基于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的產(chǎn)品研發(fā)平臺化之路

一、項目建設(shè)情況1.實施思路設(shè)計平臺化是以PLM系統(tǒng)為核心，全面開展CAD、CAPP等系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)基于模型定義（MBD）的設(shè)計，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、工藝、采購、生產(chǎn)、物流、服務(wù)全生命周期管理；通過產(chǎn)品全生命周期管理，提高數(shù)據(jù)應(yīng)用對設(shè)計的支持作用；并通過CAE的應(yīng)用，進行產(chǎn)品仿真，對零部件和產(chǎn)成品試驗驗證。（1）PLM系統(tǒng)開發(fā)通過實施PLM系統(tǒng)實現(xiàn)研發(fā)和工藝方面的信息化提升。包括研發(fā)信息化業(yè)務(wù)優(yōu)化提升和PDM與CAPP的深度集成。PLM總體建設(shè)框架（2）CAXA、PLM與CATIA深度集成建模過程規(guī)范化：《三維建模規(guī)范》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定“CATIA軟件中三維結(jié)構(gòu)樹層級搭建必須準(zhǔn)確，有結(jié)構(gòu)樹層級的零部件必須有數(shù)模；零件代號和實例名稱必須填寫，保證一物一碼對應(yīng)；利用宏命令的方式對三維屬性進行添加（與二維圖標(biāo)題欄和明細表屬性信息一致）”等內(nèi)容，保證三維數(shù)模數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。在CATIA軟件中的建模規(guī)范化和三位屬性添加。建模規(guī)范化和三維屬性（3）三維數(shù)字化設(shè)計和仿真系統(tǒng)線上協(xié)同設(shè)計：CATIA與PLM集成，集成模塊功能：登錄CATIA軟件后，通過軟件內(nèi)置工具條，可以瀏覽產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹、文檔樹所有數(shù)據(jù)，實現(xiàn)CATIA軟件調(diào)用PLM軟件的內(nèi)容，達到線上協(xié)同設(shè)計的功能，線上協(xié)同設(shè)計：同時可將CATIA軟件中屬性信息和層級結(jié)構(gòu)提取至PDM系統(tǒng)中，達到BOM層級生成和屬性數(shù)據(jù)映射等功能。集成模塊功能線上協(xié)同設(shè)計3D數(shù)據(jù)提取三維數(shù)模的數(shù)字化設(shè)計：新項目實施方案研討，對軟模數(shù)據(jù)和硬模數(shù)據(jù)分階段管控，通過增加函數(shù)的方式，對零部件關(guān)鍵尺寸進行系列化匯總分析，實現(xiàn)三維數(shù)模的數(shù)字化設(shè)計，提高三維數(shù)模的共享效率，同時促進三維數(shù)模與二維圖紙數(shù)據(jù)一致性，2020年7月份新項目全面推廣。線上審簽數(shù)字化研發(fā)產(chǎn)品仿真分析：采用了Dymola多學(xué)科仿真建模、FLUENT流體仿真、Ansys強度仿真平臺等CAE軟件，對設(shè)計產(chǎn)品關(guān)鍵承載件及產(chǎn)品整體做不同類型的分析，工程師可以修改結(jié)構(gòu)參數(shù)，經(jīng)過計算就能直觀地判斷和分析各構(gòu)件是否滿足設(shè)計和實際工程要求，并實現(xiàn)零部件和整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，節(jié)約用材，降低產(chǎn)品成本。2.平臺化設(shè)計實施與應(yīng)用情況（1）PLM與MES、ERP系統(tǒng)的高效協(xié)同與集成以PLM信息為核心技術(shù)數(shù)據(jù)，其中PLM與ERP雙向集成主要包括設(shè)計信息與物料信息；PLM與MES單向集成主要包括工藝信息；ERP與MES集成主要包括生產(chǎn)訂單與產(chǎn)成品入庫。MES和倉儲物流的集成實現(xiàn)物料實時追蹤和預(yù)警，將物料信息與ERP的供應(yīng)商管理系統(tǒng)進行信息共享；PLM將產(chǎn)品的工藝路線、參數(shù)等信息與MES進行互通，進行換型、物料、工藝等生產(chǎn)準(zhǔn)備；通過系統(tǒng)集成，打通空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)品制造從計劃層、控制層到設(shè)備層的數(shù)據(jù)鏈，實現(xiàn)制造全流程資源要素信息交互，設(shè)備、物料、人員等資源通過現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)進行動態(tài)配置，實現(xiàn)工廠的智能生產(chǎn)。①PLM與ERP雙向集成PLM系統(tǒng)中的物料編碼及物料結(jié)構(gòu)錄入到U8系統(tǒng)中，PLM系統(tǒng)中的工時錄入到U8編碼的自定義項中，PLM系統(tǒng)中增加分工判別標(biāo)識，對應(yīng)U8系統(tǒng)中的倉庫名稱、領(lǐng)料部門名稱。U8系統(tǒng)中的庫存、庫位、保管員信息，體現(xiàn)在PLM系統(tǒng)中圖紙的基本屬性頁面。②PLM到MES單向集成PLM系統(tǒng)中CAPP模塊的工藝BOM信息寫入到MES系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)。③ERP與MES雙向集成●ERP系統(tǒng)中的生產(chǎn)訂單信息寫入到MES系統(tǒng)。●MES系統(tǒng)中的產(chǎn)成品報工入庫信息寫入到ERP系統(tǒng)，生成待審核的入庫單。（2）產(chǎn)品全生命周期管理軟件（PLM）應(yīng)用情況我司PLM系統(tǒng)分三期進行開發(fā)，通過實施PLM系統(tǒng)實現(xiàn)了研發(fā)和工藝方面的信息化提升。A.研發(fā)信息化業(yè)務(wù)優(yōu)化提升：實現(xiàn)研發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化提取、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)報表管理、圖紙版本管控和歷史追溯、電子流程管理、電子簽名管理、角色權(quán)限管理等功能。如圖所示。研發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化管理B.PDM與CAPP深度集成，實現(xiàn)產(chǎn)品BOM一鍵轉(zhuǎn)換工藝BOM，工作效率提升8倍，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率提升至100%，PDM系統(tǒng)將人員、角色及權(quán)限信息通過數(shù)據(jù)庫交互的集成方式傳遞至CAPP系統(tǒng)，實現(xiàn)人員、角色、權(quán)限信息等數(shù)據(jù)實時共享，如圖所示。產(chǎn)品BOM一鍵轉(zhuǎn)換人員、角色、權(quán)限數(shù)據(jù)共享（3）計算機輔助工藝設(shè)計（CAPP）我司2019年導(dǎo)入應(yīng)用CAPP系統(tǒng)，通過配置工藝卡片關(guān)聯(lián)性，提高工藝文件的齊套率，通過新建工藝知識庫，提高工藝文件編制效率，通過高級報表的功能，自動導(dǎo)出特殊特性清單和工藝裝配清單，數(shù)據(jù)自動傳遞和共享，提高工藝資料的準(zhǔn)確性。CAPP軟件框架工藝文件齊套圖工藝知識庫（4）三維模型設(shè)計（CAD）項目應(yīng)用的具體產(chǎn)品案例，說明我司的快速設(shè)計應(yīng)用計算機輔助設(shè)計（CAD）。為了提高新產(chǎn)品研發(fā)效率，縮短新產(chǎn)品研制周期，公司引進了計算機輔助設(shè)計CAD軟件（CAXACAD、CATIA、Pro-E），開發(fā)三維數(shù)模自動生成EBOM、三維數(shù)模線上瀏覽、三維數(shù)字化研發(fā)等功能，實現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計。A.開發(fā)CATIA與PLM集成，實現(xiàn)PLM系統(tǒng)中所有三維數(shù)據(jù)的協(xié)同與共享（如下圖所示）。數(shù)據(jù)協(xié)同與共享B.開發(fā)CATIA三維數(shù)模在線瀏覽功能，通過服務(wù)器端自動生成輕量化文件，實現(xiàn)PLM系統(tǒng)中的三維數(shù)?？焖贋g覽。線上瀏覽C.開發(fā)數(shù)字化研發(fā)功能，通過CATIA軟件函數(shù)定義零件的關(guān)鍵特征尺寸，實現(xiàn)參數(shù)化建模，通過知識工程模塊，實現(xiàn)批量數(shù)模一鍵解析，解決通用零件重復(fù)建模和設(shè)計效率低的問題。數(shù)字化研發(fā)（5）計算機輔助工程（CAE）采用了Dymola多學(xué)科仿真建模、FLUENT流體仿真、Ansys強度仿真平臺等CAE軟件，對設(shè)計產(chǎn)品關(guān)鍵承載件及產(chǎn)品整體做不同類型的分析，工程師可以修改結(jié)構(gòu)參數(shù)，經(jīng)過計算就能直觀地判斷和分析各構(gòu)件是否滿足設(shè)計和實際工程要求，并實現(xiàn)零部件和整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，節(jié)約用材，降低產(chǎn)品成本。A.Dymola一維仿真Dymola是一個可以實現(xiàn)多物理場聯(lián)合仿真的一維軟件，涉及機械、流體、電子電氣、電磁、控制、傳熱等多個工程領(lǐng)域，如圖所示。Dymola在開發(fā)設(shè)計初級階段能快速對產(chǎn)品和整個系統(tǒng)進行方案設(shè)計和驗證，從而子系統(tǒng)的合理匹配。我公司基于Dymola仿真技術(shù)，結(jié)合產(chǎn)品開發(fā)需求，開發(fā)了不同類型的基于Dymola軟件的仿真項目：1、冷凝器、蒸發(fā)器性能仿真項目用于不同設(shè)計方案的性能預(yù)測和驗證；2、中冷器、水箱、暖風(fēng)芯體和油冷器等散熱器性能仿真項目用于設(shè)計初期設(shè)計方案的性能預(yù)測和驗證；3、空調(diào)系統(tǒng)性能及部件匹配仿真項目用于部件參數(shù)匹配和系統(tǒng)優(yōu)化。Dymola一維仿真B.結(jié)構(gòu)仿真為提高換熱器強度，減少換熱器在整車環(huán)境中的振動失效，在換熱器研發(fā)前期即利用三維建模軟件CATIA對換熱器進行數(shù)據(jù)建模，并將建模數(shù)據(jù)導(dǎo)入有限元分析軟件中進行模態(tài)分析與隨機振動分析，如圖所示。通過模態(tài)分析，研究換熱器的固有振動特性，滿足客戶設(shè)計要求。另外，通過對換熱器的隨機振動分析，研究了換熱器在不同頻率和幅值的載荷引起的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，為換熱器的進一步優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)，在設(shè)計前期即對換熱器進行模態(tài)和隨機振動分析，可預(yù)測產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強度和薄弱環(huán)節(jié)，減少樣件的制作，替代部分振動試驗，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低研發(fā)成本；在空調(diào)箱設(shè)計的初始階段為了保證產(chǎn)品成型后的NVH性能滿足設(shè)計要求，同樣需要做模態(tài)分析，識別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動特性分析、振動故障診斷和預(yù)報以及結(jié)構(gòu)動力特性的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。模態(tài)分析仿真C.流場仿真隨著CFD技術(shù)的快速發(fā)展，在工程系統(tǒng)開發(fā)中，大量采用數(shù)值成型的方法，利用計算機仿真使大量的數(shù)值缺陷在物理模型成型前就得到處理，從而縮短設(shè)計開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。我公司基于CFD仿真技術(shù)，按照產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程中的不同需求，產(chǎn)生了不同類型的仿真項目，如圖所示：①風(fēng)量配比仿真項目用于空調(diào)箱各個出風(fēng)口風(fēng)量配比的優(yōu)化設(shè)計；②溫度線性仿真項目用于各個模式下不同冷暖風(fēng)門開度的出風(fēng)溫度仿真及線性優(yōu)化；③葉輪設(shè)計優(yōu)化仿真項目用于葉型等關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計；④蒸發(fā)器、暖風(fēng)芯體進風(fēng)均勻性優(yōu)化仿真項目用于優(yōu)化進風(fēng)結(jié)構(gòu)，最大限度提升換熱效率；⑤換熱器流阻、流量配比優(yōu)化仿真項目用于優(yōu)化水室結(jié)構(gòu)、提升各個扁管流量配比均勻性；⑥調(diào)速模塊位置優(yōu)化仿真項目、風(fēng)道風(fēng)阻仿真項目、電機冷卻進風(fēng)仿真項目等。CFD仿真分析二、項目應(yīng)用成效（1）對國產(chǎn)軟件的帶動作用本項目緊密結(jié)合節(jié)能汽車電動空調(diào)智能制造新模式，通過該模式的使用及其在汽車零部件行業(yè)的推廣應(yīng)用，帶動項目相關(guān)國產(chǎn)核心工業(yè)軟件在該行業(yè)及相關(guān)行業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用，具體如下：①PLM系統(tǒng)定制開發(fā)并實施了具有汽車零部件行業(yè)特色的PLM系統(tǒng)，對產(chǎn)品全生命周期進行管理，通過實施PLM系統(tǒng)實現(xiàn)了研發(fā)和工藝方面的信息化提升，實現(xiàn)研發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化提取、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)報表管理、圖紙版本管控和歷史追溯、電子流程管理、電子簽名管理、角色權(quán)限管理等功能；開發(fā)PDM與CAPP深度集成，實現(xiàn)產(chǎn)品BOM一鍵轉(zhuǎn)換工藝BOM。②ERP系統(tǒng)定制開發(fā)了并實施了具有汽車零部件行業(yè)特色的U8系統(tǒng)，對企業(yè)的生產(chǎn)信息、供應(yīng)鏈信息、財務(wù)信息等進行了集成管理，完善了經(jīng)營管理體系，實現(xiàn)了編碼統(tǒng)一、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)一、核算規(guī)則統(tǒng)一的經(jīng)營平臺，增強了企業(yè)業(yè)務(wù)與成本核算一體化管控力度。③MES系統(tǒng)定制開發(fā)并實施了具有汽車零部件行業(yè)離散型特色的MES系統(tