（机械工程专业论文）基于并行协同环境下的长安微车系列车型车身改型开发研究与实践.pdf

重庆大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t t h i s st r uct ur e p a p e r i s a n a l y s i s a b o u t c o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g c o n c e p t a c a s e 一 一 c a r r y o u t v e h i c l e m a i n a n d b o d y d e v e l o p m e n t b a s e o n o n e c h a n g a n v e h i c l e p l a t f o r m . i n d e p t h a n a l y s i s t h e w a y o f曲i c h e x e c u t i n g c o n c u r r e n t d e s i g n i n v e h i c l e m a i n b o d y d e v e l o p m e n t p r o j e c t ，a n d o r g a n i z e 另一个指同阶段相关设计 任务的过程并行化，如在总装设计完成后 试制并行开展的外试验件、电装部分设计。 重庆大学工程硕士学位论文 绪论 汽车工业十分重视和迫切需要 缩短产品开发周期， 象克莱斯勒公司 和福特公司， v p d是应用计算机辅助技术和过程开 发和分析零部件和在 整车环境中审查有关配合、组装、总装、制造等信息的一种方法论。而 克莱斯勒公司用v p d不只是创造发明 各种新的汽车部件，同时还针对着 生 产过程和客 户服务。 在过去 几年里， 两家公司认识 到产品及相关信息 的 管理是v p d计划 取得成 功的 重要 组成部 分， 因 此在 技术上大 量 投资。 克莱斯勒公司用称作电子材料账单 ( e b o m)的内部开发程序和 c a t i a 数据管理器 ( c d m) 来满足产品和数据管理的要求，并 进一步将它们集 成为一种产品 ( 这里 “ 产品”是指车辆零件、生产过程及客户服务过程) 开发模型。福特公司也有一些产品和数据信息管理的办法，现在公司采 用s d r c公 司 的m e ta p h a s e 软 件 进 行 广 泛 的 产 品 信 息 管 理， 不 仅 管 理 产 品数据， 还管理车 辆整个寿命期的 各类信息， 使参与产品 开发过程的 人 员能快速访问 信息 和重新利用这些信息，由 此尽量减少在寻找 数据或生 成数据上浪费时间。 除了 产品和数据管理以 外， 汽车制造厂商还拥用 c a d / c a m / c a e 工具库。 谈到c a d ， 工程师大多设 计出 三维数字模型， 在需要画图的数 据时，只要从这种三维模型上提取。例如为 9 8型汽车发明的新的发动 机就是一种完全三维的数字式无图纸设计方案，克莱斯勒公司从 1 9 9 4 年 开始对汽车车体进行无图 纸设计，因为用图 纸会发生开发过程中的同步 问题，需要定期更新那些中间阶段的图纸文件。对于 c a m 用途，公司 使用 c a t i a以 及称作数字式制造过程系统 ( d m a p s ) 仿真制造过程， 福 特公司的c a d / c a m概 念 正 在 改 变， 公 司 的 多 种 解决 方 案 ( m u lti p l e - s o lu tio n s ) 的c a d策 略包含自 己 的 产品 设 计图 形系 统 ( p d g s ) 软 件和来 自 其它公司的 各种程 序， c a m任务已 经部 分地用 一种内 部 开发的c h ip s 程 序 和 c o m p u te rv is io n 公 司 的 c v n c 软 件 来 处 理 。 (p 12 1 作为名为“ 福特 2 0 0 ( ) 年“ 的全球重构计划的一个组成部分 ( 包括 c 3 p倡议) ， 福特汽车公司将使 c a d / c a m / c a e操作标准化，以 达到产 品开发时间缩短三分之一的目 标。 两家公司还利用了各种先进的技术工具来加强它们的 v p d计划及 竞争 力。 在 各 个 实 施 阶 段 使 用了 快 速原 形( r p ) , 虚 拟 现 实( v r ) . i n t e m e t ( 互 联网 ) 。 在 工程 师 一定 要 看实 物 部 件时， r p是 一 种 解决办 法， 两 个公司 都对 r p系统进行投资， r p技术的最大优点是节省时间，能快速得到一 个具有代表性的能体现设计意图的原型， 这样可以 很快地进行产品评审， 同时r p 也是得到实际的生产工装的好办法。目 前v r正处在茁壮成长的 初期，v r是一种界面，它可以使工程师在一种仿真但又现实的环境里操 重庆大学 1 程硕士学位论文1绪论 作 来 检 验 他 的 设 计 思 想11112 1 并行工程己 经成为r 当 今世界汽车制造商赖以生存组织现代汽车开 发、制造的 “ 法宝” ，是因为并行工程使我们可以: 1 . 