束行业是在电子技术和汽车工业的发展下蓬勃兴起的重要产业，目 前在我国具有强劲的市场需求和广阔的发展前景。线束产品作为汽车、电 子类等产品的配套产品以及与一般刚性机械产品所不同的柔性电气类产 品，具有自身独特的设计特点和协同设计需求。而协同设计正是当前产品 设计的主要发展趋势和国内外研究的热门课题。本文在线束行业产品设计 的具体业务环境下研究协同设计中的数据集成问题，提出了构建线束行业 协同设计数据集成平台的解决方案，并进行了平台的实际开发和实现。 文章首先详细分析了线束产品的设计业务和协同需求，针对性地提出 了基于协同设计数据集成平台的线束设计解决策略，并对平台应具有的特 点和构建时存在的重难点作出深入探讨和具体阐述。 其次，文章基于先进的w e bs e r v i c e 技术为平台建立开放可扩展性的集 成架构。考虑到企业现实信息化程度与理想目标的差距，分别构建了理想 平台体系架构和现实平台体系架构，并指出各自的数据集成解决方案。 接着文章在现实平台体系架构下，重点研究了平台构建时具体存在的 各种数据集成技术，并在研究集成平台的基础信息交换模型时，独创 性地将有着强劲发展势头的管控集成通用标准s p 9 5 用于p d m e r p 系统数 据集成中，不仅可简化设计系统与制造管理系统间的集成，而且为线束企 业日后顺利实施s p 9 5 标准起到了良好的铺垫作用，同时又为弥补当前协同 设计对产品信息交换模型在管控集成方面研究的不足进行了有益地尝试。 最后文章以上海某线束公司为实例，介绍了集成平台构建时的具体目 标、规划及过程，并展示了平台的运行过程和效果，验证了线束协同设计 数据集成平台解决方案在理论上的合理性与在实际操作中的可行性和实用 性，为对线束行业协同设计的进一步研究和实现奠定了坚实的基础。 关键词：线柬；协同设计；数据集成；w e bs e r v i e e ；s p 9 5 v 上海大学硕士学位论文 a b s t r a c t h a r n e s si n d u s t r yi sa l l e m e r g i n ga n dp r o s p e r o u si n d u s t r yw i t h t h e d e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i c sa n da u t o m o b i l e a sah n do fm a t c h e dp r o d u c ta n d g e n t l ee l e c t r i c i t yp r o d u c td i f f e r e n tf r o mg e n e r a l l yr i g i dm a c h i n ep r o d u c t s ， h a r n e s sh a ss p e d a ld e s i g nc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h en e e df o rc o l l a b o r a t i v ed e s i g n w h i c hi se x a c t l yt h ec u r r e n tm a i nt r e n da n dh o tt o p i ci np r o d u c td e s i g nr e s e a r c h f i e l d t h ep a p e rd i s c u s s e sd a t ai n t e g r a t i o no f c o l l a b o r a t i v ed e s i g ni nt h eb u s i n e s s e n v i r o n m e n to fh a r n e s sd e s i g na n di n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fh a l - l l e s s c o l l a b o r a t i v ed e s i g np l a t f o r mw h i c hi sp u tf o r w a r d 船as o l u t i o n f i r s t l y , t h ep a p e ra n a l y s e st h ed e s i g nb u s i n e s sa n dc o l l a b o r a t i v en e e do f h r h l e s si nd e t a i la n dp u t sf o r w a r dt oas o l u t i o nw h i c hb a s e do nc o l l a b o r a t i v e d e s i g np l a t f o r m ，a n dm a k e sat h o r o u g hs t u d yo nt h ec h a r a c t e r i s t i c sw h i c hs h o u