1 前言
在制造業市場競爭日趨激烈的今天，通過縮短產品設計周期、加快產品上市速度，已成為提升企業整體的必備競爭力舉措之一。同時，在盡量滿足客戶個性化需求的前提下，確保企業的產品設計朝模塊化、標準化的方向發展，已經成為企業提升核心能力的重要手段。在計算機輔助技術支持下的協同設計方法作為現代設計技術中一種新的產品開發模式，已經引起各國研究機構和企業界的廣泛重視。產品協同開發模式已經被國內外企業廣泛采用，網絡化的協同設計也成為現代集成制造系統的研究熱點。信息技術和網絡技術的快速發展，已為降低集團內部各企業之間標準件、通用件的生產成本和管理成本創造了條件。本項目以產品數據管理的協同設計系統 TeamCenter 為研究平臺，以商用車所涉及的標準件、通用件為主要研究目標，對基于 TeamCenter 系統的網絡環境下的商用車標準件、通用件數據庫的構建方法進行了深入的研究，完成了上汽商用車標準件、通用件協同管理數據庫系統的開發。本項目的主要工作包括數據庫系統開發和標準文件 （數模、手冊） 制作兩大部分內容。
2 數據庫系統開發
數據庫系統開發主要包括數據庫系統框架、工作流程及系統的設計方案的制定，數據庫主要界面功能設計，三維數模的構建等內容。
2.1 數據庫系統框架
上汽商用車標準件、通用件數據庫是在上海汽車統一的產品研發數據管理平臺 （PDM） 上實現的。該項目數據管理平臺選用了 SIEMENS 公司的TeamCenter 2007。TeamCenter 2007 可以劃分為數據存取層、服務層、應用層和用戶層，每一層為其上一層提供所需的服務。操作系統與數據庫為最下層提供系統功能，而最上層則通過 Web 界面提供最終用戶功能。數據管理平臺結構如圖 1 所示。
（1） 資源層，即數據存取層，直接與操作系統和數據庫進行交互操作，為應用層提供可靠的和高效能的數據存取、對象管理、文本搜索等基本功能。
（2） 服務層 （也稱企業層） 是 TeamCenter 的核心層，服務層提供了用戶與數據庫系統的數據交換、安全管理、業務邏輯等功能，不同的 Team-Center 用戶接口 （web browser，rich client 等） 以及其它應用程序 （CAx、ERP 等） 將數據以 PLMXML 格式傳遞給服務層，服務層驗證數據后，再將其儲存到數據庫中。同時，它支持.Net、J2EE 等技術，更加方便地與其它系統進行數據交換。
（3） Web 層 （也稱應用層） 通過 TeamCenter服務器提供所有的 TeamCenter 功能，包括文檔管理、產品結構管理、業務流程管理及文件輸出等。所有應用子系統之間通過 PLM XML 對不同類形、結構和形態的數據進行操作訪問。TeamCenter API和 PLM XML 提供標準應用開發和數據接口，主要為其它企業數據系統如 ERP 或 MES 等提供數據交換接口和各種介面的開發工具。此外，應用層亦提供各種常用的標準接口和協議如 ODBC、IIOP、CORBA、RMI、HTTP 等。
（4） 用戶層提供以 Web 技術為基礎的最終用戶操作介面。TeamCenter 是一個開放性的系統，其中表現在各層系統架構都支持 J2EE 企業環境標準，為用戶界面的客戶化提供了有效的標準開發環境。
2.2 系統工作流程
上海汽車的通用件系統有以下幾個特點：（1）上海汽車內部的多個企業使用統一的通用件庫；（2）通用件的創建由通用件工程師統一完成；（3）通用件工程師可以通過更改通用件授權的方式將系統已有的或者其它企業在用的通用件授權給本企業使用；（4）通用件工程師對于系統中所有的通用件具有查看和修改權限；（5）一般工程師只能在系統中選擇授權給本企業使用的通用件用于本企業，未授權給本企業的通用件，一般工程師無法查看。通用件系統的流程主要包括：通用件的申請流程、通用件的狀態更改流程和通用件廢棄流程。
（1） 通用件的申請流程：當一般設計工程師無法從現有的通用件庫中選擇合適的通用件的時候，可通過系統創建“通用件申請單”，發起通用件的申請流程。通用件申請流程如圖 2 所示。
（2） 通用件狀態更改流程：通用件工程師通過該流程將自己創建的 Working 狀態的通用件進行發布以供本企業一般工程師使用，或者將其它企業在用的通用件通過本流程授權本企業使用。通用件狀態更改流程如圖 3 所示。（3） 通用件廢棄流程：當一個通用件因為技術或者經濟原因不能夠用于新的產品設計的時候，企業的更改工程師將需要廢棄的通用件提交本流程。通用件廢棄流程如圖 4所示。被廢棄的標準件可能會繼續用在現有產品上，但是新創建的裝配一旦引用被廢棄的通用件時，系統會自動進行提示。如果被廢棄的標準件不能再用于現有產品，需要通過工程更改對這些產品的BOM 進行更改。