通过纵向 和 横向 设计过程的并行化重组， 缩短产品研制开发周期， 包括减少设计反复，缩短设计时间、生产准备时间、制造时间和发送时 间等; 2 . 通过合理规划和利用企业的各种资源，降低产品整个生命周期的成 本，包括产品设计、制造、发送、支持、客户使用以及产品报废的成本; 3 . 通过严格、 合 理的 过程管理和 优化控制， 全面 提高 产品质量， 包括 设 计 、 工 艺 、 韦 蛤和 服 务 的 质 量 。 15 1 1 9 9 2 年，并行工程的完整 概念由8 6 3 / c i m s 专家正式引入我国，引起 了国家科委和 c i ms主 题的高度重视。1 9 9 5 年 8 月，国家科委设立了以 航天产品开发为背景的8 6 3 / c m重大关键技术及攻关项目“ 并行工程” 。 该 项目已 于 1 9 9 7 年 1 2月 通过鉴定， 鉴定委员们一 致认为: “ 并行 工程”项目 是一个既有很高的技术难度，又有明确应用背景的关键技术 攻关项目。以 清华大学为主的五个单位第一次在国内系统的研究并应用 了并行工程的方法， 解决了多 项关键技术，总结了 实施并行工程的参考 模式，培养了一支人才队伍，达到了立项的目 标，为我国 c i ms技术从 信息集成向产品开发过程集成的发展， 作出了 开创性的贡献。与国际上 近年来所从事的并行工程研究与开发的技术水平相当，在应用方面有自 己的特色，有些关键技术达到了国际先进水平。 该项目 在以下几个主 要方面作出了 突破性的创新: 1 )提出了一种集成化、并 行化的产品开发过程，开发了 相应的建模与仿 真工具; 2 )提出了 集成产品开发团队的建立与实施模式，实现了 网络环境中的协 作产品开发; 3 )实现y 全数字化产品定义， 基于s t e p 标准和产品 数据管理系统进行 集成化与 并行化产品开发，8 6 3 / c i ms 专家组从8 0 年代末开始布置s t e p 的跟踪、研究，不仅推出了 基于 s t e p的集成化 c a d / c a p p / c a m产品 ( 北航的红地和浙大的大天系统) ，而且 在许多c i m s应用工程的实施过 程中， s t e p 规范也被广泛川来支 持信息集成。 特别 在 1 9 9 5 - 1 9 9 7 年开展 的“ 并行工程”的攻关l 一 作中， s t e p标准被广泛用来支持不同应用之间 的数据交换和共享; 4 )提出了一套实施并行工 程的参考模式，包括企业问题分析、产品开发 !庆大学工程硕士学位论文 绪论 过程重组、 集成产品开发团队的建立与管理、 全数字化产品定 义以 及计 算 机工 具 的 应 用 等。 iii 1 . 2本论文的研究背景 并行工程对于汽车新产品开发来说具有深远的意义，很多企业的领 导千部虽然不知道并行工程，但他们在无意识中就利用了并行工程的一 些理念和内 涵。本论文将从并行工程应用于汽车车身改型开发中的工程 实践出发，从理论上深入、全面地剖析并行工程，以作为理论与实践结 合的产物。 长安公司目 前需要建立基于一种平台的车身开 发体系， 传统的“ 串 行”开发模式满足不了目 前汽车市场竞争的需要，只有建立基于并行协 同环境下的车身开发模式才自 e i t 应汽车市场竞争。 长 安 s c 6 3 3 1 系列 车型 在激烈的 汽车市场竞争中， 市 场占 有率 每况 愈下，而 长安s c 6 3 3 1 系列车 型 是长 安公司 的 主要 车型 ( 占了 长安 汽车 销 售量的6 0 %) ，用户对长安s c 6 3 3 1 系列车型固有的一些缺陷反映强烈， 长安 s c 6 3 3 6 / s c 1 0 1 6 车型开发是针对用户反映的长安s c 6 3 3 1 系 列车型 固有的一些缺陷进行改进。而整个项目 是基于并行协同环境完成的，本 人作者主要参与了 整个车身开发工作，本论文基于这样的背景完成的。 1 . 3本论文的研究意义与研究重点 本论文的意义在于长安 微车车身开发并行工程的实际 情况出 发， 将 并行协同 环境下的汽车车身开发实践经验总结并与理论相结合，从而使 本论文的有较高的实用价值，它突出了工程背景和实用性。本论文对于 汽车行业车身自 主开发能力的形成具有指导意义! 本论文开创了 汽车车 身开发并行工程应用与实践的先河， 无论在理论上， 在实践上都具一定 的代表性。 本论文的研究重点在于并行工程在汽车行业应用的总体技术路线、 体系结构、对于汽车车身开发的重要意义，并行协同环境下的车身开发 流程再造，组织机构重组， 并行协同 支撑环境的建立，并行工程的重要 实用的使能技术等。其中最重要的是在汽车行业汽车车身改型开发项目 中 广泛推行并行工程，在车身开发项目中如何实行并行协同开发，开发 重庆大学工程硕士学位论文 i绪论 流 程再造，开 发组 织机构重组:在 汽车行业车身开发机构之间 建立 并行 协同 支撑环境等。 本论文 通过层层剖析， 从开发实例出 发， 结合并行工 程理念， 分析汽车行业车身开发并 行工程的推行。 重庆大学工程硕士学位论文 2 并行协同理论及在汽车行业实施的使能支持技术 2 并行协同 理论基础及在汽车行业 中 实施的 使能支持技术 并行协同工程理论对于汽车行业推行并行协同开发具有重要的指导 意 义， 只有真正理解了 并行协同的理论内 涵， 才能 在推行 汽车车身并 行协 同开发过程中 采用 “ 并行”开发模式，而不是“ 串行” 模式，从而才会 成功实施并行协同 工程。 如何在汽车 车身开发中 推行并行协同 工程，首先 要以 并行协同 理论来指导汽车车身开发的 流程、 组织机构， 重建支撑模型， 并采用并行协同 工程的 使能技术， 并采用先进的关键技术路线， 才能有效 地实现汽车车身并行协同开发。 2 . 1 并 行 协同 工程 概念与 体系 结 构: u l r l 87 a1 何为 “ 并行协同工程” ，现在人们普遍接受的是美国国防分析所在 8 3 3 8报告中提出的并行协同工程定义，并行协同工程 ( c o n c u rr e n t e n g in e e r in g ) 是 集 成 的 、 并 行 地 设 计 产 品 及 其 相 关 的 各 种 过 程 ( 包 括 制 造 过程和支持过程)的系统方法。 这种方法要求产品开发人员从设计一开始 应考 虑产品 整个 生 命周期中 从概 念形 成到产品 报废处 理的 所有因 素， 包括 质量、 成本、 过渡计 划和 用户的要求。 并行工程方法由 于能使 工作专业知 识相异的 人协同 工作， 提高了 交叉学科的创造力， 所以 大大缩短了 产品开 发周期;由 于从开 始设计阶段就进行了 工艺优化， 所以 不 会出 现没考虑过 加工问 题的产品 设计; 另外由 于 在设计阶段就 考虑了 投资、 销售以 及加工、 装 配、 维修 等问 题， 所以能 使 废品 率、 返修 率和 成本大 大降 低。 因 此并 行 工 程 对 汽 车 行 业 具 俐仁 常 重 要 的 意 义! 5 1 并行协同理论的内 涵是: 并行工程这种系统方法不是同时或交叉地进行设计和生产，不是 设计产品的同 时 执行生产过程， 而是要同 时进行产品及相关过程的设计， 例如加工工艺、 装配检测、 质量保证、 销售和售后服务 等下游过程的 设计。 它强调产品及其相关过程设计工作的集成;强调这一系列的设计工作要在 生产开始前完成。 并 行工程的目 的是 优化设计， 它依赖于产品开发中各学科、 各职 重庆大学工程硕士学位论文 2 并行协同理论及在汽车行业实施的使能支持技术 能部门人员的相互合作和信息共享， 通过彼此间有效地通信和交流尽早考 虑产品整个生命周期中的所有因素，尽快发现并解决问题，以 达到各项工 作的协调一致。所以并行工程不能随意取消一个完整的工程过程中现存 的、顺序的、向前传递信息的任一必要阶段。所有的下游过程设计都是为 了完成费效比 最优的联合设计。 并行工程不同于保守设计，它所包括的可加工性、可 装配性、可 靠性、可维护性、 耐用性以 及产品报废后的可处理性等需求能力的设计不 是采用保守设计所采用的冗余技术或紧公差等方法来寻求产品的健壮性， 而是通过大量过程优化和确定怎样用低成本达到预期目 标值的方法来获得 产品的健壮性，并且是使设计方案一次通过测试。 并行工程不是一个技术问题，而是管理问题，是人和通信的问题， 所以成功实施并行工程的关键因素在人，而不是方法本身。 并 行协同 工 程的 优势是 在于 将产品 开发全 过程 用 户需 求定义、 新产品策划、 产品概念设计、 产品详细设计、 工艺设计、 原型制造和实验、 制造、销售和维护机构等各个部分的信息全面融合，加以 科学分析，通过 缩短产品开发周期、降低开发和制造成本、 提高产品质量，快速响应用户 需求，占 据更大的市场份额，实现企业的发展战略目 标。 并行工程的体系结构重点在于通过集成企业 ( 这里的企业可以是一 个物理上的企 业， 也可以 是 一个逻辑上的 联盟企 业 一v irt u a l e n t e r p r i s e s ) 内的一切资源，使产品开发的整个过程协调、高效地全面展开;使设计者 汇集各个方面对产品目 标要求的信息，特别是目 标用户要求的详细资料， 从而在设计阶段就能考虑到其它阶段对方的各种反馈意见，从而确保设计 和 制 造的 一 次 成 功。 15 1 并行工程的关键是产品及其相关过程的并行与集成。相关过程包括 市场分析、原材料采购、产品成本估算、加工、装配、 检验、 销售、售后 服务以及报废处理等等。产品开发过程中的各阶段工作交叉、并行进行。 这种工作方式依赖于产品开发中各学科、 各职能部门人员的相互合作、相 互信任和信息共享，通过彼此间有效的通讯和交流，尽早考虑产品整个生 命周期中的所有因素，尽快发现问题并解决问 题，以 达到各项工作的协调 一致。 并行工程是一个系统方法。它以集成的、并行的方式管理和控制产 品设计及其相关的各种过程 ( 包括制造过程和支持过程)的系统方法。使 产品开发人员在设计中 能考虑到产品整个生 命周期，即 从概念形成到产品 报废处理的所有因素。包括质量、成本、用户的要求、销售策略、宣传计 重庆大学工程硕士学位论文2 并行协同理论及在汽车行业实施的 使能支持技术 划 及 整 个 进 度 计 划 等 。 阎 汽车产品实施并行协同开发工程的总体体系结构如图 2 - 1 所示。 整 个 系 统 可以 从 概 念上 分 为 四 个 层 次 和 七 个 分 系 统 。 