IntePLM汽车开发协同平台

IntePLM——支持汽车正向设计体系的协同产品开发平台1前言在我国汽车产销规模跃居全球第一的背景下，提出了中国汽车产业“加快结构调整，促进由大变强”、并开始出现积极的结构性变化的发展方向，中国汽车企业已着眼于自主品牌建设和自主创新能力建设。汽车产品的自主创新设计是基于一定理论基础和大量实践经验相结合的创造性的技术劳动，参与单位多、地域分布广、研制周期长，具有正向产品开发、变型产品开发等多种模式，从概念到产品定型，不仅涉及多专业协同和并行迭代，而且数据种类多、规模大、关系复杂、技术状态要求严格，迫切需要采用标准、开放、动态可扩展架构的产品生命周期管理系统来建立数字化的产品研制与管理体系，满足复杂产品设计、工艺、制造过程的数据共享、功能集成和过程协同。武汉天喻软件有限责任公司承担完成了“十一五”863重点项目“面向汽车行业的可定制PLM”，针对我国汽车行业PLM需求，组织开展了汽车产品生命周期管理关键共性技术攻关，开发形成了具有自主知识产权的可定制PLM系统，支持快速客户化定制，并开展了PLM应用示范，形成了具有行业优势的PLM解决方案，为提高我国汽车行业自主创新能力和实现制造业信息化科技工程“甩图纸”目标提供了平台支撑。2研究目标及重要性研究目标围绕我国汽车行业自主创新能力建设，针对产品开发中数字化设计、制造的协同和集成管理需求，在对PLM核心关键技术研究和攻关的基础上，以通用的天喻产品生命周期管理平台IntePLM为基础，研究开发面向汽车行业的可定制PLM系统，提出行业实施方法和规范，结合示范企业新产品自主开发开展工程应用验证，并在汽车行业得到推广应用。重要意义“十一五”初期，由于我国汽车行业技术积累不够，基础数据匮乏，支撑现代汽车设计的理论、方法及软件工具先天不足。在汽车产品开发过程中，传统的以产品数据管理为核心的PDM系统强调产品设计图档数据的管理，而对汽车行业CAE协同分析仿真过程的支撑以及冲压、焊装、涂装、总装等四大生产工艺的控制相对较弱，不能有效支撑产品生命周期中数据、模型、知识、资源及过程的统一管理。同时，除对数据进行有效管理外，企业还需要更多协同技术，如开发技术集成、开发流程集成、智力资产管理、硬件资源管理、多学科设计优化、多企业协同产品开发等，对跨平台、跨地域的协同需求迫切。同时，国产PLM产品主要满足中低端应用，我国高端PLM市场几乎被国外垄断。而我国企业对高端PLM系统提出了迫切需求，国际PLM系统正处于技术升级阶段。迅速掌握PLM核心技术，实现与国际同步的PLM系统更新换代，是我国PLM走向高端的艰巨任务，也是发展支持复杂产品创新设计的自主PLM系统重要的历史机遇。PLM作为一种新理念，利用数据模型对产品形成过程进行管理，支持企业内部、合作伙伴及客户在整个产品生命周期中共享产品相关数据，是支持复杂产品创新设计的集成管理平台。随着企业业务模式和管理模式的变迁，组成PLM的各项技术和工具也在不断发展和整合，已初步形成了面向整体解决方案的PLM理论体系。在软件技术和应用需求的双重促进下，PLM技术近年来发展迅速，作为研发设计的基础平台，集成与协同成为发展的主旋律，PLM系统逐渐成为一个基于现代计算机技术的高效数据管理与业务运作支持平台。随着企业应用的深化和网络与信息技术的发展，PLM正经历着从理念到解决方案再到系统的转变，PLM管理的深度逐步从文档管理向内容管理发展，管理的范围从设计、工艺的管理向需求、制造、维护和服务的全生命周期扩展，协同的空间正在从部门内、单厂所的局部协同向企业级协同和集团级跨企业间协同迈进，并逐步形成具有行业特征的产品数据闭环管理模式。模型驱动架构和面向广域网的平台化、构件化、易扩展的PLM系统成为了新一代PLM的典型特征。