（机械电子工程专业论文）面向车身开发的产品数据管理系统的应用开发研究.pdf

硕士学位论文 - i - 摘 要 我国在十五规划中明确提出，以信息化带动工业化，用信息技术全面提升传 统制造业的综合竞争力。当前cad/ cae/ cam等计算机辅助技术已经广泛应用 于各个汽车企业，提高了生产效率，同时也产生了新的问题。各个单元计算机辅 助技术不断成熟，彼此之间的数据无法实现有效的共享和交流，形成信息孤岛。 产品数据管理（pdm）是一门以信息技术为基础、以产品为核心、集成和 管理所有与产品相关信息的技术， 是企业信息化不可或缺的工具。 通过实施 pdm 系统实现开发中信息实时传递和数据全面共享，能有效缩短产品开发周期、降低 产品开发成本、提高产品的开发效率，是企业解决市场对产品开发敏捷性要求的 有效途径，也是提升企业产品创新开发能力的必由之路。 首先本文讨论了pdm技术产生背景、发展趋势、体系结构、重要的功能模 块，根据车身开发过程、数据的特点及存在的问题，从功能、性能、组织等方面 对产品数据管理系统的需求进行全面深入地分析。 为实现面向车身的pdm 系统的目标，构建了系统的功能模型，确定系统的 功能模块以及各模块之间数据流向。在此基础上展开基于tceng（teamcenter engineering）的 pdm 系统的应用开发，重点介绍了开发项目管理、用户和权 限管理、文档管理、产品结构管理等模块的应用开发。同时，给出模具设计环节 的pdm系统的具体运作过程。 鉴于工作流管理的重要性和复杂性，本文介绍了工作流的定义和模型，并结 合开发的实际情况，对流程模块进行设计，包括任务分配流程、数据发布流程、 工程更改流程等。 通过对车身开发产品数据管理技术的研究及其在车身开发中的实际应用，可 以看出产品数据管理系统能够有效地支持车身开发的并行集成环境，实现车身开 发数据的统一管理与共享，较好地支持了车身并行设计。 关键词：关键词：车身开发；产品数据管理；功能模型；工作流管理 面向车身开发的产品数据管理系统的应用开发研究 - ii - abstract in the china 10th five-year plan, it is clarified that industrialization shall be driven by informationalization and the comprehensive competent of traditional manufacturing industry be elevated relying on information technology. for the automobile manufacturing enterprise, the application of cad/ cae/ cam technology has promoted productivity development, but brought the new challenge. although various units computer assistance technology oneself is day by day mature. but between each other it lacks effective information sharing and forms the information isolated island. product data management (pdm) is a technology based on information technology, focusing on product, integrating and managing all of the information related to product. pdm technology is an indispensable tool for enterprise informationalization. the application of pdm reduces the product development cycle and cost and promotes related efficiency by means of real-time transmission of information and whole share of data within product development system. therefore, the implementation of pdm system is the effective way to meet the demand of speediness for product development by market and also the only road to enhance the product innovation and development capacity of the enterprises. the paper firstly discusses the background of