l d b eo w n e db yt h ep l a t f o r ma n dt h ed i f f i c u l t i e sw h e nb u i l d i n gt h ep l a t f o r m s e c o n d l y , t h ep a p e rb u i l d su pa no p e na n de x p a n d i n gp l a t f o r ms t r u c t u r e w i t hw e bs e r v i c e i d e a lp l a t f o r ms t r u c t u r ea n dr e a l i s t i cp l a t f o r ms t r u c t u r ea l e b o t hb u i l tu pf o rt h ed i f f e r e n c eb e t w e e ni n f o r m a t i o na c t u a l i t i e sa n di d e a lg o a l s t h e i rc o r r e s p o n d i n gi n t e g r a t i o np r o j e c t sa r ea l s oi n t r o d u c e d f u r t h e r m o r e , t h ep a p e rl a y sa ne m p h a s i so na l lk i n d so fi n t e g r a t i o n t e c h n i q u ef o rr e a l i s t i cp l a t f o r ms t r u c t u r e e s p e c i a l l y , t h e9 5 t hs t a n d a r da r o j o c t ( s p 9 5 ) s t a n d a r dw h i c hi s ac o m m o ne n t e r p r i s e - c o n t r o ls y s t e mi n t e g r a t i o n s t a n d a r di si n i t i a l l yp u tf o r w a r dt ou s ei np d m e r pi n t e g r a t i o n , w h i c hc a r ln o t o n l yb eab a s i sf o rh a l h e s se n t e r p r i s ec a r r y i n go u ts p 9 5s m o o t h l yi nt h ef u t u r e ， b u ta l s og i v eav a l u a b l e a t t e m p t i n c o m p l e m e n t i n gt h e r e s e a r c ho f e n t e r p r i s e - c o n t r o ls y s t e mi n t e g r a t i o ni np r o d u c ti n f o r m a t i o nm o d e l i n gf o r c o l l a b o r a t i v ed e s i g n f i n a l l y , t h ep a p e rt a k e st h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o ne f f e c t so ft h e p l a t f o r mi nas h a n g h a ih a r n e s sc o m p a n ya sa ne x a m p l et op r o v et h ev a l i d i t y , 上海大学硕士学位论文 f e a s i b i l i t ya n dp r a c t i c a l i t yo ft h eh a r n e s sc o l l a b o r a t i v ed e s i g np l a t f o r mt h e o r y , e s t a b l i s h e sab a s i sf o r t h ef i l l t h e rr e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o nf o rh a r n e s s c o l l a b o r a t i v ed e s i g n k e y w o r d s ：h a r n c s s ，c o l l a b o r a t i v ed e s i g n , d a t ai n t e g r a t i o n , w e bs e r v i c e , s p 9 5 l 上海大学硕士学位论文 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：i 塾丝日期：坦2 ：三2 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 上海大学硕士学位论文 第一章绪论 自1 8 5 0 年前后制造业由个体手工业转变为手工业作坊，机械制造技术的发 展迄今已有1 5 0 多年的历史。