3解决方案和研究内容行业需求与系统定位针对汽车产品与一般工业产品相比更具复杂性、核心优势单位及企业内部研发中心地域分散、产品研发工作有多家单位协作完成、多品种小批量产品比例增大，快速响应能力成为主要的竞争因素、合作企业之间的任务划分以功能为核心，信息交互差，难以体现功能与功能之间的关联以及单项技术研究较多，系统化技术应用不够等情况，项目明确了保障产品数据的唯一性、完整性、准确性、及时性、安全性，”以产品主模型为核心，面向过程”的数据管理模型；建立符合ISO16949的研发体系，规范、控制产品研发的全过程；以项目管理为中心的流程管理；汽车产品配置管理；知识管理及复用；构建协同、安全的工作环境等产品生命周期管理的需求，确定了“支持汽车正向设计体系的协同产品开发平台”的定位。汽车产品是一个集机械、电子、液压、控制等多领域子系统为一体的复杂的大系统。因此，汽车产品的协同研发不仅仅需要有效管理产品数据，还存在着更多的协同技术方面的需求，比如研发技术的集成、研发流程集成、智力资产管理、硬件资源管理、多学科优化等。协同技术需求在汽车产品开发过程中，跨地域的成员参与协同产品开发已成为一种常态。这些参与者来自不同的地域、不同的领域、使用不同的应用工具，因此，汽车企业需要协同产品开发平台支持异地异构协同技术，以保证产品数据对象在异构异地环境下的共享与安全维护。在汽车产品的协同开发过程中有两种协同工作方式，即异步协同设计、同步协同设计。异步协同设计是指是一种松散耦合的协同工作，其特点是：多个协作者在分布集成的平台上围绕共同的任务进行协同设计工作，但各自有不同的工作空间，可以在不同的时间内进行工作，并且通常不需要实时地从其他协作者处得到反馈信息。因此，汽车企业需要协同产品开发平台除了支持CAX/DFX工具的紧密集成之外，还需要解决共享数据管理、协作信息管理、协作过程中的数据流和工作流管理等问题。同步设计是指一种紧密耦合的协同工作，多个协作者同一时间通过共享工作空间进行设计活动，并且任何一个协作者都可以迅速地从其他协作者处得到反馈信息。企业需要协同产品开发平台支持协作者在同构CAX、异构CAX环境下进行同步设计。产品规划管理多品种、小批量生产是汽车行业发展的趋势。在最短的时间内，以最低的成本设计并生产出满足客户需求的产品是企业制胜的关键。因此，在产品规划管理方面，汽车企业存在的需求包括汽车产品型谱管理及知识管理，主要表现在对产品型谱及有关产品知识的定义、维护及搜索共享方面。全生命周期数据管理汽车产品是复杂产品，由上万个零部件组成。从设计、工艺、制造直至销售等全生命周期过程中，每个阶段都将产生大量的数据，这些数据不但种类繁多，格式广泛，而且随着零部件的工程变更，又将衍生出众多数据版本。因此，汽车产品在全生命周期数据管理方面的需求包括：数据对象的准确划分及属性定义、数据对象版本的控制、数据对象之间的联系、数据对象状态的控制、数据对象访问的控制、数据对象一致性控制、数据对象映射及转换的控制等。产品协同开发过程管理激烈的市场竞争迫使汽车企业对其业务流程进行重构，不断改善其业务过程，特别是产品开发过程，而且现代汽车产品开发不仅仅局限于企业内各部门之间的过程，还包括与外部企业之间的合作与协同。因此，汽车企业迫切需要一种协同产品开发过程管理机制，以实现分布式环境中开发链成员各项活动的调度和监控，进而实现协同开发链成员之间的信息交换与协同工作。汽车企业对产品协同开发过程的需求主要包括项目协同、全生命周期产品开发协同和产品开发过程消息的协同。相关标准与规范由于我国汽车行业起点低，知识积累少，目前虽然已形成了比较完善的生产线及产品系列，但是各汽车企业普遍存在编码混乱、流程不规范等问题。汽车企业在标准与规范方面的需求包括：产品数据编码标准（如零部件编码体系标准、CAD建模标准、CAE分析标准（如有限元分析、动力学分析等的标准流程、参照的规范、标准的分析结果输出等）、数据交换与共享标准（定义上游产品阶段向下游产品开发阶段传递的数据格式与内容，明确定义交换数据的产生和维护规范、定义需要零部件供应商提供的数据格式与内容、定义需要协作开发商提供的数据格式与内容）、产品开发流程标准（包括具体类型零部件的设计流程、规范的设计变更流程、标准化的产品数据发放流程等）。