pdm technology, the development trend，the structure and some important modules. based on the process auto body development, the characteristics of the data and existent problem, it makes an overall and in-depth analysis on demands for pdm system in terms of function, property and organization. to achieve goal of the pdm system for the auto body development, it puts forward the function model and discusses function modules of the system and the data between each module. then it develops the pdm system based on tceng, and the documents management, the product structure management and the product project management have been introduced. owing to the importance and complexity of the workflow management, the paper introduces the workflow definition and the model, and the actual situation of the development carries on the design to the workflow design, including mission 硕士学位论文 - iii - allotment process, documents issue process, engineering change process etc. through the research of the technology of product data management of auto body development and its actual application in the auto body development, we can find out that the product data management system of auto body development can not only support concurrent and integrated environment of auto body development effectively, realize the unified management and share of product data, but also support on current design of auto body better. key words：auto body development; product data management; functional model; workflow management 湖湖 南南 大大 学 学位论文原创性声明 学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1.保密，在_年解密后适用本授权书。 2.不保密。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 硕士学位论文 - 1 - 第 1 章 绪论 1.1 选题背景 汽车工业是国家的支柱产业，集中的反映了当代的制造工艺、材料、电子、 信息等综合科技水平，是容纳大量劳动力就业的场所，也是政府财税收入的重要 来源。因此，各国政府都把发展汽车工业作为自己的重点，形成了国际汽车市场 的激烈竞争局面。 随着现代汽车工程的日趋国际化，除车身外，汽车的部件几乎都可以全球范 围内择优订购。汽车车身的市场生存周期不断缩短，目前国际上一种车型的市场 生存周期平均为3- 5年。与此相比，汽车产品中其它总成的市场生存周期却远比 车身大得多，如汽车底盘等内部零部件的市场生存周期一般在10年以上。对于各 种基本车型的定型车，甚至新开发的车型，其底盘一般变动不大，有的甚至不改 动，而车身部分则变动较大，必须重新设计1。车身的设计与制造已经是汽车设 计、制造中工作量最大、耗资最多的部分，也是生产的关键所在，现代车身工程 已经成为开拓与抢占汽车市场的第一技术要素。 世界各国的汽车制造公司都非常重视汽车车身的研发，为了快速地开发外形 美观、款式新颖的汽车车身产品，发达国家各汽车公司的车身产品开发部门都采 用了先进的cad/ cae/ cam一体化技术和并行工程技术等，实现车身开发的信 息化、数字化。 