1 四个层次包括: 1 )执行层: 提供团队设计人员 产品建模、 产品及零件分析、 设计、 评价、 试制和试验工具。 2 )管理层:提供项目 管理人员产品流控计划、 控制、评审和资源分配等 开发过程运行管理。 3 )决策层: 提供决策 层进行国 家产业政策、 市场需 求、 竞争对手分析和 企业发展战略目 标及企业资 源等技术经济分析下支持下的各系列车型 各产品 技术目 标、 市场目 标和成本目 标的策划与决策工具。 4 ) 支持层: 提供并行工 程协同 设计网 络信息支撑环境 七个分系统包括: 1 ) 多 产品3 p r q -0r c e s 企 业 模型 和建模分系 统 2 ) 产品 策划和决策系 统 3 ) 产品开发过程管理 分系统 4 ) 产品设计及设计评估分系统 5 ) 产品 试制 和试 验分系统 6 ) 支持多功能团队工 作模式的 组织分系统 7 ) 并行协同设计支撑环境分系统 2 . 2 汽车车身开发推行并行工程组织机构重组 企业生产经营系统可采用以 产品对象划分生产系统和以 业务职能划 分行政管理单位的企业部制的组织管理模式。组织管理层次可划分为投资 决策层、经营管理层、 执行层三个层次。组织机构为“ 宝塔”型。 投资决策层负责企业重大方针、发展战略、重大投资、管理体制， 经营目 标、重要干部任免、 技术开发、中长期规划、 重要规章制度和经营 政策等的 决定。 经营管理层负 责企业重大决策论证分析报告等资料的 调查 分析、 起草制定， 对企 业作出 的各项工作的实 施做具体管理与调控、财务 控制与监督、 审计监察、 人事劳动工资控制、 产品 开发及技术质量标准控 制、规章制度的制定及实施检查，对执行层单位的指导、 监督等属企业集 团范围内的管理工作。 重庆大学工程硕士 学位论文2 并行协同理论及在汽车行业实施的使能支持技术 执行层由 各工厂 ( 企业) 、 全资子公司联营合资公司 ( 企业) 、 车间 分支机构等组成。 执行公司的各项决定、指令、根据公司年度方针目 标层 层展开、 保证目 标任务的完 成。 为了 保证 产品并行协同工程在汽车企业能够顺利实施， 应对新产品 开发组织机构进行调整，建立功能项目 型的管理 层和项目 功能型的执行 层， 并 将产品 开 发工 作列入 企 业 重大 计划， 对 产品 开 发实 行项目 管理。 成 立了以开发部为主的事业部体制，企业各职能部门 配合的新产品开发多功 能团队管理体系， 它负 责新产品发展战略规划及计划的 编制， 产品开发项 目 的立项、审查及评审，技术信息、 情报的收集和归口 管理，以 及各项技 术文件、 技术标准、 管理标准的制定和管理。 在产品开发项目 组内 部建立了 行政总指挥 ( 或项目 负责人) 、总设计 师、 总质量师三 位一体的开发体系。 其组织机构为“ 扁平矩阵” 型。 重庆大学工程硕士学位论文z 并行协同理论及在汽车行业实旅的使能支持技术 重 庆 大 学 工 程 硕 士 学 位论 文2 并 行 协 同 理论 及在 汽 车 行 业实 施 的 使 能 支 持 技 术 续上 反 廊 门 级 p d m /p r o j e c t 娜 门 级 p d m / p ro j 州 并 行 工 程卜jl- 一川支 协 同 支 撑阵 壑 塑 暨 坐 坚 一 一 一 一 一习撑 环 抵 统匕 竺l #生一 层 企业级p d m / p ro j e c d m p r ii 中 心数据南企业网 计算机硬州i o s ( ( i n i 3 c n i 7 图2 - 1汽车并 行 协同 环境下 产品开 发 总体 体系 结 构 2 . 3 汽车车身开发并行协同 工程支撑模型建设 1 多产品 3 p r o - o r c e s ( p r o d u c t p r o j e c t c o n tr o le v a l u a ti o n s u p p o r t t e c h m o lo g y) 模型是针对汽车企业实际 情 况，以 系列产品并行开发过程为 核心， 采用产品 项目 制实施的， 集成企业 产品、资 源、 组 织、 设 计 过 程、 计 划、 控制、评审、 仲裁、协 调， 实 现对 系列产品开发策划和决策及对产品结 构信息、企 业资 源信息、团 队的 组织 信息、产品设计质量和成本控制信息的集成阶段。 多 产品 3 p r o - o r c e s模型包括二个层次和六个子模型. ， 产品 3 p r o - o r c e s 从 汽车 车身开发的 二个 层次 上反 应了 企 业在汽车产品开 发的 体系 结构。即面向决策层的产品开发管理层 ( 科技开发部、发展计划部、财务 韶一、执行 层 ( 技术开发中 心、分厂) 等功能型部门 组成的 功能 项目 型 企 业组织结构并进行的 产品策 划和决策过程管理和控制体系结构。 面向 执 行层功能型 项目 组 织结构的、由 管理层将待开 发产品的质量、 成本转化为 相 应的设 计 技术 经 济 指标， 分 解 到 产品设 计的各 个阶 段， 对产品设计 各阶 段的技术经济指标进行评估和协调，结合企业资金流和 i s 0 9 0 0 0质量认 证体系，实施对产品设计过程和管理和控制。 