系统集成我国汽车企业信息化建设已具有相对较高的水平，在设计、仿真分析、加工制造、成本估算等领域都拥有相应的系统工具。而且，很多汽车企业在信息化建设过程中购买了格式不一的众多CAX软件。这些同构或异构的各类系统工具之间的无缝集成是汽车产品解决信息孤岛，实现产品协同开发的关键。汽车企业在系统集成方面的需求主要表现在：CAX与DFX工具的双向集成，ERP、MES、PDM等各系统之间的集成。系统安全性要求在全球化数字化竞争压力下，我国汽车工业的经营模式正从传统单一的企业模式向扩展式联盟企业模式发展，汽车产品的开发方式正从传统的抛过墙式向协同产品开发模式过渡。因此，汽车企业对以协同产品开发平台为核心的体系架构的安全性提出了严格要求，包括网络安全的控制、服务器操作系统的安全性、数据库服务器的安全性、客户端软件环境的安全性、数据传输的安全性控制和数据访问的控制等。系统架构针对汽车行业信息化现状及发展趋势，汽车企业对协同产品开发平台的系统架构需求:采用先进成熟的技术，系统稳定，适合长期发展要求。支持分布式计算环境，满足集团化企业的协同开发要求。系统能够快速响应业务演进的需求，适应平滑过渡的业务变革、组织调整和软件升级。组件化软件、功能易于扩充，系统可动态重构。基本服务单元标准化，可重用。3.2主要研究内容面向我国汽车行业PLM需求，组织开展汽车产品生命周期管理的关键共性技术，开发具有自主知识产权和行业优势的可定制PLM系统，支持快速客户化定制，并开展PLM应用示范，形成具有行业优势的PLM解决方案，为制造业信息化科技工程实现“甩图纸”目标提供支撑，提高我国制造企业复杂产品创新开发能力。（1）研究汽车产品开发技术规范、流程、过程控制体系及其数字化管理特征，建立具有自主知识产权的汽车产品基础数据库（包括整车性能参数设计匹配数据库、发动机性能数据库、动力总成参数匹配数据库等）及技术规范数据库（包括白车身、悬架等关键零部件的以及整车的设计开发流程、材料、热处理、工艺和关键尺寸参数数据库等），将汽车产品设计专业知识、标准规范及流程固化到通用的PLM系统和设计工具中；（2）研究参数化的汽车产品多维互联主模型，实现围绕汽车产品主模型的各专业领域数据模型的互联，使互联的数据模型能快速相互驱动或相互验证，增强汽车产品协同开发过程中产品数据的协同度，达到最终提高产品开发效率的目的；（3）面向ISO/TS16949技术规范，研究汽车整车及零配件企业的产品研发过程控制管理模型以及产品开发流程管理机制，形成以流程引擎驱动的程序化过程管理平台以及以项目管理为手段的宏观业务过程控制机制；（4）研究面向动态产业联盟、支持异地协同以及国际化团队的集团级PLM系统架构技术。采用SOA架构技术实现产业联盟内各企业间研发能力的集成共享。3.3解决方案为了满足我国汽车行业协同产品开发需求，并指导企业在协同产品开发过程中实施标准的产品编码体系，规范并优化业务流程，天喻软件参考国外先进汽车产品开发模式，以江淮汽车为实施背景，为我国汽车企业量身定做了面向汽车行业可通用的协同产品开发平台——IntePLM。IntePLM是以产品开发流程为核心，以产品数据为管理对象，通过流程控制数据对象状态的改变。IntePLM的业务目标包括以下几方面：・为汽车企业整个技术体系提供统一的产品技术数据管理平台，保障技术数据的安全性和业务系统的可靠性；・建立汽车产品开发项目从宏观到微观、从过去到现在的全景式立体信息体系，实现对项目开发过程动态的管理，为项目管理和决策人员提供有效的项目管理工具，从而缩短产品