我国大力发展汽车工业，增强汽车企业的竞争力，其中的关键一环是车身的 开发。我国的汽车工业由于起步晚和相对落后，设计能力一直比较薄弱，汽车产 品设计的知识积累也非常有限，而且汽车开发单元技术和总体优化技术落后，汽 车制造业的信息化技术基础也很薄弱。 目前国际数字化工程技术刚刚起步，我国与先进工业国家差距较小，利用这 一机遇，用信息化带动工业化，采用国际水平的数字化开发平台，提高自主开发 能力，开发出具有自主知识产权的中国轿车，是实现我国汽车工业的跨越式发展 的必由之路。 作者根据实际车身开发项目中所取得的认识，基于teamcenter engineering软 件，提出了面向车身开发的产品数据管理系统的应用，以解决车身开发中的信息 管理的问题，提高车身开发效率，缩短车身开发周期，提高汽车制造业的竞争力。 面向车身开发的产品数据管理系统的应用开发研究 - 2 - 1.2 pdm 技术概述 1.2.1 概念 随着企业中计算机辅助工具的应用，企业中的各种信息流增多，但计算机辅 助工具都是一些离散孤立的系统，企业中各种数据的管理极为混乱和不便。解决 这个问题的关键是建立起一个开放的集成模型框架，将不同环境下的独立系统集 成起来，尤其是将数据信息集成起来。在这样的背景下，产品数据管理被提出来， 随着网络技术、 数据库技术等信息技术的发展， 以及 client/server、 browser/server 体系结构和面向对象技术的应用，产品数据管理技术产生了突飞猛进的发展。 直至90年代中期，学术界和工程领域才取得一致，将pdm（product data management）作为产品数据管理的统一名称。1995年2月，主要致力于pdm技术 和相关技术的国际权威咨询公司cimdata公司总裁ed.miller在pdm today一 文中给出了pdm 的简单定义： “pdm是一门用来管理所有与产品相关的信息（包 括零件信息、配置、文档、cad 文件、结构、权限信息等）和所有与产品相关 的过程（包括过程定义和管理）的技术。”2 同年9月gartner group公司的d.burdick在其所作的“cim 策略分析报告” 一文中将pdm定义为：“pdm是为企业设计和生产构筑一个并行产品开发环境 （由供应、工程设计、制造、采购、销售与市场、客户构成）的关键使能技术， 一个成熟的pdm系统能够保证所有参与创建、交流、维护设计意图的人，在整 个信息生命周期中自由共享和传递与产品相关的所有异构数据。” 3 目前学术界和工程领域对 pdm 的理解基本上达成了共识，即产品数据管 理是集成并管理与产品相关的信息、过程以及相关组织与人员的一项关键使能技 术。 1.2.2 体系结构 pdm 的一般系统结构从底层向上分为系统支持层、对象管理层、功能模块 及开发工具层和用户界面层4。 系统支持层是以关系数据库，如 oracle、sql sever 等为 pdm 的支持平台， 通过关系数据库提供的数据操作功能支持系统对象在底层数据库的管理。 对象管理层采用面向对象的技术实现 pdm 各种功能的核心结构。由于底层 的数据库是关系型的，所以在这一层采用面向对象技术实现产品对象管理的要 求。 功能模块及开发工具层，除了系统管理外，pdm 向用户提供了系统应该具 硕士学位论文 - 3 - 备的各种基本的功能。 用户界面层，用户可以方便地完成管理整个系统中各个对象的操作，位于整 个体系的最上层，向用户提供了交互性很好的图形界面，包括图式化的浏览器、 各种菜单、对话框等。 1.2.3 关键技术 1. 面向对象技术 面向对象技术是 90 年代软件开发技术发展的主流，提高了程序代码的重用 性和开放性，使编程效率大大提高。在 pdm 系统中的应用主要表现是，面向对 象数据库的底层支持，面向对象的 pdm 系统结构，面向对象的产品数据定义等。 2. 数据库技术 数据库是借助于计算机保存和管理大量复杂的数据和信息的软件工具。数据 库技术研究的主要问题是科学地组织和存储数据，高效地获取数据、更新数据和 加工处理数据，并保证数据的安全性、可靠性和持久性5。传统的关系数据库存 在语义不丰富、建模手段不足等问题。为解决这些问题，面向对象数据库、演绎 数据库、知识数据库的研究不断取得突破，从而将推动 pdm 的发展进步。 3. 客户/服务器技术 客户/服务器的实质是请求和服务，该体系结构能使得数据按类别集中存放 在不同的服务器中，有利于管理和维护，同时在处理数据时分散，缓解了服务器 的压力。因此客户/服务器成为 pdm 系统体系结构的必然选择。 4. 邮件传输技术 由于 pdm 系统用户在地理位置上可能是分散的，需要建立有效的信息交流 手段，及时地交换各种意见，如发布各种通知消息，处理冲突并协调工作进程等， 电子邮件成为 pdm 系统的必备功能。另外，用户将自己的文件传递给其他用户， 也从其他用户处获取文件，实现文件的共享，离不开文件传输协议的支持。 5. web 和 internet 技术 为 了 满 足 电 子 商 务 时 代 企 业 经 营 管 理 的 需 要 ， pdm 系 统 必 须 架 构 在 internet/intranet/extranet 之上，必须提供企业产品开发的电子商务解决方案6。 