多产品3 p r o -0r c e s的七 个子 模型分别从七个侧面反应了 企 业产品 并 行开发 活 动的 各 个 方面， 实 现汽 车企 业在三 个 层次上 ( 即: 产品 并 行、 项目 阶段并行和设计并行)的有机 联系，保证产品并行开发模型的完整性和一致性。 集成化 3 p ro -0r c e s模型建模环境是在 b p r . b e n c h m a r k、 童 庆大学工 程硕士 学位论文2 并行协同理论及在汽车行业实施的 使能支持技术 s t a g e - g a t e , q f d等 并 行 工 程 使能 技 术 支 持f 的 一 组 图 示 化 建 模 工 具 ， 可直观地进行并行开发过程建模。 企业资源模型描述汽车车身在整个开发过程中涉及的人力、设备、 物料、信息、资金等资源的产生，使能释放的关系与管理，通过企业资源 查询系统向建模提供所有相关资源的使用状况。 产品策划和决策过程模型是在对竞争对手和国家产业政策分析的基 础上， 采用b e n c h m a r k技术确定待开发产品的 技术经济 优势， 进行产 品目 标市场定义，确定汽车整车功能 结构，制订产品技术质量目 标、 成 本控制目 标 ( 开发成本和批生产制造成本) 、开发周期目 标， 建立企业级 产品目 标模型。 设计过程控制和评价模型: 采用s t a g e - g a t e 等使能技术制订产品 设计开发计 划， 建立 产品技术模型和经济模型。 采用 q f d等使能技术将 产品技术经济指标转化为相应的设计指标， 进行目 标分解，实 施对设计过 程的协调、评判和控制。 企业组织模型和项目 组织模型:在并行工程哲理指导下，采用 b p r 等使能技术建 立多功能的动态 产品 开发团队， 对各个层次的团队的组织结 构、角色、人员及权限 进行描 述， 实现团队功能和人员的 动态重组， 保证 团队在并行开发过程中的最佳工作状态。 汽车产品目 标模型:描述汽车产品总体功能和结构及相关的技术经 济指标信息和文档， 它由 产品平台、 结构树模型、 配置组成， 是产品目 标 信息的综合体现。 2 . 4面向 并行 协同 环境的 使能 支 持技 术及 应 用153 110) 171 目 前国内国外对并行工程进行了大量的研究，并在产品并行协同开发 方面取得了 大量的 研究和应用 成果。 产品并行协同开发有两方面的关键技 术:网络通讯和基于v p d的 产品协同 开发技术。前 者是并 行协同开发的 共性问 题，主要解决方法是 o s i 协议的扩展，在应用层增加并发通信服 务;而v p d协同 开发技术重点解决的是如何通过对网 络上的三维主模型 数据进行有效管理和协同控制。 现代网络和计算机辅 助技术的发展对并行协同开发提供了良 好条件， 如一些软件厂商推出 的op系统。目 前市场上用于支持并行协同的商用 op系统 大都与该 厂 商的c a d / c a f i c a m系统 有着相当 密切的 联系， 如 s d r c公 司 的i - d e ” 与m e t a p h a s e , u g s 公 司 的u g与i iv m 等， 它 们 都能支持产品开发的并 行协同 工作模式， 并在一些大型跨国企 业中 得到了 很好应用， 如美国的g m和f o r d 。 但在国内 要实 施象f o r d 这样的op 系 重庆大 学 上 程硕士 学位论文z 并行协同 理论及在汽车行业实施的使能支持技术 统， 其规模庞大、 价格昂 贵: 同 时 还 涉及对企 业原 有管理与 组 织的 重构， 对使用人员的素质以及企业的应用基础要求很高，因而目 前在国内 还难以 找到成功的实例。而国外一些c a d / c a e / c a m系统提供的并行协同 功能， 如虚拟数字样机开发技术在支持产品并行协同开发方面的基本功能，更有 实用价值。 因此， 笔者 通过在某 汽车制造公司的车身开发实践， 对如何充 分利用其现有的c a d / c a e / c a m系统， 将其与网 络操作系统有机地结合 来完成并行协同 工作做了 大量的研究与应用工作， 建立了 一种实用的 面向 车身产品开发的并行协同环境，并开发了 相应的使能支持技术。 开发的使能支持技术由五部分组成:( 1 )基于 i n t r a n e t体系结构 的网 络系统: 它使分布在制造企业内 部不同 地域的产品设计部门、 工艺及 模具设计 部门与 模具制造部门， 通过网 络提供了 对车身开发过程中的分布 式信息通信、异地并行协同 控制的支持;( 2 ) 支持异地并行协同的部门级 p d m 系统:它负责对并行协同开发环境的管理与协调控制，如开发项目 的配置、 项目 组成员 的任务分 解、公共数据库、 项目 组和成员数据库的分 配及权限管理、更新数据的版本管理、变更通知、 产品、工艺、模具开发 中并行数据的协同，c a d / c a m等应用系统的管理与维护，外协数据的交 换与安全管理等;( 3 ) 车身的 v p d技术:包括复杂自由曲 面的三维建模 技术、 反求技术、 残缺数据状态下的三维重构、 复杂过渡曲 面的数学描述、 复杂自 由曲 面的裁剪与光滑连接、 数字化主模型技术等;( 4 ) 冲压工艺与 模具设计支持技术: 包括冲压工艺设计知识库、冲压 c a p p 、模具型腔工 艺补充的三维建模技术、模具结构设计c a d系统、冲压工艺技术信息管 理等;( 5 ) 模具制造支持技术: 包括模具加工仿真、数控编程、 d n c远 程通信、模具制造 c a p p及制造工艺信息管理等。