PLM系统在汽车产品开发中的应用

 

汽车工业是一个技术高度密集的成熟产业，是当今许多新技术的载体，而汽车的新产品开发则是汽车技术的核心。当代汽车新产品的开发，从它的基本理念、组织形式、实施步骤和开发手段上都贯穿着信息技术和微电子技术的成果，已经达到了全新化的程度。中国作为汽车工业的后起发展国，不仅要引进发达国家汽车工业大批量生产的先进技术、设备和工艺，尽快掌握汽车设计开发和制造技术，更重要的是要不断地学习和应用现代的管理思想和科学、高效的管理方法，从而来推动我国汽车产业的发展。

一、产品生命周期管理（PLM）的概念

产品生命周期管理PLM（Product lifecycle Management)来源于全球制造业信息化的长期实践和发展。自20世纪末提出以来，这一管理发展十分迅猛，成为全球制造业关注的焦点。近年来，国外已有超过70%的大中型汽车制造商使用了PLM系统，从而节约了开发成本，缩短了开发周期，提高了经营效率。而我国在PLM的研究应用上则刚刚处于起步阶段。

产品生命周期管理PLM不仅是一种战略性的思想方法，而且也是一套应用系统和具体的解决方案：即是一种在虚拟企业范围内管理整个产品开发过程中如何进行协同工作的协调方法。

概括地说，PLM是一种“产品至上”的理念，属于企业信息化的范畴。但是，由于PLM属于一个发展很快、比较新的信息化领域，所以提供PLM系统方案的各个公司尚没有特别统一的定义。国外研究人员普遍认为：实施PLM是以企业的产品为中心，以提升创新能力和随需求而提高的应变能力为目标，以信息技术（包括应用软件）为手段，通过对企业知识型资产的管理，建立一个从概念、开发、生产到维护的整个产品生命周期动作的体系。图1为产品全生命周期框图。

具体来说，PLM系统的实质就是通过构筑产品信息数据而建立一个统一的产品研发系统平台。在这个平台上，参与设计的人员通过浏览器就可以共享所有的设计文档与信息，甚至可以通过浏览器共同完成某种产品的开发设计工作。系统平台可以根据不同需求，实时提供个性化的技术信息咨询服务。PLM可以做到，不仅仅是企业的员工之间，包括企业的最终用户和合作伙伴，都可以跨越时空的限制，参与到该企业产品研发设计的各个环节中来，使产品从设计开始阶段就可以充分注意到和体现出用户的需求。同时，由于产品的设计信息可直接进入企业的生产制造系统，从而大大缩短了新产品从创意到上市的时间周期。

PLM系统包含了CAD（计算机辅助设计）、PDM（产品数据管理）和CPC（协同产品商务）3种不同层次的信息系统。CAD主要用于企业部门内部；PDM主要用于企业部门之间；CPC则是不受时空限制，可应用于不同企业（含供应商及客户）之间的产品开发信息系统。

协同是PLM系统的核心，其包括两方面的含义：

第一，产品全生命周期内各阶段之间的协同和管理；
第二，产品开发各个阶段或环节上各相关企业、相关部门和相关人员之间的协同工作。

追溯起来，PLM系统并不是个全新的，它来自于PDM，是PDM的继续发展和优化，两者之间有着深刻的渊源关系。可以说：PDM是PLM系统中的一个子集，其功能也是PLM系统中非常重要的基础内容。但是，PLM系统更加强调对产品生命周期内跨越供应链的所有信息进行管理和利用，这是两者本质的区别。

目前PLM系统主要的解决方案有：IBM推出的基于Catia V5和ENOVIA的PLM解决方案、EDS提供的基于机械设计系统Unigraphics和协同商务管理系统Teammcenter的PLM解决方案、SAP公司推出的mySAP PLM解决方案、PTC公司推出的基于Web架构以及整合了Pro/ENGINEER和Windchill的PLM解决方案等。

二、实施PLM系统进行汽车新产品研发的重要性

近20年来，中国已从国外先后引进了不同级别的数十种车型，推动了一批轿车企业的建立和发展，汽车零部件行业的技术水平也有了迅速的提升。中国汽车产业用10余年时间走完了发达国家轿车工业几十年走过的路。经过10多年的努力和摸索，我国的汽车制造技术得到显著的提高，且已形成了一定的产量规模。目前，我国汽车产业的客观条件已经初步具备，实施新产品开发战略理所当然地应该被提到议事日程上来。

利用PLM系统进行汽车新产品的研发是十分必要的。其重要性在于，PLM系统是围绕产品开发创新的信息集成。也就是说，它是从提高制造企业核心竞争力的角度出发，把企业方方面面的信息进行汇总，然后提供给设计师的，所以能够使产品开发取得事半功倍的效果。从国外实施PLM系统企业的成功案例可以看出，PLM系统不仅给这些企业带来了巨大的经济效益，而且在综合竞争力方面也使企业占有了无可比拟的优势。同时，实施PLM系统，不但能够提高我国汽车企业的开发设计、制造能力和竞争力，还能带动相关的IT行业的发展，从而体现出汽车工业作为国家经济支柱产业的作用。