1.2.4 pdm 的功能 商品化的 pdm 系统形式多样且功能也有差异，但是其基本原理都是一致 的，具有以下的功能。 1. 电子仓库与文档管理 电子仓库是 pdm 系统中最基本、最核心的功能，是实现 pdm 其他相关 面向车身开发的产品数据管理系统的应用开发研究 - 4 - 功能的基础。电子仓库提供给用户的主要数据操作功能包括：数据对象的检入和 检出；改变数据对象的状态；转换数据对象的属主关系；按对象属性进行检索； 数据对象的动态浏览与导航；数据对象的归档；数据对象的安全控制与管理功能 等。 文档管理也是 pdm 系统的基本功能之一。所谓文档，对企业来说就是在 产品的整个生命周期中记录产品信息的相关文件或图档。 2. 工作流与过程管理 工作流与过程管理（work flow/process management）主要实现产品设计与 修改过程的跟踪与控制7，定义和控制数据操作的基本过程，主要管理用户对数 据进行操作时，人与人之间或活动与活动之间的数据流向，以及在一个项目的生 命周期内跟踪所有事务和数据活动。 3. 产品结构与配置管理 产品结构与配置管理（product structure and configuration management）的 主要功能有：支持对产品文档的查询、支持零部件使用和部件采用零件的位置查 询、支持版本修改、材料清单（bom）的生成、支持规则驱动的配置等8。 4. 零件分类管理与检索 由于历史的原因，每个企业都有自己的零件编码、分类方法，因此要考虑到 企业的分类习惯和生产管理。 5. 工程更改管理 在企业的生产过程中，工程更改是经常出现的事务，一般都有规范的过程约 束与流程控制。 6. 项目管理 企业中的生产活动是以项目为单位进行组织和管理的。项目管理是一种为了 在规定的时间范围内，完成一个既定的项目，通过一定的方式合理地组织有关人 员，并有效地管理项目中的所有资源与数据，控制项目进度的系统管理方法。 7. 系统定制与集成工具 系统定制是指 pdm 系统按照客户的需求对自身系统进行裁剪、修改、添 加的功能。 pdm 系统作为企业产品数据管理的平台，为了实现对不同的应用系统产生 的数据进行统一管理，必须把外部应用系统集成到系统中来，并提供应用系统与 pdm 数据库，以及应用系统与应用系统之间的信息集成。 1.2.5 国内外发展现状 由于企业需求的不断变化和关键技术的不断发展，促使 pdm 技术在功能 硕士学位论文 - 5 - 上不断完善。pdm 技术的发展历程大致可以分为三个阶段9： 1. 早期简单的 pdm 系统 八十年代后期，cad 技术得到了广泛的应用，工程师们却必须花费大量的 时间在查找设计所需的相关信息上。因此，对 cad 技术所产生的电子数据进 行规范管理的需求变得越来越迫切，第一代 pdm 产品应运而生，在一定程度 上缓解了该问题，仍然普遍存在系统功能较弱、集成能力和开放程度较低等问题。 2. 专业的 pdm 产品 通过对早期 pdm 产品功能的不断扩展和完善，九十年代中期产生了第二 代 pdm 产品，增加了许多新功能，如对异构产品数据的管理能力、对产品结构 与配置的管理、对电子数据发布和更改的控制以及零件分类管理与查询等。同时 软件的集成能力和开放程度也有了较大的提高，少数优秀的 pdm 产品可以真 正实现企业级的信息集成和过程集成。 3. pdm 的标准化 1997 年 7 月，omg（对象管理组织）公布了 pdm enabler 草案。作为 pdm 领域的第一个国际标准，该草案由 pdm 领域的许多主导厂商参与制定，如 ibm、sdrc、ptc 等。pdm enabler 基于 corba (公共对象请求代理架构)技 术，就 pdm 的系统功能、pdm 的逻辑模型和多个 pdm 系统间的互操作性提 出了一个标准。这一标准的制订为新一代标准化产品cpc 的发展奠定了基础 9。 目前主要流行的 pdm 软件产品有，美国 ugs 公司的 plm 产品 tceng （teamcenter engineering） 、美国 sdrc 公司的 metaphase、美国 ibm 公司的 pm（ product management） 、 美 国 ptc 公司的 optegra、autodesk 公 司 的 workcenter、ptc 公司的 windchill 等。 我国在消化和吸收国外成熟的 pdm 产品的基础上，根据我国企业的实际 水平，在已有的自主版权的 cad 软件的基础上开发适合自己国情的 pdm 系 统。国内现有的 pdm 系统有，高华 cad/pdm 系统、开目 cad/pdm 系统和浙 江大学人工智能研究所开发的 gs 系列 cad/capp/cae/pdm 系统10。 国内一些企业如上海三菱电梯、航天部二院、齐齐哈尔车辆厂和上海家化有 限公司等都根据本企业实际情况建立了自己的 pdm 系统。然而这些系统还存在 着不足之处，如应用规模局限于部门之间，阻碍了部门间的数据共享等。 面向车身开发的产品数据管理系统的应用开发研究 - 6 - 1.3 研究内容及意义 1.3.1 论文内容 本文首先对车身开发主要工作流程进行分析，并且进行造型设计与分析阶 段、工程设计与分析阶段、模具设计制造阶段等子流程的细化设计，由此列举车 身开发过程中存在的数据管理问题，提出 pdm 系统实施的必要性。 