开发周期，提高市场应变能力;・协助汽车企业业务部门建立完善的产品数据的标准化和流程的规范化机制，以及全套的文件控体系，在技术体系内全面实现业务流程的电子化运作。・将汽车产品协同产品开发延伸到上游的供应，下游的工艺、质量、生产等领域，建立全生命周期的协同产品开发平台，把产品设计、制造、客户服务、等职能部门与供应商、客户、合作伙伴等紧密地联系在一起，形成跨地域的、实时的信息共享网和协同工作环境。图1所示是IntePLM系统的功能框架。检察、维计,汇首、报表本入桌面旨理史档类旨理文档模版管理交档查询检察检察、维计,汇首、报表本入桌面旨理史档类旨理文档模版管理交档查询检察交档编信浏览文档结峋齿埋交档发放旨理零部件史档美联产品结阂旨理产品型港旨理产品模型窗理产品配窗旨理定型产品旨理B0M比较工艺交档窗理工艺工艺过程旨埋工序颜据管理系舞集成槎□室档舀理 产品零部件旨埋工艺曲据宙国工粮更改发放旨理（ER）版本旨埋有皴性旨理生命阉期管理工作流旨埋图1IntePLM功能框架异地协同技术针对汽车企业异地协同设计的需求，IntePLM首先从系统架构上进行了针对性设计，采用了面向服务的架构（SOA）技术，允许企业将系统中的各种逻辑组件（如文档管理、零部件管理、流程管理等等）以WEB服务（Webservices）的方式向外提供服务，异地的协同成员可以通过PLM客户端远程使用这些服务，就像在本地进行工作一样。相对于传统的C/S架构，基于SOA的系统执行效率较低。IntePLM采用了动态混合部署机制，即在企业总部的局域网内，将系统部署为C/S架构，以提高绝大部分工作者的效率；同时，部署一到多个WEB服务器，向外提供PLM各功能组件的WEB服务以供异地协同者的PLM客户端访问。从而兼顾了效率与远程访问的问题。智能化产品全生命周期的数据管理针对汽车产品协同开发过程中对产品数据对象管理的需求，IntePLM提出了智能化产品全生命周期的数据管理机制，主要包括数据对象种类的划分、属性集的定义、数据对象状态的控制、版本管理、数据对象关系管理、多BOM视图管理、产品型谱管理。汽车产品协同开发过程管理（1）项目协同管理项目管理是在项目实施过程中实现其计划、组织、人员及相关数据的管理与配置，进行项目活动状态的监视，完成计划的反馈。因此，项目管理作为协同活动组织的一个重要组成部分，是协同开发平台必须解决的重要问题。针对汽车企业的项目协同管理需求，IntePLM采取面向产品的项目管理机制，对项目的进程进行计划、调度、监视和控制，管理项目的当前计划类、实际执行类、任务交付对象类、任务流程类、任务限制类等数据，使企业主管能够实时监控任务进度和产品数据。另外，IntePLM又集成了具有广泛用户群的MSProject，可以充分使用专业项目管理软件的网络分析、项目成本、第三方工具提供的强大功能。（2）智能化的工作流程管理IntePLM对汽车产品协同开发过程管理的机制是：以流程为核心，用流程各活动节点驱动产品数据对象在全生命周期阶段内状态的变化及控制。汽车产品协同开发环境下的工作流具有多角色参与、数据复杂、持续时间长、异常处理频繁的特征，基于此，IntePLM系统嵌入了具有自主核心技术的智能化工作流管理模块。该工作流管理模块的组成结构由工作流可视化建模、工作流分析、工作流执行、工作流仿真四部分组成，而这四大部分的核心构件是智能工作流引擎。工作流建模的总体设计原则是面向企业用户，以简单、直观、容易掌握为前提；过程描述能力强，能够定义可能发生的各种过程逻辑;体现复杂产品多领域协同开发的多视图特性。工作流可视化建模工具的主要功能是提供建立工作流模型所需的各类基本元素;支持图形用户界面的基本操作；提供用户定义各模型单元属性的对话框；模型的保存与读取；支持多层次建模过程；与外部自动应用的接口。工作流建模工具采用WEB风格的图式化界面，工作流活动主体的定义提供按角色、机构、关系人等多种实现方式，包容尽量多的定义信息，活动路由采用基于规则的方式实现，尽量提高工作流建模阶段的柔性。为了提高创建工作流模型的效率，通常需要聚合、裂变和优化以前的过程模型从而生成新的业务流程。工作流模型知识库的主要功能是提供一套可重用的工作流模型和逻辑处理规则，在业务流程发生变化的时候能够很快建立适应其变化的过程模型。