在这其中，产品设计技术的发展始终是推动制造业 前进的主要因素。同时，根据成本积淀理论，设计阶段决定了大约7 0 8 0 的 产品成本；产品的可定制性、可维护性、质量等因素也多半是在设计期间决定的 1 1 。在当今以动态联盟为基础的敏捷竞争模式下，对市场需求的快速响应能力和 新产品的创新开发能力更是成为企业竞争的焦点。可见，产品设计是企业生存和 发展之本，是提升企业核心竞争力的关键因素。 近几十年来，信息技术的迅猛发展和经济的全球化驱动着企业产品设计模式 发生了根本性的变革。当前产品设计不仅面向产品，而且需要面向整个制造过程， 面向产品全生命周期，面向整个社会及全球经济；不仅涉及到设计知识和制造技 术，而且涉及到计算机科学、网络、多媒体、数据库、人工智能、可持续发展理 论等多方领域，朝着多学科交叉的方向发展；不仅基于企业内各部门问的协同， 还需要分布在不同区域的多企业的合作。传统的局限于企业内产品设计的理论和 方法已经不再适用于现今开放的设计环境，取而代之的是新兴的协同设计理论和 相关技术。在计算机技术的支持环境中，一个群体协同工作完成一项设计任务， 称之为协同设计翻。协同设计注重设计过程中的交互行为，包括设计者之问的交 流，设计者与制造者、供应商、客户等之间的沟通，以及设计者对产品全生命周 期与整个设计环境的理解和使用，充分体现出互相合作、资源共享、协同决策的 价值。 协同设计的实施要求企业内外各应用系统间建立起开放互联环境，用于保证 设计过程中信息交流的可靠性。然而，目前的普遍情况是，动态联盟中，供需链 中，甚至是在企业内部，都存在着各种各样的设计系统、数据管理系统或其它应 用系统，这些系统往往各自独立、封闭运行，相互间不存在数据的交互，形成所 谓的“信息孤岛”，给协同设计造成了一定的困难。如何在企业内外的诸多应用 系统间实现无缝集成，给协同设计提供良好的信息共享技术支持，对于设计领域 的研究具有十分重要的意义，已经成为国内外研究的一个热门课题。 协同设计包括数据集成、过程集成与实时互操作等众多研究热点，其中数据 上海大学硕士学位论文 集成是最基本的一项研究内容。本文将在线束行业具体业务环境下研究协同设计 中的数据集成问题，提出线束行业面向协同设计的数据集成方案并进行可行性验 证。 1 1课题研究背景 电子技术和汽车工业的发展带动了线束产业的蓬勃兴起。线束是指将电线电 缆与端子( 连接器) 压接后，两端再插上注塑件形成的连接电路的组件【3 1 ，广泛 应用于汽车、航天工业、地铁轻轨、船舶、家用电器、计算机和通讯设备、各种 电子仪器仪表等各个方面，在我国具有强劲的市场需求和广阔的发展前景。 1 1 1线束产品的重要性及其技术发展 电子产品或汽车的设计功能要在使用过程中最充分地展示出来，全靠强劲的 动力和各种信号的指挥。线束就是产品动力和各种信号分配系统的传输载体，是 产品电路的网络主体。特别是汽车线束，素有汽车神经之称。随着人们对汽车安 全性、舒适性、经济性以及排放清洁性等要求的日益严格，汽车线束更是越来越 复杂。例如，现今一辆中档轿车，会有近一千个连接界面，三十几个微处理器， 几百对连接器，所用的导线总长度可达1 5 0 0 米到2 0 0 0 米 4 1 。一般而言，产品的 功能越强，体积越小，其电线束的技术含量、复杂程度也就越高。像笔记本电脑、 手机、数码摄像机的线柬均需超小型化、高密度化等【5 1 ，在技术上有较高的要求。 电线束与汽车同时诞生，但没有同步发展和提高。在很长一段历史时期内， 对汽车机械性能的研究重于对电气性能的研究，所以电线束作为整车的一个部 件，始终没有得到过重视，对其技术质量的评价仅仅是导通与否，电线束的加工 工艺也仅仅采用传统的绞接，焊接，栓接等落后工艺，其工作状态的可靠性、互 换性和缺陷的可维修性都很差。国产汽车的可靠性低，其根源均在于此。 7 0 年代末8 0 年代初，由于压接工艺的应用和控制手段的成熟，使电线束的 制造技术产生了一个飞跃。电线束的单线抗拉强度大大提高，机械性能趋于稳定， 压接点的电压降能得到有效控制，信号在传输过程中的损耗大大减少，整车的可 靠性成倍的提高，电线柬的功能由单一的供电回路扩大到信号传递。 根据功能以及整车装配的便利性，线束一般可以分为仪表集群，发动机集群 2 上海大学硕士学位论文 以及车身集群。随着i t 技术的发展而出现的e 概念车，提出了汽车网络化，模 块化的发展方向，线束的网络集群已经呼之欲出，功能可由传递普通信号扩展到 大量数据信息的传递，可以说是线束制造技术的第二次飞跃。 由于导线传输信号的局限性，越来越阻碍着整车的发展，因而大量使用光缆， 将使汽车线束的制造技术迎来第三次飞跃，光缆具有传输速度快，容量大，体积 小，保密性强，抗干扰好等优势，将很快成为未来汽车数据处理和交换的重要优 选材料，使动力和信号分配系统进入一个新的发展历史阶段，目前宝马公司的d 级轿车上，已经使用了光缆技术，日本也已经紧跟其后，进入实际装车阶段。 