接着通过车身开发阶段对pdm系统，在功能、性能以及组织等方面的需求 分析，归纳了车身开发数据的特点，建立pdm系统的功能模型，以指导系统的 实施应用。 在以上研究基础上，提出了基于teamcenter engineering的解决方案，以车身 开发过程为例，集成各种cad及办公自动化软件，提出系统的软硬件配置情况， 并采用各功能模块进行信息模型的建立，结合车身开发的具体情况，对文档管理、 产品结构管理、项目管理、组织人员管理等模块进行应用研究，并且给出在模具 设计环节，pdm系统的具体运作过程。 再次由于任务分配、设计数据的发布过程以及工程更改是车身开发的关键子 流程，应用工作流管理模块针对这些重点环节的工作流程实施管理。 最后，对系统的应用开发工作进行总结，指出不足之处，作为今后研究工作 的借鉴，并对系统的进一步开发和维护提出的一些建议。 1.3.2 课题意义 本课题是结合车身开发的项目进行研究的，课题所取得的成果和经验适用于 所有从事车身开发的单位或企业。 该课题主要具有以下几个方面的意义：首先为车身开发的信息化提供一种可 借鉴的方法和思路。车身开发是新车型开发的一个瓶颈，车身开发的信息化是提 高车身开发效率、缩短车身开发周期的必由之路。其次提高车身开发的工作效率， 通过产品数据管理系统的应用开发，挖掘现有计算机辅助系统的潜力，达到全面 管理设计过程、图纸文件及其他设计结果，支持产品的设计变更、审批和发放， 快速实现设计信息的共享、检索查询的目的。再次进一步提高了车身开发的自动 化应用程度，以应用实施pdm系统为着眼点，进一步拓展汽车车身开发的数字 化应用范围。 硕士学位论文 - 7 - 第 2 章 车身开发流程分析 汽车车身设计与制造的技术水平标志着一个国家或者一个汽车集团的汽车产 品开发能力和水平。而汽车车身设计与模具设计试制技术又是车身开发技术的重 要基础和必备环节，开发质量与速度将直接影响到产品将来在市场上的价值和企 业的主动性。 2.1 车身开发流程 2.1.1 车身开发各个阶段 车身开发是指从产品定义开始直到批量投产的整个过程，其过程大致可以分 为以下阶段11。 产品定义及规划阶段 产品定义是对开发车型的基本技术描述，是在公司产品预研的基础上针对欲 开发的某一车型所做的具体描述，在满足市场要求的前提下，启动内外部造型效 果图的设计工作。该阶段也是该车型的规划与计划阶段，由不同部门操作，产品 定义由开发部门负责，规划与计划则由规划部门执行，各自分别制定相关的文件。 造型设计阶段 造型设计师在满足产品定义中给出的硬点条件的基础上，遵照人机工程学的 原理将造型形象体现在具体的车身结构上。造型完成以后，形成三维数据，针对 cas模型提出的意见，重新修正cas模型。铣削加工1：1的软质材料模型，审查 后修改。接下来硬模评审是造型阶段的最后一次评审，即造型冻结的评审。a面 和验证模型评审主要是保证车身外表面的质量，至此，概念设计阶段完成。 工程设计阶段 按总成分开绘制1:1的车身总图作为计划图，可用手工或在计算机上完成。 可用各种色彩标出不同视图或特殊结构，从而给出定性和定量地描述每个总成和 零件的文件，再进行总成和零部件的结构设计，并给出用于指导生产的三维或二 维的设计文件。结构设计要延续到批量投产，一般通过第一轮试制、试验并进行 第二轮设计，以解决发现的问题。正式准备文件发出后，在生产准备的过程中还 要进行设计更改。 工程分析阶段 对车身开发而言，工程分析主要有以下内容：碰撞安全分析、计算流体力学 面向车身开发的产品数据管理系统的应用开发研究 - 8 - 分析、振动噪声分析、运动学与动力学分析、疲劳强度分析、强度与刚度分析、 白车身轻量化分析、典型截面分析、子系统安全分析、开闭件分析、冲压成型分 析、注塑工艺分析、装焊工艺分析、车身运动件运动分析、人机工程分析等等。 试制阶段 样车的制作包括白车身的焊装、车身附件的装配以及与底盘的装配。样车是 对设计结果的重要验证。根据情况不同，有校验样车、总布置功能模型车，过渡 样车等。 试验阶段 车身试验种类很多，从类别上分有性能试验和可靠性(寿命)试验；从种类上 分有考核性试验和安全法规试验；从零部件上分有总车、车身总成、内部装饰件、 车身附件等相关试验。 生产准备阶段 在生产准备阶段，工艺、工装及生产线全面展开，会产生一些要求产品设计 的适应问题，必将发生更改，应及时加以处理，务必保证数据的准确及时。 2.1.2 车身开发的并行工程 就车身而言，实施并行工程就是以车身全生命周期的三维数学模型为基础， 各部门以共同、共时、协作的工程开发节奏进行工作，从而提高车身品质、降低 开发成本、缩短开发周期和最大限度的满足产品对市场的反应能力。 传统的车身开发以串行方式工作，即从车身造型设计、结构设计、车身冲压 工艺设计、车身工艺装备设计、制造以及检测等各个阶段都以串行方式进行。 串行工作方式存在缺点，每一个阶段都依赖于前一个阶段的完成并制约后一 个阶段的进行，整个车身开发的周期为上述各个过程周期的总和。