（3）工程变更管理工程变更是企业在产品开发过程中经常发生的事，为了使变更过程规范，变更过程控制有效，变更传播有保障，需要提供很强的变更控制、数据一致性维护管理、详细数据变更等能力。在IntePLM平台上，工程变更管理以智能工作流引擎为底层支持，制定符合不同行业标准的变更流程模板库，规范企业变更过程，从而使变更过程获得有效管理。IntePLM中将变更过程分解为变更申请、变更评估、变更分析、变更指令、变更实施、变更通知六种变更活动，每种类型的变更活动负责组织该活动范围内的信息、人员、资源等，变更活动之间的时序关系统一由工作流引擎负责调度。变更传播是变更管理实现的一个难点，变更传播包括两个方面，一方面是受变更影响对象的更新与发布，另一方面是变更完成后相关人员的通知机制。IntePLM中采用参数化技术来实现变更传播。主要思想是为需要变更的对象设置相关参数，将对象的变更转换为参数的变更，参数与受变更影响对象之间的关系用变更网络图来表示，对每个参数，可以定义该参数的影响人员、成熟度等。数据安全管理IntePLM从三个方面来保证产品数据对象的安全，即系统内安全问题、网络安全问题、系统外安全问题。系统内安全问题是指在IntePLM平台内部，如何确保只有恰当的人在恰当的时间以恰当的权限操作恰当的数据，使得协同平台内的数据是安全可控的。网络安全问题是指在多领域协同开发过程中，基于网络环境下进行数据传输的安全性问题，确保传输的数据不能被非法截获而导致数据泄密，或被非法干扰而导致数据错误。系统外安全问题是指当在多领域协同开发过程中，因某些原因需要从平台中导出数据到系统环境外进行处理，需要确保这些数据不被别有用心的人外传泄密。IntePLM平台解决了系统内的安全问题以及网络安全问题，而对于系统外的安全问题，通过集成天喻软件公司的企业数据防扩散系统InteKEY来解决。4研究成果技术成果（1）结合汽车行业的现实需求及典型汽车企业产品研发特点，对汽车产品研发技术规范、研发流程、过程控制及研发管理进行归纳抽象，提出了面向汽车行业的产品全生命周期协同开发管理的产品数据对象集成管理模型，研究并开发了协同管理为核心的流程引擎，构建了基于SOA构架的产品全生命周期协同开发管理平台的集成框架；（2）研究三维产品设计环境的CAD产品模型表达特点，提出了基于曲线曲面几何压缩表示的产品模型轻量化技术及基于层次渐进传输的CAD模型网络传输技术，以此为基础开发完成了三维CAD模型轻量化组件工具及协同开发轻量化浏览工具软件，突破了当前三维产品模型大规模装配、浏览的技术瓶颈，大大提高产品协同开发效率；（3）结合当前汽车产品协同开发过程中CAD/CAPP/CAM/PLM等软件工具的集成需求，采用面向对象技术及SOA软件构架，完成了面向汽车行业的产品全生命周期协同研发的集成管理平台，该平台具有统一数据管理、过程管理、知识管理及资源管理，能够支持汽车产品协同开发过程中的数据、知识、资源及过程的集成共享。技术创新（1）研究汽车产品开发的技术规范、流程及过程控制体系的数字化管理特征并在通用PLM以及设计工具系统中固化，支持建立汽车产品开发的数字化管理体系，形成专业化的汽车产品协同开发集成管理平台;（2）以多领域统一的产品数字化模型为基础，流程协同管理为核心，集成使能服务为框架，构建面向汽车产品全生命周期开发过程的集成系统，实现数据一致、模型共享、流程统一、知识重用、资源优化的汽车产品协同创新开发模式；（3）基于轻量化技术实现产品可视化智能配置和三维总装工艺设计，支持整车产品自顶向下和自底向上的开发过程及其产品数据状态管理，实现三维环境下产品设计、工艺、生产的数据共享和功能集成。5示范应用安徽江淮汽车股份有限公司是集商用车、乘用车及动力总成研发、制造、销售和服务于一体的综合型汽车制造厂商，是国家重点支持的自主品牌汽车制造企业，中国工业企业500强，中国汽车工业前10强，主导产品涵盖全系列的乘用车和商用车以及客车专用底盘、发动机等核心零部件，具有年产50万辆整车、20万台发动机的生产能力。