2.3 系統設計方案
通用件數據庫采用 SIEMENS 公司的 TeamCen-ter 2007 作為統一架構，是上海汽車統一的產品研發數據管理平臺的一部分。
（1） 使用 TeamCenter 2007 的零件管理功能，實現對通用件一般信息及零件與數模、圖紙及其它相關技術資料的管理；（2） 使用 TeamCenter 2007 與 CatiaV5、Pro/E雙向集成的功能，管理通用件的數模；（3） 使用 TeamCenter 2007 的零件分類功能，管理通用件的樹狀分類結構，管理通用件的特征參數；（4） 使用 TeamCenter 2007 的 Workflow 功能，管理通用件的申請、廢棄及狀態更改等流程及零件、數模及相關技術資料的狀態；（5） 使用 TeamCenter 2007 的權限，管理實現多組織共享的通用件數據庫。
2.3.1 數據庫主要功能及特點
通用件數據庫主要實現了以下功能，其中包括：
（1） 通用件編碼首位采用特殊字母，以區別一般零件，其后為無意義的流水碼。不同企業的通用件都使用統一的編碼規則，創建零件的時候，由系統自動指派零件編號；（3） 通過選擇列表的方式管理通用件的中英文名稱，實現零件名稱的規范化與統一化，而且通過系統后臺設置中英文之間的對照列表，在系統界面上實現中英文的雙向同步更新；（4） 使用表單的方式管理通用件的一般屬性；（5） 以零件為中心，通過各種關系管理通用件與數模、圖紙、屬性表；（6） 通過后臺的轉換服務器將 3D 數模轉換為輕量化的中間格式 JT 數模，用戶通過系統內嵌的瀏覽器在不啟動 3D 軟件的情況下就能瀏覽零件的3D 數模，而且可以進行測量、批注等操作；（7） 管理員可在零件分類管理中維護零件的分類結構，對每類零件定義其特定的屬性，屬性可以支持字符型、浮點型、日期型、整型等，對結構化的屬性還可以設置選擇列表。而且多個企業共用一個分類結構樹；（8） 在零件的一般屬性與分類結構屬性之間可以設置映射，將一般屬性的屬性值映射到分類結構的屬性中，保證數據的一致性，減少重復工作量；（9） 通用件工程師可以將創建的通用件發送到分類結構樹，按照不同的零件類別填寫其特征參數；（10） 一般工程師可以通過樹狀的零件分類結構按照零件的特征參數快速搜索符合要求的通用件；（11） 在零件分類查詢頁面，用戶可以同時查看零件的 JT 數模和二維圖紙；（12） 管理員可以設置分類結構節點的查看權限，保證每個企業的工程師只能查看本企業需要的節點，屏蔽該企業不需要的分類節點；（13） 通過對零件按照企業設置不同的狀態，并按照狀態設置查看權限，保證每個企業的工程師只能查看本企業的零件，并且企業的通用件工程師還可以根據需要隨時更改這種零件的授權。
2.3.2 系統開發環境與編程語言
通用件數據庫系統使用 TeamCenter 統一的業務建模開發環境 BMIDE（Business Modeler IntegratedDevelopment Environment），開發語言采用 JAVA 和C。
3 標準文件 （數模、手冊） 制作
3.1 數據模型構建及分析
對庫內標準件數模構成、布局及數模工程繪圖軟件的使用進行了研究，根據各企業的使用特點構建了由 Catia、Pro/E 等多種工程繪圖軟件的標準數模文件。根據上汽商用車技術中心的需求，完成了69類通用件的參數化Catia建模，生成數模約3 500個。根據上柴公司的需求，完成了125類通用件和200類標準件的參數化Pro/E建模，生成數模5 000余個。通過結構樹，選中所需查詢的標準件或通用件，即可查看其相關屬性參數，以及該零件的 2D圖紙和 3D 數模。
3.2 標準文件的制定
（1） 行業標準調研分析：對現有國內汽車標準、國家標準、機械行業標準、大型汽車企業標準（上汽乘用車、泛亞、上汽商用車 1012、906 項目、上柴、南維柯、匯眾重卡等）、國外引進標準進行收集、分類、統計、整理分析。
（2） 數據庫內標準件、通用件零件目錄及設計開發規范制定：針對上汽商用車板塊內的上柴動力、匯眾、南維柯等相關企業及 1012、906、新能源、自主品牌等商用車技術中心在開發項目，列出數據庫目標收錄的標準件、通用件零件清單。完成數據庫內標準件制作內容策劃 （規格、材料、性能等級、表面處理統計總表）。
（3） 標準件、通用件零件標準文本文件、參考手冊的編制：制定通用件、標準件的編號規則、緊固件設計開發規范、數據庫內置零件清單和新增標準件設計流程。在重點對 2000 版汽標手冊進行了全面整理、分析的基礎上，完成了針對該版汽標部分的最新國標修改情況統計工作。通過比較分析上汽乘用車、泛亞、南維柯等企業的標準件手冊，確定了商用車標準件手冊的具體內容和表格的制作形式，完成了1000 幅標準件手冊模板的設計，以及 《上汽商用車技術中心通用件選用參考手冊》 和 《上柴動力通用件選用參考手冊》 的編制工作。
4 技術創新點
（1） 基于知識工程的標準件參數化柔性建模
用參數化設計方法建立庫內標準件和通用件的模型，在資源圖件編繪系統中實現模型建立與復用、圖形自適應性和參數化圖庫等幾方面的應用技術，使標準件模型中的定量信息變量化，通過對變量化參數的調整，來賦予不同的數值，從而可得到不同大小和形狀的零件模型。為企業提供了高效快捷的數據庫維護管理途徑。
（2） 設定標準件、通用件優先級標識
根據行業內選用趨勢，使用頻率、目前使用數量、選用經驗，同時考慮在滿足使用成本優勢的情況下，預先對庫內標準件、通用件的規格、表面處理、材料強度等級等參數進行優先級設定，標識出零件優先選用的范圍，起到引導和提示工程師優先選用的作用。
（3） JT 輕量化數模轉換功能設置
借助于集成在 TeamCenter2007 的可視化應用功能模塊，將 Catia、Pro/E 數模在后臺自動轉換成JT 三維可視化文檔格式，減少了 Catia、Pro/E 數模對庫內空間的占有量，減輕網絡負載 （特別是作為統一數據庫在跨地域使用中，這一點很重要），提高了系統的性能。
（4） 用戶權限管理方法
利用在系統中設定權限規則和零件狀態標記的方法，區別設定來自不同企業的用戶訪問權限。同時要求每個企業定義本企業特有的狀態標記，對系統中一些同一種標準件、通用件可設置一種以上的不同的狀態標記，通過狀態標記區分各企業的設計工程師對標準件、通用件的訪問權限。企業中均設有二種用戶，（1）高級用戶：標準件、通用件管理工程師，各設專人一名。高級用戶一般是各企業工程部門或標準化部門負責規范管理的工程師，高級用戶可以查看到所有企業的標準件和通用件，這有利于各企業間的信息共享。如果本企業員工有新增標準件和通用件的需求，高級用戶應首先查看系統中其它企業是否已有類似件存在。如果可用，則直接對該標準件或通用件維護一個本企業的狀態標記，這樣本企業的一般用戶就可以查看和引用了。（2）一般用戶：可直接使用標準件、通用件的設計工程師。一般用戶只能查看和使用本企業的標準件和通用件。一般用戶的使用權限由所在企業的高級用戶授權，以此來保證每個企業對這些零件訪問權限的獨立性。
5 系統應用效果
標準件、通用件數據庫的構建能直接支持商用車公司產品的自主開發工作，同時對規范設計師的設計、提高開發設計效率具有顯著的效果。
標準件、通用件數據庫的開通已最大程度地實現了商用車板塊內相關公司通用件和標準件的統籌管理，最大限度地減少了各企業設計、物流管理時的重復工作與投入。為精簡產品品種，便于生產管理，保持主機企業零件采購價格談判的優勢和商用車板塊內部零件采購價格的一致性，減少對供應商進行重復認證的工作成本、實現降低庫存的現代生產管理目標和降低物流管理成本創造了條件。同時，該系統也為產品的模塊化設計作好了應用系統準備?？傊?，對促進整體產品的同步發展，提高生產效率和產品質量，降低整車的開發、生產成本，縮短開發周期，加快上市時間，提高響應速度，促使企業管理上臺階起到積極有效的推動作用。
目前該系統已成功的應用于上汽商用車技術中心，以及南京、上海的主要產品開發設計部室和上柴公司設計部門，并在商用車新能源、SV6 整車項目，以及上柴公司的 101、112、912 等多個發動機開發項目中得到了應用。該數據庫的成功應用一方面規范了設計師選用標準件或設計通用件的行為，另一方面，設計師在產品設計時，調用標準件和通用件庫里的數模非常方便，大量節省了重復建模的時間，受到設計部門的好評，并取得了良好的效果。
該系統規劃在適當時機，逐步向商用車板塊內的其他企業推行，建立起上汽商用車統一的標準件、通用件公共庫，同時為建立起上汽企業標準件、通用件公共采購平臺提供了可能，它將為降低整個價值鏈的生產成本、提升整個價值鏈效率發揮出更大的作用。
參考文獻
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