同时，由于各 个阶段的工作分别由车身开发的各专业人员进行，前阶段的专业人员常常不能及 早考虑后阶段可能产生的问题，后期工装模具制造产生问题而不得不修改车身产 品设计，从而使整个车身生产准备各过程反复循环，造成设计改动很大，产品开 发周期长，开发成本高等缺点。 以福特公司为例，1993年，福特汽车公司制定了著名的面向21世纪的“福特 2000年”长远发展规划，其目标是一个新车型的开发周期从当时的36个月缩短到 18个月乃至12个月，新车开发的后期设计修改减少50%，原型车制造和测试成本 减少50%，投资利益提高30%。福特希望用一个产品数据管理系统把cad、cae、 cam集成起来，实现车型的并行开发，即c3p（cad、cae、cam、pdm）12。 实现并行工程可以把车身开发的过程分为以下阶段，如图2.1所示，为车身 开发串并行模式的比较图。 硕士学位论文 - 9 - 图2.1 车身开发串并行模式12 基于 pdm 系统主要应用于产品设计阶段的管理，所以下面重点介绍造型设 计与分析阶段、结构设计与分析以及模具设计阶段的数据产生与流程。 2.2 造型设计与分析阶段 作为开发的最初阶段，其涉及市场研究与规划、方案与造型设计与模型分析 与验证这三个子流程，下面将分别阐述。 2.2.1 市场研究与规划 图2.2 市场研究与规划阶段流程图 面向车身开发的产品数据管理系统的应用开发研究 - 10 - 市场研究与规划阶段首先在提交新产品开发建议书之前，要求收集当前市场 信息并进行分析预测，发现产品或技术的改进和研发机会提供给决策者。建议书 的内容包括有项目来源、建议依据、产品适用范围、项目描述、技术攻关点及解 决方案、建议产品上市日期、类似产品的可比性、产品的实用性和新颖性、市场 前景、成本预测，结合公司的质保、生产、配套、开发能力等方面提出产品开发 的思路及可行性等。 针对建议书中的初步方案及初步效果图进行专利检索，对可能有争议的内容 提出规避方案；项目评审要考虑评价拟开发项目开发的必要性、可行性，竞争优 势，市场需求，规模、定位，成本、投资、效益设计开发周期、进度，技术可行 性；如果立项通过则下达开发令。 2.2.2 方案及造型设计 图2.3 方案及造型设计阶段流程图 此阶段需要在公司内部确定车型并且组建项目核心团队，目的是把项目有关 的最初的计划团队聚合在一起，该团队将负责定义和综合项目的设想、目标和要 求，最后形成一个明确的详细的项目综合描述。 硕士学位论文 - 11 - 项目负责人制订产品开发计划，编制项目开发展日程计划，制定主要任务、 进度。项目组成员、配套部、技术部、开发中心、企管部、生产部共同编制整体 质量计划，制定零部件、整车，强检项目，定型检验计划。明确各项试验内容、 试验依据、试验手段、进度要求等，应尽量保证计划准确性和合理。 对开发计划、整体质量计划评审，判断计划是否符合设计和开发控制程序要 求，是否符合项目进度要求，是否能保证开发质量要求。 计划评审报告通过后，设计总体方案，主要包括项目的总特征，总体描述， 发动机型号，车架（材质、形式）总体配置，选配附件等方面。 在此基础上绘制总布置图，确定攻关项目，如振动、噪音、新技术的应用验 证等并对每个攻关项目都进行风险分析，同时由价格中心进行投资成本预算。 对方案设计及效果图进行总体评估，检验总体方案和效果图是否能满足用户 需求，并评估其功能系统的技术可行性及预估投资。评审通过后，进行专利申报， 并提交效果图。 2.2.3 模型分析与验证 图2.4 模型分析与验证阶段流程图 根据本阶段任务重心工作量、进度对项目团队进行调整，分配相应的任务， 面向车身开发的产品数据管理系统的应用开发研究 - 12 - 对车身造型与总体设计的符合性、与效果图的符合性、人机关系、整体外形造型 风格、整体结构、布局的合理性、工艺性、外形尺寸以及模型的整体协调性、曲 面的光顺性进行评估，最终冻结造型。 2.3 工程设计与分析阶段 2.3.1 工程设计 图2.5 工程设计段流程图 更新项目团队， 更新全程开发计划，进行开发计划评审，通过后对重要资 料编制，包括专用件明细表、通借用明细表a版、零部件重要度分级表等，对设 计师下达设计任务书，内容应包括进度要求，相配合零部件相关尺寸及基本参数 的主要要求，与整车协调性的要求等。对样车扫描，数据经过评审后，可以进行 三维结构设计和虚拟装配。对3d数据的完整性、正确性、以及模具制造的可行 性，曲面的光顺性，分块合理性，装拆是否方便，是否便于维修几个方面进行设 计数据的评估，通过审查的数据可以发放，根据本阶段设计任务书及技术文件完 整性要求编制各种a版本技术文件。 硕士学位论文 - 13 - 2.3.2 工程分析 本阶段主要生成一些分析数据，以及分析报告，包括碰撞安全分析报告、计 算流体力学分析报告、振动噪声分析报告等等，以检测设计数据，如不符合要求， 则要重新生成相关零部件以及总成的设计数据。 2.4 模具设计制造阶段 2.4.1 模具在车身开发中的重要性 一个新车型的车身模具费用大约在1.5亿-2.5亿元，要降低成本就必须降低车 身模具在内的工装投资13。国外发展经验看，汽车上的一些大型结构件，如车 架、车身、车桥、内外饰件等，因体积大不易运输，一般都在整车生产国制造， 模具国产化成为整车厂要考虑的一个重要方面。 