三、PLM系统在汽车产品开发中的应用

以往的产品设计，是按时传统的专业职能划分，包括车身、底盘、发动机、电器等各个总成的设计、工艺、采购、装机和调试等，整个过程采用的是串行模式。传统设计的产品研发人员属于独立的功能部门，各部门往往从自身的利益出发，使信息流集成不畅、工作流出现很多障碍，致使下游不能及时、准确地反馈改进信息，而上游又无法控制下游的更改，出现错误时容易造成相互扯皮、责任不清。另外，每天大量的图纸、更改单、工艺文件和各种数据报表在这些部门间传递，繁琐的审批流程以及纸介质的传递方式，也使设计工作在管理、进度上和质量上都遇到很大的困难，数据的安全问题也很严重。为此，企业迫切需要一个进行信息交流的平台来提供强大的工作流管理功能，PLM系统就是在这种情况下应运而生的。

PLM系统贯穿于汽车全生命周期的始终：

设计概念：基于市场信息，获得新产品或产品设计改进的概念的生命力的信息。

市场需要分析：制造企业研究新产品的市场需求，以及满足需求的可行性。PLM系统从所连接的其它系统提取信息，增加市场需求分析的准确度。

设计：设计工程师综合利用PLM系统提供的信息（售后服务信息、工艺数据、客户需求和偏好等）进行产品设计。

采购：采购人员对产品制造所需的器件、材料、部件和设备进行初步分析。PLM系统提供器件/材料的可获得性、报价、潜在供应商、替代器件等信息。

生产：根据研发工程师建立的设计规格和采购的器件和材料进行生产。通过质控/质检或其他过程控制方法来检查生产是否与设计规格一致。

分销：产品运送到分销商，分销商储存商品等待客户定单或者将产品直接送到最终用户。PLM系统提供历史需求数据，从而降低库存水平。

售后服务：产品维护、服务和维修。使用PLM系统存储各种售后服务信息，为今后的产品改进提供信息。

随着国际合作分工的深入，国际异地同步设计或者零部件企业和整车厂的同步开发、同步设计变得越来越普遍。使用PLM系统将有效地保证异地同步设计的完事性和一致性，并可以缩短产品的开发及上市时间。

PLM系统具有“创造”、“控制”、“协作”的功能。所谓“创造”，就是能让汽车制造商以及他们的供应商在开发汽车组件和系统时，利用该系统分析这些新开发产品的外形、尺寸功能，以及建立制造这些零件必需的指令。所谓“控制”，就是提供安全、稳定的数据环境，在整个概念、外购、发展、更改、生产就绪状态阶段控制数据，并将其支持为产品提供服务时所需的审计跟踪咨询。所谓“协作”就是说，由于产品开发过程日益分散，所以消除不必要的出差成本和时间就非常必要，该系统通过利用互联网的可伸缩性，可为分布在全球的工程师提供实时协作工具，使他们不用离开总公司就可以高效地交流各自的设计或提出更改意见。

四、国内外汽车制造业应用PLM系统概况

PLM系统为全球汽车业提高竞争力和经济效益提供了有效途径。TICO（TOYOTA INDUSTRIES CORPORATION）于2000年下半年开始IBM和达索公司的PLM解决方案应用叉车的开发，使开发周期由原来的18周减少到10周，开发成本降低53%；通用公司使用了EDS的PLM解决方案后，每个车型可以节约5000万美元的开发成本；福特公司采用EDS的PLM解决方案后，仅开发蒙迪欧一款车，就节约了2亿美元的研发费用，缩短开发周期13个月，设计工程提高了25%。

目前我国汽车制造企业，例如北京吉普、上海大众、东风集团等企业已经开始意识到了PLM系统的重要性，并在企业中应用了PLM解决方案作为产品数据管理的平台和工具。

五、我国汽车企业应用PLM系统存在的问题及建议

由于我国汽车产业运用PLM系统还处于刚刚起步阶段，所以存在和容易出现一些问题，需要引起注意。

其一，企业发展不平衡，信息基础太薄弱。我国在应用计算机辅助设计技术上和国外汽车企业存在着很大的差距。目前基本牌以下状态；汽车造型是我国汽车设计领域应用CAS技术最薄弱的环节，CAS技术的利用刚刚处于起步阶段。近年我国的CAE水平有了很大的提高，表态分析软硬件水平已经与国外水平接近，对应力、应变、位移、刚度和强度的分析比较成熟，但对整车车身的分析近期才开始，对整车的模拟碰撞只有部分分析，没有完整的整车模拟碰撞分析。CAE分析技术人员还很缺乏。PLM系统虽然有些企业开始在做，但水平不一，多数只是停留在文档级。

其二，实施PLM系统往往要涉及到企业管理，横跨多个部门、多个环节，这无疑加大了实施难度。实施时应受到领导层的高度重视，成立专门的领导小组，参与项目的全过程。

其三，实施PLM系统，奖金投入很重要，但更重要的是要有合格的掌握相关知识的应用人才，因此在引进和实施PLM项目的同时，应以提高员工整体素质为目标，培养企业自己的信息化技术队伍和复合型人才。

其四，企业上PLM项目时不能盲目求大，指望一蹴而就，一上来就追求完整的解决方案，而是应从本企业的实际出发，根据自身的需求，采用逐渐分步，由局部到整体的方式实施，着眼于解决目前的实际问题。

其五，目前实施PLM系统获得成功的企业还都是国外的一些大型企业。中国企业，特别是大型国有企业的管理模式（人、财、物、产、销等方面）和国外企业有很大程度上的不同，实施PLM系统方案时既要借鉴国外企业的成功经验，也要充分注意到自身的不同特点。

总之，中国汽车产业为了要在全球化市场竞争中不断发展壮大，必须采用类似于PLM系统这样先进的、优化的管理方法和技术手段来优化和加快产品开发进程，不断增强产品设计开发能力。