两次飞跃间隔时间的快速缩短，说明现代汽车在机械性能日趋成熟的同时， 电气性能也飞速发展，汽车电子电气系统正在向一个新的方向演变，多种新技术 将在线束设计中应用，如多路传输技术，多站连接技术，电子、电气合一技术等。 线束技术的快速发展给线束企业提供了新的机遇，也对线束企业提出了严峻的挑 战。 1 1 2我国线束行业的发展现状 目前，国内约有大大小小几百家汽车线束与其他线束加工厂，其规模大小、 水平高低各不相同，主要分布在上海、北京、天津、东北地区、浙江、江苏、广 东、福建、山东、安徽、重庆等省市。线束企业大致上可分为三种类型：外资企 业、汽车配套定点企业和民营企业【6 1 。外资企业规模大、投入大、定单稳定，如 联合电子、德尔福、矢崎等，近年来发展迅猛，技术主要来自美国、日本、欧洲 等地区，企业销售规模在5 - 3 0 亿元之间，组装人员在1 5 0 0 - 2 0 0 0 名左右，这样 的企业约有1 0 家；由国内6 0 年代发展而来的汽车配套定点企业，如长春市灯泡 电线有限公司这类股份制企业，经过几十年发展，为一汽、二汽公司配套了大量 的线束，其技术水平在不断提升，销售规模在2 , - 6 亿元之问，组装人员在 1 0 0 0 2 0 0 0 人左右，这样的企业约有8 家左右。民营企业如浙江合兴电子有限公 司等，这些私营企业销售规模在l 4 亿元之间的大约有2 0 家左右，其余的企业 销售规模均小于5 0 0 0 万元。“其他线束”加工厂希望挤进汽车线束组装领域，而 汽车线束组装企业更想进入其他配套领域，这就构成了激烈的市场竞争基础。线 束技术的发展推动着线束生产越来越集中在有技术实力型的企业。随着线束发展 3 上海大学硕士学位论文 步伐的加快，线束市场的竞争将会趋于白热化。 1 1 3线束设计的发展趋势 长期以来，中国的汽车市场，始终是客户去适应汽车，工厂造什么车，客户 只能用什么车。“十五”期间随着轿车家庭化，特别是中国加入w t o 以后，汽车 市场向国际开放，最终必将是顺应世界潮流汽车适应客户。客户的多样化， 对汽车的配置要求也将越来越多样化、复杂化、非标准化，这就决定了整车的任 何一个变化必然会引起电线束的变化，电线束厂生产几万套，甚至几十万套完全 一样的电线束的局面将被打破。因此提高自主开发能力，进行参数化设计和系统 化设计，保持与整车设计同步，是电线束今后的主要发展方向之一 7 1 。 由于电线束功能的多样化，新设备的问世和新工艺的完善，传统的、作坊式 的、手工操作的生产方式将逐渐被淘汰，供货周期显著缩短。市场竞争提高了线 束企业对线束设计水平的要求。从单纯地搞线束后期制造，到配合整机厂进行线 束前期开发和成为必然的趋势。在这种环境下，如何提高线束的协同设计能力便 成为相关企业和研究机构的关注焦点。 1 2课题来源、目的及意义 2 0 0 5 年6 月，上海大学机自系和上海飞乐股份有限公司合作启动了线束制 造一体化信息系统一期项目，面向线束协同设计的数据集成是项目的重要组成部 分。目的是通过对线束企业调研分析，提出并实现协同环境下的线束设计与数据 集成系统，广泛应用于中小型线束相关企业中，提高广大设计人员的工作效率， 快速响应客户需求，提升线束产品的市场竞争力。 本课题的研究有助于线束行业信息化的推广应用，通过具有线束行业特征信 息化平台优化组合各类设计资源，提高线束企业快速响应市场变化能力，缩短研 发周期，提高设计的质量和效率，降低设计的成本，从而进一步增强线束企业的 竞争力。 4 上海大学硕士学位论文 1 3国内外研究现状 1 3 1线束设计的研究现状 鉴于线缆类柔性件与一般刚性机械产品的不同，许多c a d 软件( 如u g ， p r o e ，s o l i d w o r k s ，c a t i a 等) 公司专门开发了面向线缆类产品的模块，能够帮助 设计人员快速地进行线束布线设计( 简称线束布线模块) 。这类软件模块是原设 计软件的扩展，一般具有开放的数据文件可与外部交换布线数据，但格式各不相 同。此外，市场上也出现了专门的线束设计软件，如c i m - t e a m 公司的e 3 系列 产品，提供了较为全面的电气线束布线设计解决方案。 此外，人们还将并行工程用于线缆设计，进行了线缆类产品协同设计的初步 研究。上世纪九十年代初，针对航空工业中所存在的线缆设计的问题，美国的 c o n m ，a b 和c u t k o s t y ，m r 采用并行工程的方法，构建出一个用于线缆设计者 的协同设计系统，能够显示并比较多种线缆设计布线方案，但是该系统并没有考 虑线缆的实时可操作性，且只局限于虚拟设计上【l 引。 但各种线束软件系统都未涉及线束加工行业迫切需要的线束工艺设计部分 功能，而通用的c a d c a p p 系统难以满足线束加工的个性化需求。 1 3 2协同设计的研究现状 协同设计的起源可以追溯到计算机支持的协同工作( c s c w ) 技术的兴起。 在经济和技术的双轮驱动下，通信技术、计算机技术以及网络技术的融合促进了 c s c w 新领域的产生。c s c w 技术的实质和目的是：利用多媒体、计算机、通 信、网络等技术建立一个协同工作环境，在此环境中人们可以相互合作，共同工 作于一个产品，一个研究领域、一个项目或求解一个学术上的难题【1 4 1 。计算机 支持的协同设计c s c d 是c s c w 的一个重要研究领域和应用方向，指在计算机 和网络支持的环境下，由多个成员协同工作完成一项共同的设计任务”l 。作为 各国先进制造技术发展战略中的重要支撑技术，协同设计引起了世界范围内研究 机构和企业界的广泛重视。 l 、集成技术 协同设计具有分布式的数据集成、过程集成和组织集成的特征。过程集成的 5 上海大学硕士学位论文 方法一般是以工作流系统( w f m s ) 技术进行设计进程的协调和控制【1 6 】【1 7 】；组 织集成体现在基于团队并强调入人交互关系，有多方参与协同设计【1 8 】；数据集 成是过程集成和组织集成的基础，没有数据集成，则过程集成无法进行，组织集 成亦无用武之地。 人们对于协同设计数据集成的研究十分丰富，随着计算机技术的发展分别进 行了基于a g e n t 1 9 1 、c o r b a t 2 0 、d c o m 2 ”、j 2 e e 2 2 1 、w e bs e r v i c e 【2 4 1 等的分 布式应用集成基础架构研究，例如，2 0 世纪9 0 年代初，斯坦福大学的c u t k o s k y 等人首先基于a g e n t 研究开发了分布集成的并行工程试验系统p a c , r 1 2 5 1 。浙江大 学针对图形c a d 系统的异地广域协同设计要求，架构了一种以w e b 服务为基础的 图形c a d 协同设计框架模型，并通过实例验证了模型的有效性 2 6 1 ；但此框架所 支持的图形c a d 系统，要求其设计基元是图形学对象，如建筑、纺织、图案和室 内效果等领域的c a b 。 人们还使用x m l l 2 7 11 2 8 、本体f 2 9 1 、s t e p 3 们、网格等解决协同设计数据集 成中的语法透明、语义透明、共享模型和动态资源集成问题。如华中科技大学提 出了一种在协同设计环境下基于语义的半自动化本体建立方法，可以避免协同设 计中设计者对概念理解的不同而产生的不一致性，建立的本体具有可扩展性1 3 2 。 清华大学提出了w e b 环境下一个c s 结构的机械协同设计系统，采用s t e p 标准， 在各设计单元间通过网络工程数据库使用数据转换接口实现了数据交换【3 3 】；中 南大学将协同设计建立在网格环境中，提出了网格支持的现代协同设计系统 g m c d ，并分析了它的体系结构、几个关键技术及其实施策略，认为g m c d 具备了 适应网格环境变化的“弹性”，克服了传统设计手段的封闭性、局限性和设计能 力的不完备性，减少了设计资源的重复投入，缩短了产品研究和开发周期 3 4 1 。 2 、p d m 技术 在协同设计过程中，必须保证把正确的信息，在需要的时刻，利用计算机网 络传输方式，传递给需要的入【3 5 】，这就需要使用产品数据管理( p r o d u c td a t a m a n a g e m e n t 。p d m ) 技术对产品数据进行统一管理。p d m 技术最早出现在2 0 世 纪8 0 年代初期，目的是为了解决大量工程图纸文档的管理困境，然后逐步扩大 到产品全生命周期管理( p r o d u c tl i f e c y c l em a n a g e m e n t ，p l m ) 技术。p d m 是管 理所有与产品相关的信息和过程的技术，而p l m 是指管理产品从规划、概念设 6 上海大学硕士学位论文 计、工程化设计、生产、营销、维修与售后服务的全生命周期中的信息与过程【3 6 1 。 p d m p l m 技术作为一种工具，提供一种结构化方法，有效有规则地存取、集成、 管理、控制产品数据和数据交换；它们依据全局信息强调共享的观点，可为不同 地点、不同部门的人员营造一个协同工作环境，使他们基于同一数字化产品模型 一起工作。p d m p l m 技术作为沟通企业各种信息的桥梁，成为协同设计的关键 技术之一。 华中科技大学提出了基于w e b 的协同环境下产品全生命周期管理系统功能 模型，目的是为企业提供一个支持协同设计的开放式共享式产品开发环境【3 7 】； 吉林大学从产品全生命周期角度认为基于物料清单( b o m ) 可解决协同设计中 c a d 系统与p d m 系统间的信息集成 3 8 1 ；同济大学对p d m p l m 系统的异地协 同应用进行研究，提出以面向服务的方式来实现异地协同框架1 3 9 ；国外一些著 名的c a d 软件厂商，如p t c 公司、e d s 公司等纷纷推出自己的p l m 解决方案 1 4 0 ，s o l i d w o r k s 软件亦可通过接口模式实现了与p d m 之间的双向集成f 4 l 】。 总之，协同设计是先进制造的重要研究内容，近年来发展非常快；p d m p l m 的产品全周期管理思想，已发展形成较成熟的商品软件产品。如何基于协同设计 思想，实现有线柬行业特色的设计、工艺、加工制造的协同；如何基于产品全生 命周期管理的思想，建立高性价比的支撑协同设计的信息集成平台，是线束行业 信息化的迫切任务。 1 4课题主要研究内容与创新点 本论文的研究内容为： 对线束企业进行实地调研，了解线束设计加工业务，摸清制造流程，详 细分析与线束设计加工有关数据格式与特点； 提出基于协同设计思想具有线束行业特征的线束设计加工信息系统框 架模型： 提出面向产品生命周期管理、支撑线束协同设计、满足线束实际需要的 开放信息平台方案； 配合信息系统原型的实现，通过线柬行业典型案例验证以上方案的合理 性和实用性。 7 上海大学硕士学位论文 创新点： 面向线束行业的协同设计 线束产品作为汽车、电子类等产品的配套产品以及与一般刚性机械产品 所不同的柔性电气类产品，具有自身独特的设计特点和协同设计需求。 而协同设计理论是当前产品设计的主要发展趋势和国内外研究的热点。 协同设计理论在线束行业具体业务环境下的实践是一种新的尝试。 基于标准的线束信息集成 线柬产品的数据集成可以通过多种方式来实现，但本文提出基于国际通 用的管控集成s p 9 5 标准统一数据交换中间格式，可以简化设计技术系 统与制造和管理系统间的集成，并为线束企业日后顺利实施s p 9 5 标准 起到了良好的铺垫作用。 论文章节安排： 第一章：介绍课题研究背景，课题来源、目的及意义，国内外研究现状，课 题研究内容、创新点和技术路线等； 第二章：总结线束设计业务调研，分析线束设计的特点和协同环境、协同过 程，详细描述线束协同设计时存在的信息需求问题，针对性地提出基于协同设计 数据集成平台的线束设计解决策略，并探讨平台应具有的特点和构建时存在的重 难点： 第三章：针对线束协同设计的数据集成研究中所使用到的各类技术、工具加 以介绍，为后续章节对这些技术、工具的使用打下基础； 第四章：详细介绍线束协同设计数据集成解决方案及其关键技术，并对其实 现的基础信息模型和数据交换展开研究，探讨将8 p 9 5 标准用于协同设计数 据交换模型的必要性和可行性，并用于解决线束协同设计中p d m e r p 数据集成 的业务需求； 第五章：以实例说明线束协同设计数据集成解决方案，详细介绍方案的具体 实现，展示效果以验证论文观点； 第六章：总结课题的研究内容，指出不足之处，并展望进一步的研究。 论文章节的组织结构如图1 1 所示： 8 上海大学硕士学位论文 1 5 本章小结 图1 - 1 论文总体框架 本章为全文之首，从课题的研究背景入手，向读者介绍了课题来源、目的及 意义，对线束设计和协同设计的国内外研究现状作了详细分析，最后描述了课题 的研究内容、创新点和章节安排等，展示了论文的脉络。 9 上海大学硕士学位论文 第二章线束协同设计的信息需求 2 1线束设计业务分析 经上海飞乐股份有限公司沟通协调，我们项目小组分别对上海三家规模不等 的公司( 分别以a 、b 、c 表示) 进行了线束设计业务调研。其中a 公司规模偏 小，自动化程度不高，手工作业居多，信息化水平较低；b 公司规模中等，具有 一定的自动化和信息化水平。c 公司是一家大型中美合资企业，自动化和信息化 水平较高，在线柬行业中居上。 2 1 1线束设计的一般流程和设计原则 就线束产品本身来说，其设计基本上遵循一定的流程，大致分为三个阶段： 电路设计布线设计工艺设计。 其中电路设计包括电源分配设计、线路保护设计( 熔断器、断路器和易熔线 的选取) 、继电器选取、搭铁分配设计；电路设计一般由线束制造商的客户针对 他们的产品需要进行，通常客户在设计好电路后生成电气原理图，然后进行布线 设计和物理特性设计，最后产生线束绑扎图与材料清单交与线束制造企业进行线 束工艺加工设计。近年来，技术能力较强的线束制造企业逐步参与配合客户完成 布线设计以达到提高效率实现双方企业双赢的目的。 布线设计实为线束产品的机械设计阶段，包含了实机优化布置和走向设计及 材料选配工作。实机优化布置和走向设计主要是设计不同区域的线柬走向、直径， 考虑线束过孔的密封和保护，设计线束的固定孔位和固定方式等；材料选配包括 连接器的选配、端子的选配、导线的选配、密封件的选配等。 最初的布线设计是采用落后的工具手工布置走向和测量距离的，随着计算机 技术的发展，设计人员开始使用三维c a d 软件进行走向设计，而目前一些主流 c a d 软件如p r o e 、u g 、s o l i d w o r k s 等已经能够提供线束布线模块进行三维模 拟布线设计。在线束设计过程中材料选择需遵循一定的设计原则，这些设计原则 目前大多已形成了各种标准【4 2 】【4 3 】：如汽车线束行业标准、插接器行业标准、汽 l o 上海大学硕士学位论文 车用熔断器标准、汽车用易熔线标准、日标电线标准、德标电线标准、国标电线 标准等。 工艺设计与线束设计密切相关。线束加工企业的工艺设计从有利于加工与装 配的角度，把线束产品拆分为较小的装配组合直至单线。根据线束生产工艺流程， 线束工艺设计主要是在线束的开线压接工序设计加工单线的总长( 切断长度) 、 压接端子处剥出芯线的长度( 剥线长度) 和拉脱力等加工工艺参数，并制作开线 压接工艺指示卡；在装配和总装工序制作钉板图作为装配工具。由于大多加工工 艺参数在产品设计阶段就已确定，装配的钉板图亦是根据线束设计后形成的线束 总装图制作。由此可见，线束制造企业在设计阶段需与客户保持密切的技术信 息交流。 2 1 2 两种典型的线束设计业务模式 目前，大部分线束企业是面向制造的生产模式，在该模式下仅需要线束工艺 设计功能；而线束行业的一些龙头企业开始进入面向设计的生产模式，在该模式 下需要完成部分布线设计功能与全部线束工艺设计功能。 对于面向制造生产模式，线束工艺设计处理客户提供的一般为已设计好的电 子或纸质二维线束总装图、电路摘要表和材料清单等图档，各种数据格式的图档 内容复杂，型号标注多样，不易看懂，故而不能直接拿到生产部门指导生产，也 不便于公司对产品数据的统一管理，这就需要线束企业的设计人员对客户看板进 行详细的数据分析、分解，绘制出本厂格式的图档，并进行工艺设计，制定工艺 文件。 对于面向设计生产模式，先要协助客户进行布线设计，客户一般会提供线柬 配套产品的三维总装模型和线束电气原理图，线束企业的设计人员则据此进行三 维布线和材料选配等产品设计工作，三维布线后可由三维软件自动生成二维线束 绑扎图、电路摘要表和材料明细表。但线束布线软件不提供工艺设计功能，不能 自动产生生产用二维分线束连接图、绑扎图、开线表等线束工艺加工文件，仍需 人工完成工艺设计功能。在材料选配时，设计人员需要根据电气信息查阅各种手 册、资料等。在布线和选配过程中，需要与客户反复交流，直至客户确认设计结 果方能设计定型。 上海大学硕士学位论文 通过以上分析可知，不论是面向制造还是面向设计模式，对线束企业来说， 工艺设计是最基本技术环节。设计结果包括以下一定格式的图和表：二维线束总 绑扎图( 总装钉板图) 、二维分线束绑扎图( 装配钉板图) 、二维分线束连接图( 插 接工艺指示图) 、二维闭装端子连接图( 闭装压接指示图) 、材料明细表、开线压 接工艺表和检验工艺表。 2 2 线束行业的协同设计 2 2 1多企业参与的典型线束设计流程 线束设计的两种典型方式决定了线束设计具有两种典型的设计流程。但不论 是哪种流程，都需要线束行业中多个企业的参与和合作，共同设计出符合需求的 线柬产品。 在面向制造的方式中，线束配套产品的制造商( 客户) 首先需查找材料数据， 必要时会和线束材料的供应商联系，待确定好材料明细表后交与线柬制造商，线 束制造商联系材料供应商进行材料采购确认和成本统计； 在面向设计方式下，客户将材料选配的任务交给线束制造商，只提供线束的 电气部分设计要求和线束配套产品的三维模型，但客户与材料供应商之间也会有 业务联系。故而不论在哪种模式下，企业间的联系都呈网状结构，如图2 - 1 所示： 图2 - 1 网状企业问联系 面向制造的设计业务流程为：经双方协议后，客户将二维线束绑扎图、电路 摘要表和材料明细表交与线束制造商，线柬制造商根据客户提供的资料进行二维 设计并查询材料信息进行采购确认和成本统计，经内部评审合格后进行工艺设 计，着对客户的原材料设计有所改动，则内部评审合格后再提交客户评审，待客 上海大学硕士学位论文 户确认，进行试制生产，客户验收通过后会下订单，至此，线束设计算是初步定 型。如图2 - 2 所示： 线柬制造商材料供应商网络赍源提供者 赫 里，鼎 固 嚼一旦竺竺苎_ q 向 一一 - 币顶雨磊莉 q 白 旦 n 0 r 一一。l ! ! ! ， _ ( d 一 m 亟巫匝卜 j 墨n o 太 r 翻 、唯一 函 l 图2 - 2 面向制造的业务流程 线柬制造商 材料供应商网络资源提供者 锄l ( 巡 盛i ! i ) l ，辜罢圃 帅 彦 币渍雨磊神 ( d 一 m 亟堕耍卜 t m l 崮 - 图2 - 3 面向设计的业务流程 上海大学硕士学位论文 面向设计的业务流程与前一种流程的区别在于：客户提供三维模型图和电气 原理图，而不提供材料明细表，线束制造商需要自己查找资料选配材料并进行线 束的三维设计，在通过内部评审并得到客户确认后进行二维设计和工艺设计。流 程如图2 3 。 2 2 2线束设计的协同需求 从线束设计的业务分析可知，线束产品自诞生以来，其设计就具有自身鲜明 独特的特征，而这些特征又决定着线束设计具有一定的协同需求： l 、“客户的参与和定制”特征产生“面向客户需求的协同”需求 线束是与其它产品如汽车、家用电器、通讯类、电子类等相配套的产品，其 设计首先需要客户的参与和定制，故需与客户进行协同设计，为一种满足客户需 求的协同设计。通过需求协同，企业可以快速获取产品需求及需求更改，并根据 需求变化，快速设计或调整方案，达到对需求快速反应的目标。需求协同可以确 保产品的设计意图同需求相一致，从而降低产品开发成本。 2 、“材料选配为关键设计之一”特征产生“面向材料供应的协同”需求 线束产品的设计中，除了根据配套产品进行布线走向设计外，主要是面向线 束产品材料的选择和装配的设计，与线束主要材料厂商如连接器和端子厂商、线 材厂商关系密切。