汽车模具生产过程复杂，涉及面广、工序繁多，各汽车模具生产企业具体情 况不一样，承接业务也不一样，生产的具体流程不尽相同，但按照工艺环节可以 将其分为设计、制造、协调过程。如图2.6表示汽车模具产品制造的一般流程。 图2.6 汽车模具设计制造流程流程图 右上图可知，可以概括为三大环节，设计过程包括模具订单、设计数模、冲 面向车身开发的产品数据管理系统的应用开发研究 - 14 - 压工艺分析、模具结构设计；制造过程包括fmc（full mould casting）模型制造、 铸件、数控加工、机械加工、模具装配；协调过程包括模具调试、装车协调、模 具验收14。 2.4.2 并行工程在模具设计制造中的应用 模具设计工作开始于车身的造型与结构设计，同时又和冲压成型工艺等密切 相关。由于车身覆盖件的形状及结构较复杂，其设计与制造过程是一个典型的多 领域协作过程，因此在整个设计与制造周期内，必然是多领域知识的综合应用与 频繁交流的过程，采用传统的串行开发模式，易造成整个开发过程各环节的彼此 脱节和总体工作效率低下。 运用并行工程的思想，可以构建模具设计制造的并行流程，如图2.7所示： 图2.7 模具设计制造并行工程流程流程图15 2.5 车身开发中现存问题 经过流程分析可知，随着计算机辅助技术在车身设计中的广泛应用，车身设 计基本上摆脱了传统设计方式中的主图板等二维手段，车身主模型也用三维数模 取代了传统的实物模型。车身覆盖件的模具设计也采用了三维软件，模具的加工 采用数控机床完成。这些现代设计与加工的手段大大提高了车身设计的效率。 而现行的车身设计方法也存在一些问题。这些问题的存在限制了车身开发效 率的进一步提高，表现在以下几个方面： 1. 数据共享程度低 硕士学位论文 - 15 - 车身设计过程中，各个环节交叉进行，各种图纸、文件、报表、修改通知单 繁多，设计数据的一致性较差，数据模型的结构不一致，相互之间无标准接口。 计算机辅助工具都是一些离散孤立的系统，互不兼容的软件所产生的数据不能统 一管理，常常以不同的格式和介质存储，尤其是数据存储于不同的计算机系统中， 包括小型机、工作站和个人计算机等，从而无法在设计、工艺和制造等各个部门 之间有效地实现信息共享。 在数据管理方面，企业仍然停留在使用大型商用关系数据库的层次上，由于 这些数据库不能有效地管理图形、图像等非结构数据，更无法实现过程管理、配 置管理以及对应用工具的集成，从而不能满足在异构与分布式计算机环境中，开 发过程中实现信息集成、功能集成和过程集成。 cimdata公司指出，目前在企业中，每天大约有1/3-1/4的设计、管理工程技 术人员不是专心于自己的本职工作，而是开会、讨论、等待或处理各种信息16。 2. 数据传递速度慢 大部分企业中，数据传递主要是通过书面文件、报表及电话等联络方式，因 而无法及时收集工艺和制造过程中的反馈信息，不能实时反映设计过程中的变 化，甚至无法随时跟踪整个产品设计和制造的进展情况。 原始数据经多种形式转换，不但消耗大量的工时，而且数据准确度无法保证。 同时，在车型开发的实际过程中，由于设计过程是一个不断反复、不断试验的过 程，经常涉及到产品设计的更改，设计版本的更改带来生产的批次的不同，很可 能影响开发项目的进度、资源管理。 3. 知识积累数据库不完善 由于车身外表面形状复杂，设计时须考虑整车性能和多种制约因素，参考的 技术文件和生成的技术文档种类繁多，信息复杂。此外，现行的覆盖件模具设计 方法缺少定量的设计准则，分析计算十分困难，主要依靠设计者的经验。零件的 成形性能，只能凭经验来预估，能否成形并达到产品设计要求，很大程度上依赖 于模具的反复调试及修改，甚至还有彻底推翻原设计的可能性。因此对于企业来 说，开发项目的知识的积累、相关知识数据库的建立是十分必要的。 4. 开发过程中管理不清晰 在当前的车身开发中，多采用项目管理的模式进行。但在实际动作中多是由 项目管理人员人工调配各种设计资源，就难免因为资源的配置不当，阻碍开发的 有序进行，造成设计开发人员相当部分的时间花费在等待上游环节的完成，从而 使得车身开发的效率低下。 由于管理方式落后，设计文件的审批流程，从设计、批准、审核、会签到整 理归档都是用纸质文件进行传输，周期长、效率低、资料的查询、更新、更改和 保存等效率更低，严重影响产品开发进度。 面向车身开发的产品数据管理系统的应用开发研究 - 16 - 5. 产品信息的安全性差 由于产品数据经常以计算机文件的形式存放，安全性难以得到控制，经常发 生数据信息的丢失或无授权修改，导致许多重复劳动，从而降低了车身开发效率。 此外，设计数据和技术文档分散在每个设计者的计算机内，没有保密措施，无法 真正控制图文档的非法调用、删改和复制。 2.6 本章小结 本章对车身开发流程进行了详细的分析，引入了基于并行工程的设计流程， 重点介绍造型设计与分析阶段、结构设计与分析阶段以及模具设计制造阶段的数 据产生与流动。在此基础上对现行车身开发中存在问题进行分析，各种 cax 工 具得到普遍的应用，并行工程真正得以实现，就需要有一个统一的工具从宏观上 将各种应用软件集成起来，并对其产生的大量数据进行统一管理与控制。产品数 据管理 pdm不仅能有效管理大量的围绕产品 cax 工具产生的各种数据，更重 要的是能促进所有这些数据得到深度挖掘、充分利用，实现产品的并行开发，使 得开发活动更加高效的展开。 硕士学位论文 - 17 - 第 3 章 pdm 系统需求分析与功能模型建立 3.1 系统需求分析 在车身开发中，需要多个部门的人员参与，而且要采用多种软件系统。汽车 造型设计师进行美术效果图设计，并且生成车身表面的数学模型；车身结构设计 人员进行车身结构cad，并且利用有限元分析方法进行零件的强度、刚度计算， 车身碰撞分析，制件的冲压成型工艺分析等；最后进行车身工装的设计、分析、 加工以及测量等工作。要实现车身研制开发的并行工程，必须把不同类型、不同 专业的数据以集成化的方式管理，并且建立起统一产品数据管理系统，如图3.1 所示，达到数据共享并且在开发的各个部门、各个阶段，数据能快速、顺畅、准 确而可靠的进行传递。 图3.1 面向车身开发的统一产品数据管理系统 3.1.1 功能需求 根据当前车身开发所存在的问题，并且从并行工程的角度出发，对该系统提 出以下的功能需求： 1. 车身开发流程管理功能 进行信息管理的两条主线是静态的产品结构和动态的产品设计流程，所有的 信息组织和资源管理都应是围绕产品开发展开的。系统应提供车身开发流程的管 理功能，准许项目负责人运用车身开发项目配置管理，动态配置各种设计资源， 项目负责人可以通过本系统的车身开发进程监控模块，实时掌握项目进度，并且 对其进行动态调整，实现车身开发的有序进行。 2. 产品信息的集成管理 能使所有与产品相关的信息和所有与产品有关的过程集成在一起。根据系统 面向车身开发的产品数据管理系统的应用开发研究 - 18 - 内部信息需求，针对车身的技术资料、零件图纸、零件工艺文件、产品物料清单、 产品说明书等进行有效的统一管理，依据有关人员的权限分配，合理运用技术资 料，这样可以有效地防止技术资料的混乱、丢失，保证其安全性。 3. 应用软件集成 以软件技术为基础，集成各种应用软件，应能促使产品开发过程各关键环节 包括设计、分析、工艺、制造等并行化展开，使先进的产品开发方式变为现实。 4. 解决通讯的问题 该系统作为面向车身开发的产品数据管理系统，必须在计算机通讯网络和数 据库的环境下实现协同、实时通讯的功能，要求所有成员能随时了解设计变化， 设计进展情况，要求各小组之间能够及时进行信息交换。 5. 具备知识的积累能力 实现设计信息的基本数据管理，针对具体对象建立标准参考数据库，使设计 师在车身开发的早期阶段，就能基于完整的车身曲面实体的参数迭代优化、结构 特征修改进行参照类比，对新品的静动态性能有所把握。总结归纳企业的整体技 术开发过程，形成新的车身设计信息库，可以实现系统后端数据库的不断扩充和 完善。预备丰富的信息资源和信息服务，有力地支持下一轮新产品开发，可以促 进车身设计开发的良性循环。 3.1.2 性能需求 车身开发过程的复杂性决定其对 pdm 系统性能有着多方面的要求，主要 是系统运行在安全性、可靠性等方面的要求。 1. 数据的安全性 产品数据是企业的生命线，数据安全与否直接关系到企业的生存和发展。数 据的安全包括数据的保密性、完整性、可用性。信息的保密性必须确保重要的技 术信息从输入开始到有效的整个信息生命周期内不被非法浏览和盗用。信息的完 整性确保信息从输入开始到信息失效的整个信息生命周期内，不被非法篡改和破 坏。在设计审核文件等文件中必须确保信息的施加者与信息的关系呈一一对应关 系。信息的可用性确保信息输入正确，调用和输出的信息正确17。 2. 系统的集成性、开放性和扩展性 集成性是指pdm系统中的各cax软件和pdm软件之间信息的有效集成和共 享，以实现产品开发流程的有效展开；开放性是指能够随着产品开发应用技术的 发展，pdm系统保证各应用之间信息的有效集成和共享；可扩展性是指根据企 业产品开发实际需求的变化，pdm系统具有增加新功能的能力。同时，pdm系 统集成的各软件要能提供标准的行业编程工具，包括编码规则设计器等，方便用 硕士学位论文 - 19 - 户根据自己的需要实现系统的本土化，并为用户、合作伙伴、及实施队伍进行二 次开发建立良好技术基础；此外，硬件系统工作可靠，性能稳定；软件系统运行 可靠，无二义性，操作方便，灵活、易于理解。 3.1.3 组织需求 为了克服传统车身的cad/capp/cam系统的串行工作方式，应该按照并行 工程的哲理来设计车身开发系统，建立合理的组织结构，借助于有效的产品开发 运作管理模式，才能最大程度的发挥工作效率。 1.组织模式扁平化 组织模式扁平化以体现简化管理，建立由多学科人员组成的多功能小组。由 于车身开发是一个庞大的系统工程，需要不同部门和各类专业人员参加，从而提 高产品开发过程的运作效率。 2.项目分解 根据车身开发的特点，把整个车身开发项目分解成多个子项目，各个子项目 分别由相应的多功能小组来完成。多功能小组应由不同部门，包括车身设计、工 装设计、工艺、编程、质量保证、服务等部门的人员组成，以提高产品开发效率， 缩短产品开发周期。 3.项目管理的现代化 组织结构适应现代产品开发项目管理的方式，在多功能小组之上设项目经理 部，由多功能小组的组