由 上述网络集成环境 和支持技术构成的车身件并行协同开发环境己 在生产实践中运行很长时 间，效果十分显著。 2 . 4 . 1 敏捷设计支持技术 敏捷设计技术是基于敏捷制造理论的新一代设计方法学和技术论， 它包括先进的设计自 动化技术、企业组织、人员、 业务过程重组、管理与 实施方法等的综合技术体系。 其内 容涉及: . 产品设计开 发过程与 开 发组织的重组，采用并行工程思想重构产品开 发的组织模式和业务流程， 包括企业内部的重构和动态联盟企业间的 重构 ( 如产品配套体系企业的开发组织模式) ，主、 配套企业在产品 开发过程中的分工与技术协 调、设计标准的贯彻、设计信息的实时共 重庆大学工程硕士学位论 文2 并行协同 理论及在汽车行业实施的使能支持技术 享、 设计冲突与仲裁等广义 并行协同问 题的 解决。 产品 结构重组， 建立 产品及 零部 件的 编码标 准体系 和 相关 技术文 档资 料 ( 包括主机厂自己 设计制造的零部件和外协配套生产的零部件信 息) ，建立 产品设计 b o m配置与管理体系， 将过去以产品为 对象的 b o m 管理模式，变为以零部件为对象的单层设计 b o m 管理，以最 少的零部件组合构造出 尽可能多的 产品， 提高 产品 模块化、标准化、 通用化、 系列化设计水平，为新产品的敏捷化设计创造良 好的基础。 开发过程的 信息重组， 重组面向 敏捷制造的先 进工程数据库管理系统 和网 络系统结构、 产品生命周期信息集成支持工具，建立全数字化的 产品 主模型、 支持产品 开发过程中 的产品信息数字化和各种设计 状态 信息的数字化，实现数字样机的开发。 敏捷设计 方法学， 包括全球化并 行协同设计理论、 领域设计知识的 快 速获取、设计任务的可分解性、专业化分工与并行协同控制、数字样 机与仿真试验、 技术创新与 优化设计、知识创新和全球共享知识库等 新方法。 敏捷设计支持技术，包括计算机及网络支持的协同工作模式 ( c s c w ) .以 三 维技术为 核心的c a x / d f x / p d m集成技术、 快速原 型技术、 逆向 工程技术、仿真评价技术、质量成本控制技术等。 2 . 4 . 2产品概念设计支持技术 概念设计是产品创新设计的首 要环节， 它的完成需要大量的市场预测 分析、 领域专家知识 和新设计技术、 设计规则， 必须满 足的各种标准和法 规、 时代的审美意识和人文社 会因素的要求。 产品概念设计属于创意设计， 历来受到产品创新开发者的高度重视。例如，在国外的汽车制造厂家中， 都会投入巨大的资金、人才、技术进行未来概念车的开发，并作为市场竞 争的一个重要手段。 产品概念设计技术包括: . 市场预测与分析技术， 包括市场调研、产品定位、竞争对手分析、 虚拟现实技术、目 标成本分析与先进支持工具等。 . 知识创新与获取，智能化专家知识库与决策支持，技术经济评估 与方案优化设计。 . 工业设计支持技术，在新产品概念设计阶段，表达创意设计思想 的最好手段是 c a d 技术， 但这一新技术在我国还不普及，缺少 c a m 的高级人才和工业设计大师。为适应全球化市场竞争和产 品创新开发的需要，急需研究和发展 c a d 技术和应用推广，包 重庆大学工程硕士学位论文 2 并行协同理论及在汽车行业实旅的使能支持技术 括 l a i d造型 方 法 学、 三 维 造型技术、 审美 趋势研 究、 实 物模型 和概念产品模型制作技术 ( 包括c a m和r p技术) ， 并解决造型 与产品功能、 结构、 材料、 性能、 工艺、人机工程、 人文社会因 素等的关系问 题， 使 c a ii d技术成为 产品创新开发的重要支持手 段。 . 让用户和配套企 业共同 参与 产品开发，尤其在产品概念设计阶段， 就让用户和配套厂参与，充分体现用户需求和用户的个性化特征， 使产品开发者联盟 从产品设计一开始就与市场、 用户紧密结合， 通过可视化接口 、 互联网、多媒体等技术达到用户参与、 配套企 业参与产品概念设计的目的。 2 . 4 . 3全数字化主 模型技术 随着我国“ 九五”期间c a d推广应用丢图板工程取得重大成果后， 许多 制 造企 业的 产品 设计己 逐 步实 现了 1 0 0 % 计 算机辅 助绘图 和二 维 产品 设计，为 产品的创新设计莫定了良 好基础。 然而， 随着产品自 主开发需求 的激增，以 及在与国外先进企 业的 技术交流中，己 越来越明显 地感受 到三 维 c a d技术在产品开发设计中的重要性。因此，针对不同类型产品的结 构特点， 研究与之相应的三 维设计 技术，己 成为当前设计自 动化领域的 一 个新方向 。 