线束配套产品厂家可能自己与材料供应商进行沟通，选配材料； 在配套厂家没有确定产品材料的情况下，线束制造厂的设计人员需要与材料供应 商进行沟通，选配产品的合适材料，并需得到客户的确认； 3 、“图纸设计和工艺设计相融合”特征产生“面向产品制造的协同”需求 线束的加工工艺较为简单，并且在线束图纸设计过程中就可以确定绝大部分 工艺参数。如前所述，线束的开线工艺关键是要设计剥线方式和剥线长度，线柬 的压接工艺需要知道端子类型和压接力，这些必要的工艺参数都在图纸设计时就 己设定；线束的装配工艺更是在线束总装图成形后就完成了所需钉板图的设计。 线束图纸设计与工艺设计的融合也意味着线束设计应该是面向产品制造的协同 设计。 可见，线束产品的设计需要线束配套产品厂家、线束制造商、材料供应商( 主 要是连接器和端子生产厂家、线材生产厂家) 相互之间密切配合，交流协作，具 1 4 上海大学硕士学位论文 有明显的企业间协同设计的需求；同时在线束企业内部也存在着不同领域专家间 的协同设计需求。 2 2 3线束协同设计的定义和特点 协同设计在实际业务中可呈现多种表象，可以是多设计者围绕同一产品进行 不同局部的设计，相互考虑约束，然后组装成整体；也可以是多设计者围绕同一 产品进行不同方面的考虑，按照一定的规律或时序进行设计、修改等。从前面的 分析可知，线束的协同设计当属于第二种。 线束的协同设计可定义为：线束企业利用计算机手段，在企业各部门间和协 作企业间进行有效的数据集成和信息交互，为线束设计及时方便地提供充分正确 的分布式资源，并能面向产品制造周全考虑各方面因素，最终实现面向客户需求 的协同、面向材料供应的协同和面向产品制造的协同，达到一个高效、优化的线 束设计效果。 线束协同设计是线束设计在计算机技术推动下的发展，具有以下多个特点： 1 、多种计算机应用软件的采用各种各样计算机辅助设计软件的出现和推 广深刻改变了线束产品的设计模式。客户轻松提供其产品的计算机三维模型图和 电气原理图，线束制造商亦在c a d 软件上进行产品设计。有些企业还采用产品 数据管理系统进行包括设计数据在内的企业信息的维护和管理。 2 、多专家并行设计线束设计需要综合考虑产品全生命周期各阶段中的所 有因素，由不同知识领域的专家并行协同设计。线束的材料选型、设备选型、布 线技术、图形绘制、工艺制定等各方面需要不同的领域专家分工协作，以达到最 优化的效果。 3 、多设计主体的动态分布性线束设计除了与客户产品密切相关外，还需 充分考虑原材料性能、设备能力等相关设计参数。设计主体不仅地理位置分散， 而且协作关系在不断变化。 2 3线束协同设计的信息需求 通过以上分析可以发现，由于线束产品的个性化特征，其设计过程中涉及的 信息非常复杂，具体问题和主要的业务需求有以下几方面： 上海大学硕士学位论文 2 3 1与线束客户协同的信息需求 线束客户进行布线设计有手工与采用线束布线模块两种方式： 手工布线方式：一般手工绘制二维线束绑扎图与e x c e l 表格交给线束制 造企业；数据格式举例如下图2 - 4 ： 图2 - 4 二维线束绑扎图和材料明细表 左图为二维线束绑扎图，右图为材料明细表，表中左栏标明材料型号规格， 右栏标明了材料的数量长度。此图表均为某客户厂家提供，而线束制造厂还需 将此图表转换成本厂通用格式方便生产制造。 由于每个客户企业都有自己特定的线束数据结构格式、编号及描述，故线束 制造厂面临着将各种各样的数据格式加以转换的信息需求。 线束布线模块方式：一般三维线束布线模块可自动生成二维线束绑扎图 与材料清单；但线束布线模块依赖特定的数据源文件，例如s o l i d w o r k s 的 r o u t i n g 布线模块使用x m l 文档建立线束材料库，如图2 5 所示： 删帅 i 1 旷a d 中们 一b i l l b m l 。t t f ，一d 一 一一b “，- i 。， 一t o c l ， 7 t b i c l _ ， d r i 口t v i 。c 1 一， o m v ，一。 一一口i i ， 一r “m 一“d 一l 。o 删， o rn d ，o 。oo 一伽- 一 m i n o r 。p l n c o l - 。m m _ 4 。i o ， + 一。 + 一7 l o 一， + 一o i _ - ， m l v l o0 。 o ， 一r l i r i 州2 d qy o 帅。 一r rv _ “， 一p 7 2 0 口y 舢， - o 。u j i 一。o a t j 。 一c 口- - _ m a “ 一m d - oo r ) 删 + j o + 一1 ， + w i mo 。o m “b 图2 - 5s o l i d w o r k s 的x n d 文档 对其中节点作出解释如表2 1 左表： 1 6 上海大学硕士学位论文 s w - ：m l l 节点名称s w - m a l l 节点含义 c a b l e l i b r a r y娃材库 c a b l e 电缓 c a b l e n a m e电绩名称 p a r 口q u m b f f 零件编号 d e s c r i p t i o n 描述 0 u k d ：粗 电! 毫外径 n o o f c 盯酷线芯根数 缝芯 c o r