PDM系统在汽车零配件研发管理中的应用

基于长沙汽电汽车零部件有限公司实施应用PDM系统的实践，本文阐述了汽车零配件研发管理中的设计标准化、企业设计库构建以及研发流程的管理，为汽车零配件企业研发信息化建设提供借鉴。

产品数据管理系统（Product Data Management，PDM）是一种管理产品研发数据和产品研发过程的工具，在贯彻设计标准化、管理研发知识库和规范研发过程等方面具有不可或缺的地位。

长沙汽电汽车零部件有限公司前身是我国第一家汽车电机电器专业制造厂――始建于1957年的长沙汽车电器厂，是我国该行业唯一的中央直属企业。公司主要研发与生产起动机、发电机、点火线圈、分电器、微电机和电子调节器等总成及零件，具有先进的汽车电器研发和制造水平。近年，在深化产品系列化、模块化设计及提升产品创新研发能力的背景下，公司产品研发过程中面临到一些挑战。

（1）产品图文档统一管理问题：产品变型设计多，技术资料存储量大，产品资料齐套性难以控制，设计开发重用率不高，研发周期较长。

（2）产品协同开发问题：产品设计标准化难以落实，缺乏系列化设计库（如3D标准件库、通用件库等），无法控制零部件种类与数量的增长。

（3）规范化的研发流程难以贯彻：规范化的研发流程在实际工作过程中难以监控。

（4）更改的同步性问题：设计、工艺、质检、采购和车间等部门之间的工程图更改难以时实更新，版本不一致带来了返工、延迟等问题。

（5）企业知识库的保存及延续性问题：如何保存资质工程师的设计经验持续性及确保产品研发项目的延续性问题。

基于此，企业结合自身产品研发的要求，以SolidWorks EnterprisePDM（下简称SolidWorksPDM）为研发管理平台，着手落实研发管理过程中的设计标准化、企业知识库构建、APQP过程控制和研发变更流程管理等，全面提升研发管理水平。

一、设计标准化

设计规范化与标准化是企业研发管理的最基础性工作，包括设计环境标准化、文件命名规范、零部件分类及编码规范、技术模板统一和零件3D建模规范等内容。

1.设计环境标准化

设计环境是指企业在设计过程中所用的模板、使用习惯和设计库等，也就是完成设计所需要的工具和环境，不仅包括设计软件工具，装配体、零件及工程图模板和报表模板，也包括颜色、精度、单位和标注等。通过PDM模板管理功能将设计模板进行统一配置、应用，如图1、图2所示。设计环境标准化能够最大限度地保证产品外观设计上的协调统一，提高设计效率，设计要素可复用，保证各版本的设计统一，便于他人衔接和后续的设计工作，这对于以三维CAD作为研发工具的企业尤其重要。

2.企业信息编码系统构建

信息编码是信息标准中最基础的标准，是企业实现信息共享和资源重用的基础。从企业的信息流与物质流角度出发，企业主要的信息编码可以分为以下6类：图样代号和文档代号和物料代码、制造装备代码、办公设备代码、生产指令代号和产品序列号。利用SolidWorks PDM的插件二次开发建是通过标准化、系列化建立可复用单元，并通过PDM对零部立企业统一的信息编码系统（图3），实现编码的申请、分配件进行管理，建立零部件的检索机制，如图5所示。设计库是和维护等统一管理，确保企业信息编码的唯一性与规范性。

3.零部件分类与名称规范

分类管理就是将文档按照相似性（如结构形状相似等）原则划分成不同的类，分别加以管理。如通过零部件分类，形成企业可复用的设计单元库，方便设计人员检索，使产品数据得到有效的重用。零部件名称规范是实现设计复用、减少零部件种类的关键因素，建立统一的零部件名称库，是设计标准化的一项重要内容，如图4所示。

4.零件3D建模规范

建立标准的零件3D建模方法，将企业中最典型的零件的设计方法总结出来形成一个标准的画法从而节省设计时间。零件3D建模规范的建立可使缺乏经验的工程师能够迅速投入设计，并且容易修改企业储存的设计资料，为引用与借用以及系列化工作打下基础。

二、企业设计库管理

企业设计库是指可以重用的设计信息的集合，强调的是工程数据的可重用性、数据的组织以及管理。设计库的重点是通过标准化、系列化建立可复用单元，并通过PDM对零部件进行管理，建立零部件的检索机制，如图5所示。设计库是常用注释、特征、零件及部件等设计信息的集合，具体包括常用注释库、特征库、标准件库、基础件库及通用件库等。

1.注释库

在创建工程图时，有部分注释经常被使用，比如表面粗糙度、焊接符号、形位公差及技术要求等，可以将这类经常用到的符号存放到PDM注释库里，需要时直接从库里拖放到工程图指定的位置，以此来提高出图的速度。

2.特征库

SolidWorks零件实体建模中，特征是组成零件实体模型的基本元素，它体现了产品的功能要素和工程含义，是描述产品信息的集合。特征是参数化的几何实体，通过改变特征尺寸参数，可以用有限的特征构造无限的零部件实体模型，同时利用参数化功能实现零部件的系列化。特征是特征设计和特征识别的关联，不仅体现产品的功能和工程含义，而且是CAD/CAM集成化发展的方向。

3.标准件库

SolidWorks提供了企业常用的标准件模型，只需将需要的模型下载，保存到PDM库中即可建立符合企业要求的标准件库，设计时可直接调用这些可复用元素，从而极大地提高了设计效率。

4.基础件库

企业在开发新产品时，往往在原来的产品上加以改进，其结构变化并不大，而且产品中相似的零件非常多，如起动机的轴、圆筒等零件，不同系列之间的零件非常相似，可以从一个基础模型上修改得到，这样就可以避免重复全新设计。

5.通用件库

将一些可以重复使用的零件或部件建立成企业通用件库，是节约产品研发周期的最重要的方法，如常用的轴套、锁圈、刷架底板和开口圈等。

三、APQP过程管理

APQP（Advanced Product QualityPlanning，产品质量先期策划和控制计划）是汽车行业TS16949标准中用于控制产品质量的产品开发工具，它是一种为满足产品项目规定，在新产品投入以前，用来确定和制定确保生产某具体产品或系列产品使客户满意所采取的一种结构化过程的方法，包括从产品的概念设计、设计开发、过程开发、试生产到生产，以及全过程中的信息反馈、纠正措施和持续改进活动。APQP过程管理对于提高产品质量的具有重要的意义。

1.基于APQP过程管理的项目结构

APQP包含五个基本过程：计划和定义、产品的设计与开发、过程设计和开发、产品和过程的确认及反馈、评定和纠正措施。基于APQP过程，PDM按产品系列和品种大类建立产品项目管理目录，贯穿了产品整个全生命周期数据管理，如图6所示。

2.协同设计审核流程

SolidWorks PDM系统提供了各部门并行工程的工作流程，零件的CAD主模型使得在SolidWorks PDM环境下不同设计领域的人员能够实时共享产品信息，使得产品设计、工程分析、工艺设计、质检测试和生产制造等人员能够提前共享设计成果，共同参与产品设计开发，在线浏览产品设计图，实现并行集成的产品开发环境。

而且，基于PDM图形化的流程管理（图7），APQP中的各个过程不再是一个孤立的单元，产品概念设计、结构设计、工程分析、工艺设计和质量检验等各个阶段之间形成有效的审核反馈机制，从而在设计前期，团队能够从各个不同专业进行有效沟通，减少错误，提高效率。

3.研发变更管理

变更管理是企业研发管理的重要一环，而在变更申请、变更和变更执行过程管理中，关键问题是各部门数据的更新不同步，各部门应用的版本经常不一致，没有同时获得最新版本的设计数据。

应用SolidWorks PDM的3D关联管理，在零件建模、工艺设计、工装设计和质检计划中充分应用SolidWorks 3D设计的关联性，通过SolidWorksPDM条目管理使得各种关联数据统一在电子仓库进行有效同步更新。PDM管理的关联数据为指针参考引用，如图8所示，即当设计数据源头发生更改后，相关的零部件、工艺卡、模具设计和质检文件等引用文件将会显示设计图最新版本的提示，通过PDM“最新版本更新”方式及时将所有关联技术文件更新至最新版本的设计数据，从而确保在更改发生时多部门文档的同步性，避免更新不到位或应用旧图现象。

四、应用效果

应用SolidWorks PDM平台，长沙汽电汽车零部件有限公司的研发管理水平有了一个新的发展。主要表现在三方面：①提高了研发效率，PDM实施贯彻了设计的规范化和标准化工作，配合特征库、标准件库和通用件库等企业知识库的管理与使用，提高了设计的复用性，通过PDM共享数据库与协同研发流程构建起产品并行设计平台，实现了小组协同设计，团队合作更紧密；②提高了产品质量，在设计过程中，多学科专业人员通过PDM事先参与产品多方案的评审，及时反馈信息，摆脱了传统的经验设计，实现了基于分析的优化设计及多学科的协同评审；③提高企业产品创新设计开发思维，也有效保护了企业的知识资产。