具 体来 说， 数字 化主 模型建模技术是三维 设计技 术中 的 核 心内 容， 它 涉及几何 建 模中 的曲 线、曲 面、实 体和曲 面实体混 合建 模技 术、以 及基于 产品 功能的 大 装 配数 据结 构与 组织、 相关修改、 数 据一 致性 校 验、 版本控制、 数据继承与其他应用模型演化技术 ( 如从主模型到 c a e分析 模型、各种工艺模型和n c加工 模型等) 等。 在全数字化主模型建 模技术 研究中， 尤其应针对一些有 代表 性的支柱产品的三维设计技术研究， 如汽 车 ( 尤 其是 轿车) 、 摩托 车、 船舶、 家 用电 器、 机床设 备等 进行有关的三 维建 模技术应用 研 究。 例 如， 轿车 车身复 杂自 由 曲 面畏盖 件的 三维 建 模技 术， 就必须解决a级曲 面的 定义，曲面的分割、多块曲 面的光顺连接和 基于形体特征的曲 面重构技术、 b级曲 面复杂过渡曲 面的倒角处理技术 等， 都是值得研究的高级应用技术问 题。 现国内 许多汽车制造厂都尚 未建 立 产品的 全数 字化主 模型。 因 此， 这 一工作的 开展需 花费 大量的 人 力、 物 力和财力，且 必须坚持不 懈才能 取得明显效果。 全数字化主模型建模技术研究是实现产品拟实开发 ( v p d ) 的基础。 当前的研究重点应放在应用开发上，即利用国外优秀的 c a d / c a m 支撑 软件，如 c a t i a , i -d e a s , u g ii , p r o n e等，结合典iv产品的自* tf 重庆大 学工程硕士学位论文2 并行协同理论及在汽车行业实施的使能支持技术 发设 计 工作， 将产品的 领域设计 知识与 三 维建 模 技术结 合， 可形 成各 行业 有代表性的全数字化主模型设计技术，便于 v p d技术在我国产品创新设 计中的推广应用。 2 . 4 . 4产品自主开发中的c a 技术 三维c a d技术解决了产品的结构设计问 题，而产品的功能、强度、 寿命、结构优化、 可靠性等性能问题在设计阶段只能由c a e 技术来解决。 当 今的c a e技术已 远远超越了 有限 元计算的 局限，已 发展为一种较完整 的数字化性能评估与仿真技术。它包括传统的强度、刚度和一般动力学计 算分析，以 及现代数值分析计算， 如非线性动力学、 温度场、 应力场、电 磁场、振动、 噪声 ( n v h ) 、 疲劳、 可靠性、多体动力学、 产品运行仿真、 辅助测试 ( c a t ) ,碰撞分析、弹、塑性变形分析、 流体分析、空气动力 学分析等。 其应用领域越来越专业化， c a e技术正成为产品创新设计和 自 主开发不可缺少的先进技术手段。因 此， 应强 调 c a e技术在产品开发 支持技术领域的重要地位和作用，并鼓励国内 致力于推动制造业发展的专 家、学者， 大力从事c a e 方面的基础理论和应用研究。 目 前，c a e技术在静力学方面的理论研究和工程应用已 相当 成熟， 动力学的理论研究也基本成熟，而动力学分析方法在产品开发中的应用， 在国内 还 不普及， 尤 其在解决 一些 大型复 杂 产品的 动力结 构分 析、 校 验等 方面还无成熟经验，还有待广大科技工作者去努力奋斗。 c a e技术的 发 一展 方 向 主 要 体 现 在 大 型 工 程 分 析 中 的 i 哦性 结 构 动 力 学、 多 体 动 力 学 中 的 运动与弹性体的 祸合、 热场与流变学、塑性变形分析，以 及在 各种产品 开 发中结合领域知识的专业化应用， 如汽车产品的 碰撞安全性、 乘坐舒适性、 操纵稳定性等分析，以 及覆盖件冲压成型仿真、 注塑成型仿真等分析。 2 . 4 . 5产品开发中的逆向 工程技术 随着快速原型技术的迅速发展和逐步普及， 逆向 工程技术也得到了 相当快的发展。目 前，国内 许多制造企业把逆向工程技术作为对引进国外 产品的消化仿制的重要 手段而得到推广应 用。 然而， 逆向 工程技术的 作用 并非在仿制设计这一个方面，它的另 一大作用是在新产品 概念模型设计与 制作完成后 ( 实物模型) ，通过三维测量和反求，在计算机中重构被测量 重庆大学工程硕士 学位论文z 并行协同理论及在汽车行业实施的使能支持技术 模型的三维实 体数 学模型 ( 如从 概念 车的 油 泥 模型到 三 维数字化 主 模型)， 从而建立概念产品的数字化主 模型，以 便进行后期产品的三维结构设计。 因此，逆向工程技术的研究方向可体现在如下方面: . 几何反求:基于实物三维扫描或光学成像测量技术的几何反求与 三维重构; 基于 特征值提取测量方法的几何反求与三 维重构技术; . 原理反求: 通过拓延、 遗传算法、 c a e仿真和优化迭代，以 获得 产品 功能 和性能 特征为核心的原理反 求技术; . 工艺反求:根据己 有零部件制造特征进行工艺反求，以建立零部 件的三维工艺模型: . 反求与三维重构评价技术: 集中 在评 价标准、 评价体系和评 价方 法与技术手段上; . 复杂曲 面零件质量检测和模具修复中的 逆向 工程技术。 2 . 4 . 6网络化虚拟集约设计支持技术 在强调社会化大分工与大协作的 今天， 没有哪一个产品可以 说是由 一 个厂家独立完成的，而是由 一个主 机厂与众多配套厂共同完成的。因此， 主、 配套企业在共同的产品、 共同 面向 市场的过程中， 结成了 动态联盟， 这个动态联盟的 职能 应覆盖整个产品生 命周期。