發布時間：2015-09-22 09:32:26    瀏覽次數：

如何高質量、低成本、短交貨期滿足客戶個性化、多樣性的需求，成為汽車輪胎模具企業在當今市場競爭中生存的關鍵。PDM為企業提供了管理和控制產品全生命周期所有數據和過程的機制和功能。實施PDM系統的目標是利用一個集成的信息系統來協助創建和管理產品開發設計及產品制造所需要的完整的技術資料，并對產品的形成過程進行有效的管理和控制。產品配置管理(Product Configuration Management)能夠使企業的各個部門在產品的整個生命周期內共享統一的產品配置，并且對應不同階段的產品定義，生產相應的產品結構視圖，如設計圖、裝配視圖、制造視圖和計劃視圖等。產品配置管理是根據用戶給出的配置需求，基于單一、通用的產品族結構，選配出完全或部分滿足需要的零部件及其產品結構。提出用功能、技術、結構三視圖對產品族進行建模的方法。提出一個多層次的產品結構模型，這幾個層次分別為：產品分類體系、產品模型、配置、零部件結構、材料清單。

針對以PDM平臺下汽車輪胎模具配置管理的特點，本文從汽車輪胎模具產品配置原理出發，建立了產品族結構配置模型，并在此基礎上建立了以產品族結構模型為核心的產品配置模型和配置過程模型。

1 汽車輪胎模具產品配置工作原理

制造業產品配置的應用理念是最大程度利用企業已有生產資源，不需要創新性設計或適應性設計，只通過一個可行的組合(配置)和常規的設計方法(變型設計)，就能在短期內完成個性化產品定制任務。產品配置可以根據客戶的配置要求，基于動態的產品族結構模型，配置出完全或者部分滿足客戶要求的零部件及產品。經客戶確認后的產品結構，通過產品配置管理把產品結構模型映射為面向不同用戶的視圖，即BOM多視圖管理，保證了產品數據的安全性和有效性。圖1表示基于PDM系統的汽車輪胎模具產品配置原理。汽車輪胎模具是典型的按訂單設計(Engineer-To-Order，ETO)的定制產品，產品結構由銷售工程師和客戶通過PDM系統的配置管理功能實現，并快速提供詳細的產品報價清單和產品零部件的變形設計。

圖1 基于PDM的汽車輪胎模具產品配置原理

2 汽車輪胎模具產品族結構模型

2.1 產品配置的動態性

產品配置的動態性主要表現在三個方面：

1)產品族結構配置模型中的零部件集合是動態變化的。即隨著時間的變化，企業零部件庫會不斷進行更新。動態的產品族結構模型擴大了產品配置的使用范圍，提高了產品配置的效率和準確性。

2)產品族結構配置模型是動態變化的。如在T1時刻的產品配置模型為C1，而在T2時刻的配置模型可能為C2，即C1→C2。配置模型的變化最主要是由于組成配置模型的配置單元以及配置規則的變化引起的。

3)產品配置的結果也是不斷變化的。主要是由于汽車輪胎模具是面向客戶化的ETO產品，根據客戶需求對產品結構和性能進行調整，包括個別零部件的變型設計、零部件工藝改變以及精度要求等。

2.2 汽車輪胎模具產品族結構模型建立

汽車輪胎模具結構和客戶群相對固定，產品結構的主要區別在于花紋塊花紋的不同、花紋塊的個數、有無氣室、高度、外徑、軸向行程及徑向行程等，其他部分的形狀結構相似，完全可以實現標準化，模塊化。為了快速響應客戶訂單，縮短產品生產周期，必須構建一個可以支持配置的、單一的、動態的產品族結構模型。圖2表示動態產品族結構模型，該結構模型與訂單無關。整個動態產品族結構模型由兩類類虛擬節點、三類實節點與部件類、零件類組合而成，各構成元素代表的含義如下：

