基于模块化设计的PLM平台建设

本文通过对PLM平台与模块化设计的关系及PLM平台对模块化设计支持的论述，帮助制造型企业提升对PLM平台的认识，使平台能和模块化设计结合起来，提升企业的核心竞争力。

随着制造型企业竞争核心的不断演变，传统的核心竞争已从生产规模到生产成本、产品质量、快速响应市场能力、研发创新能力，大量的制造型企业引入了模块化设计理念来提高研发效率，降低生产成本，以达到在日趋激烈的市场中获得竞争优势。面向研发信息化建设的PLM平台定位于企业研发设计层应用，其系统功能体系与注重缩短产品研发与制造周期，增加产品系列、快速应对市场变化的模块化设计理念具有很大的吻合性。因此，可以说PLM平台是企业推行模块化设计的信息化利器。

一.PLM平台与模块化设计的关系

模块化设计的概念是将产品中的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，并将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能但不同性能的系列产品。而PLM平台主要包含两个部分，CAX工具软件(产品创新的工具类软件)和PDM系统软件(产品创新的管理类软件)。

通过PLM平台和模块化设计的定义，不难看出两者之间的紧密关系：

(1)在系统目标方面，模块化设计强调缩短产品研发与制造周期，增加产品系列，快速应对市场变化。而PLM平台实现了基于产品研发的超级BOM的信息化管理，通过对产品族的型谱快速变型，减少研发周期从而提升研发效率，提高设计质量，降低设计成本，提高了企业对市场变化的快速响应竞争力。

(2)在作用范围方面，模块化设计的核心是将产品的某些要素组合在一起构成具有特定功能的子系统。而PLM平台是可以通过对产品功能的定义将最底层的零部件封装为统一接口的子系统的信息化系统，也提供了基于自顶向下的先进产品设计方法(按照产品的功能要求定义产品架构并考虑组件与零件、零件与零件之间的约束和定位关系)。

(3)在参与人员方面，模块化设计强调的是模块的通用化、系列化。而PLM平台的应用不仅需要产品设计工程师参与模块设计，同样也需要总体架构师主导产品架构并对模块之间的约束进行定义。

(4)在数据要求方面，模块化设计要为实现模块之间的接口提供基于国标和企标的大量标准化的基础数据管理，特别是对大量设计数据进行分类管理。而PLM平台具有实时对通用件库和标准件库的数据收集和集中管理功能，并能提供基于标准化的分类管理。可以说，模块化设计为PLM平台提供了一套先进的研发设计理论框架，反过来PLM平台则是制造型企业推行模块化设计的强有力工具。而企业可以将PLM平台的深化应用作为推广模块化设计的一个信息化建设项目，通过两者的相辅相成，既确保了PLM平台的深化应用又推动了企业不断向模块化设计迈进的步伐。

二.PLM平台对模块化设计的支持

产品模块化的关键技术为系列化和组合化，而模块是模块化设计和制造的功能单元，具有三个主要特征：第一，模块具有相对的独立性，可通过对其进行单独设计、制造、修改和存储，便于由不同的专业化企业对独立模块分别进行生产;第二，模块具有互换性，模块通过标准化完成各接口部位的结构和尺寸参数，并可实现模块间的互换，使模块能满足不同产品的需求;第三，模块的通用性有利于实现不同产品之间的模块通用，实现跨系列产品间的模块通用。

1.PLM平台对产品公共模块管理的支持

企业按照标准化参数化的设计理念对产品设计进行优化及归纳，实现产品模块化设计。PLM系统可以对企业标准件、通用件等进行引用查询和统计，根据统计结果，设计人员可以考虑将引用次数较多的零部件归纳为模块。

产品线划分依据市场需求，通过对企业的产品线的规划和定义，为未来与产品相关的其它信息管理(非文档数据)做技术平台准备。在进行了产品平台定义时，同时也需要进行公共组件/组件定义规划和定义，形成部件的模块化管理，提高企业产品的通用化、系列化和标准化管理的水平，同时也为后期产品配置模块的实施打下坚实的数据基础。

公共模块作为特殊零部件在PLM系统中管理，使用零部件属性管理主要特征参数(物料编码、名称、型式、尺寸等);通过对公共模块分类管理，支持研发设计人员快速查询、共享模块库资源，减少重复设计;通过对公共模块权限管理，实现对公共模块工程更改的管控，并结合PLM系统产品结构管理的优势，实现零部件何处使用查询、变更影响范围分析、历史版本查询及派生关系追溯。

2.PLM平台对产品系列化管理的支持

由于市场需求和终端用户个性化需求的多样性，要求企业产品种类扩充，所以产品变型设计也趋于频繁，直接会导致产品设计、工艺、制造各个过程中的数据大量增加。

而系列化开发是将具有相同的功能、工作原理和制造方法的产品集合起来，将产品的主要参数(型式、尺寸、基本结构等属性)作出合理的定义与分布，以协调同类型产品和配套产品之间的关联关系，来满足不同客户的需求。系列产品的开发步骤首先是确定基本型，然后确定相似类型、参数和尺寸级比，最后形成产品的主结构和各种图文档。以典型的汽车制造企业为例，PLM平台针对同类型的产品族的BOM进行管理，搭建基于系列化的产品超级BOM，并对主要的模块化子系统(如车门、车轴、车顶)进行定义，并将这些子系统之间的接口参数进行约定，形成不同系列产品的子系统配套逻辑，比如著名的宝马汽车，其一系产品和X1系列产品有很多共用的零部件，而五系和七系产品中也有很多共用的模块，但是这些系列的宝马汽车产品之间的个性化是有明显的区别。

在产品研发设计的过程中，PLM平台提供对系列产品超级BOM的快速变型，并通过销售阶段客户个性化配置信息的采集，帮助企业高效完成满足客户需求的产品研发。

3.PLM平台对产品组合化管理的支持

产品的组合化管理是通过不同的结构块合理的组合而实现不同功能的技术对象(整机、部件或零件)的过程。由于组合产品中的结构块被划分成不同的参数等级，因此其结构块也定义为产品系列。产品组合化开发的步骤首先是明确产品需求、划分产品结构，然后确定产品各功能的作用、选择方案(匹配逻辑)，最后形成产品的主结构和各种图文档。当然，产品组合化管理的前提是企业的标准化管理，需要企业对各类产品所需要用到的零部件进行分类管理。产品模块化策略诣在通过不同的产品功能模块的开发以及不同的模块进行配置组合形成新的产品满足市场需求。

市场需求的归纳总结形成标准和规范的市场选项(市场特征)驱动标准的产品功能结构(技术特征)组合变化，形成不同配置的产品结构。

以典型汽车制造企业为例，PLM平台提供了基于企业标准的通用零件库管理和基于国标的标准件库管理，将不同供应商提供的同样规格的零件进行了分类，并采用科学的编码规则进行管理。汽车的装配过程是将不同工厂加工的结构块或者外协回来的功能件进行组合，前提是这些“积木块”之间的接口是吻合不干涉的，这就要求研发过程中对于模块化的子系统间的接口参数进行管理，PLM平台可提供基于自顶向下的设计方法，在产品架构实现过程中，设计出各模块(结构块)的接口，通过接口间约束对各模块(结构块)的设计进行管理(建立三维模块库)。

三.结论

随着模块化设计理念的不断导入，制造型企业对PLM平台的深化应用需求会日益迫切。同时，制造型企业在深化应用PLM平台时需要以模块化设计为引导，这样既可以确保PLM平台的深化应用，又可以通过PLM平台的深化应用进一步推动模块化设计思想的深入，帮助制造型企业在市场竞争激烈的大环境下提升核心竞争力。