因 此，在产品的开发设计 阶段， 如何通过现代网 络技术， 把 主、 配套倒龙 联为一个跨区 域的逻辑整 体，是网络化虚拟集约设计支持技术的一个新方向。可进行前沿研究的内 容有: . . . 主、 配套企 业在产品开发过 程中的并行协同 控制技术开发; 基于e x t r a n e t的企业级与 企业间p d m技术开发: 基于 “ 抽壳”技术的网上三维零部件库 ( n e t p a k t )与虚拟装配 设计技术开发; 基于w e b的远程代理设计技术开发; 基于 e x t r a n e i ， 的产品 数据通信、数据一致性保证、 整机及零 部件版本控制、 数据安全保障、网上v r ml图形浏览技术开发; 基于e x t r a n e t的 产品虚拟装配过程仿真、 性能仿真和评估: 基于i n t e r n e t 的 配套 件及原 材料供应链管理; 基于i n t e r n e t 的网络化设计知识 库和设计支持专业网站的 建立 等。 : 生 述使能支持技术已 部分地应用于汽车开发中，随着计算机技术的发 展， 这些使能支持技术会愈来愈多 地应用于汽车开发中。 重庆大学 t . 程硕t : 学位沦义 3 ) 行协同环境 卜 汽4庵身川发模式及开发流程 3并行协同环境下汽车车身开发模式及开发流程 当今的新产品史新换代更快，新产品研制周期大幅度缩短，各种新 的产品开发技术应运而生。以信息技术为核心的产品开发支持技术在产品 创新设计中的大量应用，推动了制造业和新产品的迅速发展:并在设计方 法学、 新产品开发流程与 组织管 理模式、全 球化并行协同设计、 敏捷化战 略联盟、设计支持新技术、数字化虚拟样机开发技术、仿真试验与性能评 估技术、逆向工程与 快速原型制造等方面取得了 重大进展。 国内的产品开发支持理论研究和新技术推厂应用，也紧跟国际相关 学术发展前沿。在 “ 九五” c a i 丢图板工程取得重大成果基础上，许多 制造企业和一些专家学者已 开始在一些大型产品、支 柱产品的开发方面， 从过去的引进、 消化吸收， 逐步转向新产品的自主开发和支持技术研究的 方向l 。以砚 维设计为核心的创新设计体系正在形成，国家提出的技术创 新战略正 在得到实 施。 在此背景下， 研究产品开发支持技术的发展方向 和 新技术，具有重要的意义。 并行协同工作的方法与思想在整个制造业中得到广泛的传播和应用， 在许多发达国家它已 成为一种贯穿于新产品快速开发全过程的核心技术。 以 汽车产品为例，它一般由 车身、发动机、 底盘等几大总成组成。就整车 而言， 车身是汽车产品开发的 关键零部件之一。 它们是由 复杂的自 由曲 面、 孔、筋板经过模具多 次冲压成型，其设计与 制造的技术要求较高，是影响 车身外型与结构的卞 要因素之一。 它开始于车身的 造型与 结构设计，同 时 又和冲压成型工艺、 模具的设计、制造密切相关。山于车身覆盖件的形状 及结构较复杂，其设计 / 制造过程是一个多领域协作过程，因此在整个设 计 与制造周期内，是多 领域知识的综合应用与 频繁交流。在这种多领域协 作的过程中，采用传统的串行开发模式，易造成锥个开发过程各环节的彼 此脱节和总体工作效率低下 。自主 开发的并行协同丁作环境和相关产品开 发支持技术对于汽车车身开发具有重要意义! 3 . 1 面向 汽车车身自 主 开发的 并行 协同 模 式18 为 研究和建、 _ 而向 汽车车身自i . 开发的i 衬 于 协同 模式，车身覆盖 件为 一种特殊的产品，少 ! 以 此为例进行理论和应用研究。为满足承载与 性能结 构的要求， 车身覆 fy ff 件一般都由 较复杂的自山曲而、孔和筋板等组成，尤 其是内覆盖件，其形状 ， 结构吏为复杂。在覆盖件的设计/ s bb li 造过f ? i 1 1 , .们人人学 i f y 硕 位沦丈月们协卜 j 环境 卜 汽y介4川 发模式及川 发流利 j u 统的丁 作 流程足 :在 夺身 造v方 案 确定 后，采 用c a d技术 进行f盖 件的 一 维结构设计 j 性能分析， 待设计确认后， 将覆盖件零件的 一 维c a d 数据 (: 维线框或曲血) 提交 给丁 艺 部门进行冲月 、 下艺设计。山于搜 件 是山金属板材经拉延、切边冲孔、榨型翻边等多 道工序的冲if 、 才能最终成 型， d u 梅道冲) i、 丁 序一般就对应一 副冲压模具。 因此， 在冲压丁艺设计时， 需对掩a i ii 原来的产11 1 -im 维模型 进行丁艺 补充，使之满足冲压工艺的成型 要求t . 艺设计完成后，就 将佼 11 i 件的 二 维丁艺 模型数据提交给模1 t 设计 部门山于每个趟盖件的成型一 般要 经过 4 - 5道冲压t艺，因此需川 4 - 5 n 111 冲从模兵来加工 :而 梅副模具又 包括 : 维 d 腔 于 模具结构两大部分，需 分别进行设计和制造对模具的 : 维型 腔必须采川 c a d 二 维曲而进行数 学建模 ( 如 n u r b s . b - 样条、贝 塞尔曲而等) ， 才能进行后续的 n c加 丁;d u 模i t 结构1 要 包括模架、 凹模、 凸模、 冲头、导 料装置、 卸料装置、 挡料装置、 定位装胃、 起吊 装置及州伺 铸造结构等