替換節點：是放置替換件的節點，在產品結構中某個功能可以有多個不同結構的組件，在配置過程中各個組件的地位是等同的，可以根據約束條件進行選擇。如花紋圈，可以根據客戶要求分割成8塊、9塊、10塊、12塊等。

可選節點：是放置可選件的節點，可選件節點存在是否選中的可能。

實節點：在產品結構樹中顯示且其數據時可見的且可用的部件、組件、零件等。

虛節點：為了不破壞產品結構樹的完整性，而在產品結構樹中顯示的節點，但其數據時不可見和不可用的。如型腔部件，其實就是一個虛擬的部件。

構件：表示具有一定形狀、功能和裝配關系的零部件屬性序列。這類零部件具有相同或相似的功能，以及相同的接口。

零部件：構件的實例化，同時零部件還可以存在不同的版本，產品的配置過程就是構件實例化、零部件版本確定的過程。

圖2 產品族結構模型

動態產品族結構模型，構建了一個產品配置主模型，實現了對產品數據的分類和組織。產品配置可以通過規則和約束條件來決定動態結構族模型中不確定節點被選擇的條件。

2.3 基于變量條件和規則的產品配置

產品的型號規格往往是由幾個關鍵參數決定，汽車輪胎模具結構相對固定，不同型號之間存在著許多相同的組件，通過選定幾個關鍵參數作為變量條件來對產品進行配置。變量條件不但包括零部件版本信息，也包括其相關的裝配關系。如客戶要求產品對應的硫化機規格是63.5時、花紋圈分為8塊、采用斜平面導向、采用蒸鍋式加熱方式等等，這些參數都可以視為變量條件，變量條件按照事先定義好的配置參數經過邏輯運算法則“=”、“>”、“<”、“and”，“or”，“not”等組合成變量規則。本文采用決策表技術，各種規則可以按照簡單的方式羅列在決策表中，決策表一般有四個區域組成，即條件區、條件說明區、活動區、活動說明區。條件區中包含了所有用來檢驗決策情況的條件；條件說明區是規則列中對條件的必要說明；活動區是根據條件所要執行的各種活動；活動說明區是在一規則列中對所執行活動的必要說明。

3 產品配置過程

3.1 產品配置的過程模型

產品族結構摸型是定義了上下級裝配關系的構件和零件的集合，產品配置過程就是將產品族結構模型實例化的過程，最終形成具體的產品結構樹。通常用戶所看到的產品結構樹并非完整的產品結構，而是產品族結構經過映射后所產生的面向不同用戶的視圖。因此，產品配置過程就是通過配置規則和配置知識，從產品族結構模型狀態到產品結構樹的具體零部件狀態的映射過程，產品配置過程可以用圖3所示的模型表示，Ti=(Ii，Ci，Oi，Mi)

其中Ti表示所要完成的任務名稱，即信息轉換的內容；

Ii=(Ii1，Ii2，…，Iin)表示完成活動Ti所需要的信息輸入，如客戶訂單、配置參數等；

Ci=(Ci1，Ci2，…，Cin)表示影響活動Ti執行的事件或約束，如配置規則、查找相似零部件信息等；

Oi=(Oi1，Oi2，…，Oin)表示完成活Ti死所產生的結果及信息，如配置參數、零部件模型及技術文檔等；

Mi=(Mi1，Mi2，…，Min)表示完成活動Ti所需要的資源(軟件系統等工具、數據模型等)。

3.2 產品配置過程分析

產品配置是一種特殊的設計行為，即給定一個構件集以及構件之間的約束關系和特定客戶需求，從構件集中選擇出一組構件，將構件相互連接形成滿足要求的產品。產品的配置過程是根據產品的層次結構和零部件模型進行的自上而下與自底而上相結合、反復迭代的過程。圖4表示汽車輪胎模具產品配置過程模型，基于動態產品族結構模型的產品配置過程大體分為三個階段：