“十^一五”期间，江汽公司在已建立的CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM等系统的基础上，与长期的战略合作伙伴武汉天喻软件有限责任公司合作实施PLM系统，基于汽车产品正向研发的理念、方法和流程，以PLM系统为管理平台，数字化设计分析技术为工具，建立了全面支撑公司乘用车产品正向研发的设计信息化平台。该平台融合了江汽公司产品正向研发体系，支持跨国多地的汽车产品数字化设计的协同，提供了产品开发设计、分析软件工具及其的专业化应用，全面支持公司产品正向自主开发的需要。正向的自主研发能力体系的建立（1）研发理念的转变实现从基于产品实现的研发向面向过程、面向顾客基于产品实现的研发的转变，并为进一步形成以市场为导向、规划为根本，明确定位的面向顾客、实现顾客价值的产品研发理念奠定了基础。（2）研发模式的转变过去，江淮汽车在不同阶段曾采用以下两种研发组织结构：以功能完善为导向的功能型组织结构和以产品实现为导向的产品型组织结构。基于PLM平台，组合了功能型与产品型两种组织结构，形成以平台总监为核心基于产品实现的项目开发和以技术总监为核心基于功能建设的技术研发模式，产品开发业务将产品平台与技术功能实现融合形成强矩阵型组织结构。（3）研发流程的转变结合研发模式的转变，改变了以往以项目管理为主体的产品开发流程中以职能部门为主体，依据产品研发进展需要进行业务的转入/转出，职能部门间缺少相互联系，沟通不畅；按照项目管理体系推进产品研发，体系宣贯力度不大；以各设计院内部质量部门设立的体系流程开展产品质量管控工作，并负责相关体系文件的建设的状况，建立了“以平台总监为核心的产品及过程实现业务流程”、“以技术总监为核心的新技术开发管理业务流程”、“协同相关方的同步开发业务流程”的三条核心业务流程，配合三条核心流程制定了5大阶段8个节点门的管理策划流程，形成了研发中心SP支持过程+COP核心过程+MP管理过程的运行模态图。5.2江汽JAC-PLM的开发实施江汽JAC-PLM项目紧扣“协同”主题，从PLM软件系统平台和JAC协同业务模型两个主攻方向开展了深入研究和开发，全面完成了JAC面向产品全生命周期的协同开发平台（JAC-PLM）的开发与实施。（1）JAC-PLM从强化各部门、各专业的协同入手，以基于SOA架构的产品数字建模为基础，以流程协同管理为核心，完成面向汽车产品全生命周期开发过程系统开发，通过采取数据共享、协同管理流程、数据标准、信息安全和协同技术措施，提供多层次、多维度协同研发管理，完成了以电子图档为唯一法定数据的信息共享、发放、交付和接收、异地数据一致性控制和网上设计评审为主要内容的协同汽车产品开发平台的开发和应用实施，实现了构建面向主机厂、供应商、合作开发商的多级PLM协同体系，支持跨国多地的协同产品开发的目标。（2）完成了面向全生命周期的JAC协同产品开发业务模型的研究和建立，组织完成136个满足各类文档和流程模板的系统建模和实施。总结提炼了江汽公司PDM一、二期工程的实践经验，消化吸收了国外汽车产品开发管理理念和方法，构建了包括组织与职能域、权限管理、数据分类、数据组织、生命周期、业务流程、变更与版本控制和BOM管理在内的八大类业务模型。目前，JAC业务模型已经融入并固化在PLM系统平台中，随着应用的深入和产品研发管理体系的不断完善，JAC产品业务模型也将不断地得到改进和完善。（3）建立全局统一的标准件库、企业标准件库、统一资源库（三库建设），不仅规范了基础资源数据，同时实现了标准件、企业标准件在产品开发中的使用控制，为克服异地协同在零部件引用中容易出现的规格过多、重用率低以及资源调用和描述各行其是引起的各类生产和工艺问题提供了可供执行的标准，实现了统一数据管理、过程管理、资源