基于大规模写作性业务的中集华骏PLM参数化设计系统

随着市场竞争的日趋激烈及市场环境的不断变化,各行各业都在扩大客户写作产品的范围,通过差异化提高产品的竞争力.采用面向市场的大规模写作性业务模式,已成为现代企业订单模式的主流.

这种生产模式给设计部门带来了更大的挑战.如何在现有定型产品的基础上,根据客户需求,完成写作部分的变形设计,做到快速响应?如何对写作部分的变形设计进行管理,保证技术管理的规范化?如何生成包括变形设计的完整定单BOM?设计工具多种多样,二维、三维设计软件并存,如何突破工具软件的限制,更好地适应大规模写作性业务?这些都是大家亟待解决的问题.

目前普遍使用的三维设计软件都是参数化的,如Pro/ENGINEER、SolidWorks等,三维软件的参数化是基于零件之间的相互参照而进行变化.本文所述的中集华骏PLM参数化设计系统,是以PLM为平台,以PLM的产品结构为基础建立起来的参数化设计系统,与三维软件的参数化有着本质的区别.该系统以模块化和参数化为思路,以参数传递和参数变化来驱动物料的生成,实现以销售订单为驱动,根据订单参数进行公式计算完成订单的技术设计,生成完整的订单BOM.

虽然PDM/PLM有配置管理的功能,但是只能根据配置变量确定各总成是否被选择以及选择后的数量,不能进行程序运算.所以,配置管理只适合于客户写作较少的行业（如轿车等）,而专用车行业属于典型的大规模写作性业务,没有过配置管理的成功应用.

一、PLM参数化设计系统的原理

PLM参数化设计系统分为参数化零件、参数化总成和参数化模板三个层次.系统各层级之间的关系,如图1所示.

1.自定义的变量和公式

允许使用者自定义变量和公式是本参数化系统的特点.使用者可以根据产品特点,对不同类别的产品定义不同的变量和公式,以满足大规模写作性业务极为复杂的数据处理需求.本系统中的变量,包括定单参数、模板变量和总成变量,共三种变量.变量类型可以为整数型、实数型和字符串型等不同的数据类型.本系统中的公式是指由许多行代码组成的程序段.公式具有算术运算、关系运算、逻辑运算、函数调用和循环控制等功能,可以完成复杂的计算.系统在变量定义和公式定义时,均采用了直观的表格化的方式,并以总成为单位,分段定义公式,既方便用户使用,又降低了对用户程序编制水平的要求,为系统的推广应用提供了保障.

2.参数化零件

PLM中零件一般都具有代号、名称和材料等属性,对于一个零件,这些属性值都是固定的.而在本参数化系统中,零件除具有固定属性外,还具有参数化属性.其中,零件的参数化属性值是可变的,属性的值变化后,系统就生成一个原零件的实例,该实例的固定属性与原零件保持一致.零件有多个参数化属性,这些属性值的组合,对应一个唯一的实例.

如图2所示,系统为零件定义了名称、工艺路线等固定属性,还定义了零件的5个参数化属性,分别为材料种类 C、规格 D、材质 M、下料长 L、下料宽 W和有效质量（有效质量根据以上5个参数化属性自动计算）.当零件的这5个参数化属性变化后,就会生成一系列的实例.图3所示列出了零件SGH-5770001-E的4个实例.

零件的参数化属性有固定的变量代号,如,下料长对应的变量是 L,L的值是通过其所属总成的公式计算来确定的（如图6中的“式.下料长公式”项）.

3.参数化总成

总成一般由子总成和零件构成,在PLM中也显示为树状的产品结构,普通的总成其产品结构是固定的.

在本参数化系统中,定义有一类特殊的总成,即参数化总成.它具有总成变量、零件计算公式和可变的产品结构,能够由总成变量和总成计算公式驱动导致其产品结构变化和零件属性值变化,生成总成实例和零件实例.

（1）总成变量用于接收产品模板输入的值,起着参数化总成与产品模板之间交换数据的功能.零件计算公式包含各零件的材料公式、尺寸公式和数量公式等,它根据总成变量的值对零件的参数化属性进行运算,计算出该总成的产品结构和零件的参数化属性值.

（2）参数化总成的实例是由总成变量控制的.这些总成变量取不同的值时,就产生一系列实例.这些总成变量值的组合,对应一个唯一的总成实例.

图4所示是一个参数化总成（专用车的一个车厢总成）,该总成定义了内控长和主厢高等总成变量.图5列出了这些总成变量的名称、代号和取值类型等.图6是总成的计算公式.当总成的内控长、主厢高等总成变量取不同的值时,就会计算生成一系列的实例,图7是参数化总成的实例.

4.参数化模板

在本参数化系统中,定义有一种参数化的产品模板.它包含所有可选的普通总成和参数化总成,具有订单参数、模板变量、总成选择公式和总成计算公式等.

（1）订单参数用于接收销售系统传来的数据.订单参数不足以支持公式计算时,可以定义模板变量.订单参数和模板变量都可以参与模板中的公式计算,可以与总成变量相互交换数据.

（2）在参数化模板中,每一个参数化总成都有对应的总成选择公式和总成计算公式,在这些公式中,订单参数和模板变量、总成变量都可以使用.总成选择公式用来决定各参数化总成的数量（若数量的计算结果为0,则不被选择）.在总成计算公式中,确定该参数化总成的所有总成变量的值.

车型模板的公式定义页面如图8所示,在该页面上可以定义各总成的选择公式和各总成的计算公式.点击图8上方的单元格后,可以在下方的公式编辑区域输入多行的公式.

二、参数化设计系统的订单设计过程

在订单设计时,首先选用“产品模板”将销售订单数据传给订单参数,然后完善模板变量.点击计算按纽后,系统开始依次执行总成选择公式和总成计算公式,计算各总成变量值.参数化总成根据总成变量的值,计算其零件的尺寸和重量,并生成实例.最终完成订单全部总成和全部零件的计算,确定订单的产品结构.具体的订单设计过程如图9所示 .

三、系统应用示例

该系统已在中集华骏的罐式车、自卸车和半挂车上全面应用,效果十分显著.图10所示为粉罐半挂车使用参数化系统的计算点示意图.

图11所示是订单设计页面,用于读取订单参数和确定模板变量的值.上半部分是读取的订单参数,它来源于销售订单,其值是不可修改的.下半部分是设计时需要确定的模板变量.各模板变量的值确定后即可点击“计算BOM”,让系统开始计算.

图12所示是订单计算完成后,系统生成的技术规范确认书,用于下发指导生产.

将计算后的订单导入ERP系统,就是完整的订单BOM.如图13所示.

四、结语

基于大规模写作性业务的中集华骏PLM参数化设计系统的研发与应用是PLM行业的一个突破,它完全替代了PLM原有的配置变量管理、产品管理和订单BOM等功能,将静态的零件数据变成了根据订单不同而适时变化的动态数据.更重要的是,通过用户自定义变量和计算程序,实现参数值自顶向下的依次传递,并将用户分段编制的程序进行组合、编译,实现复杂的运算,将PLM由一个管理系统变成了一个设计系统,真正满足了大规模写作性业务的需要.