第一階段，在動態產品族結構模型的基礎上，根據客戶訂單需求與選定的變量條件和配置規則，確定與訂單相關的初步的產品配置方案，即非精確產品結構。在這一階段，企業結合自己的實際生產能力為客戶個性化的需求快速制定初步的配置方案，并為客戶快速提供準確的產品報價。

第二階段，在非精確產品結構的基礎上，對不能直接滿足客戶要求的定制零部件進行變型設計。對無法滿足結構或性能要求的零部件，根據編碼從PDM系統中查找到相似零部件的主模型和主文檔，利用集成的CAD系統完成零部件變型設計，并將實例化的零部件關聯到動態產品族結構模型。

第三階段，確定所有零部件的有效版本，形成精確配置實例的客戶產品結構和詳細的工程技術文檔。根據需要把精確的客戶產品結構映射為特定的視圖，即BOM多視圖管理。

產品配置過程

4 BOM多視圖管理

產品的結構信息、屬性信息、關聯信息等是分階段形成的，對應于產品生命周期的不同階段，從不同角度產生了BOM子視圖。PDM提供的BOM多視圖管理可以為不同部門提供從不同角度配置的BOM，保證了企業使用的數據是來自單一數據源，同時保證了數據的安全性，加快了訂單的響應時間和提高了報價的準確度。產品配置實例化結束后，首先得到客戶化的精確EBOM，它精確地描述了產品設計中產品、部件、組件、零件之間的關系，通過關聯零部件的主模型和主文檔派生得到可以用于下游生產的工程圖、工藝過程規劃、裝配圖、NC程序等。圖5表示基于PDM系統的產品配置BOM多視圖的轉換與分解。

制造企業傳統的BOM編制過程，是經過設計部門、工藝部門、采購、財務、銷售等依次完成，而基于PDM的產品配置過程體現了“并行工程”的思想，在產品配置過程中，通過產品族結構模型記錄下各個零部件的配置層次信息和主模型、主文檔信息，生成產品生命周期的各種BOM視圖，從任何一個產品結構視圖中均可查詢到完整的產品結構和數據文檔。

應用實例

在企業實施PDM系統的基礎上，通過對產品設計、工藝、制造、裝配的各個環節的分析，建立了模塊化、標準化的動態產品結構模型，由PDM系統對產品結構模型和變量規則與約束進行管理，再利用PDM系統提供的配置管理功能，快速配置出客戶滿意的產品。

下面以某蒸鍋式汽車輪胎模具為例，該產品所屬系列有相同的產品結構及裝配形式，不同的是產品對應的硫化機規格以及花紋、側板、活字塊等。決策表作為客戶化產品配置變量條件和約束規則實現的關鍵，由各部門工程師共同維護，表1是通過產品族結構模型選擇零部件使用的約束規則之一的決策表SP01。條件Condition_Sn表示花紋圈的分塊數，條件Condition_Ss表示活絡模具的結構形式，條件Condition_Vms表示汽車輪胎模具所使用硫化機的尺寸等；活動Action_s_sh表示根據條件和規則所選擇的滑塊規格，活動Action_s_uwp表示根據條件和規則所選擇的上減磨板規格。

BOM多視圖的轉換與分解

根據客戶化初步配置方案，向客戶提供配置結果，同時提供詳細的報價清單。如果對方案滿意，則根據相應零部件的主模型和主文檔進行變型設計，并根據配置實例，映射為生產中所需的各種BOM視圖。

6 結論

產品配置管理是PDM系統的重要功能，是企業快速響應客戶定單、縮短生產周期的關鍵技術。本文從汽車輪胎模具產品配置原理出發，建立了產品族結構配置模型，并在此基礎上建立了以產品族結構模型為核心的產品配置模型和配置過程模型。產品配置管理保證了企業在產品的全生命周期內共享統一的產品數據模型，BOM多視圖管理保證了數據的安全性。對汽車輪胎模具的產品配置管理的研究，對制造企業尤其是汽車輪胎模具企業成功實施PDM系統具有很大的借鑒意義。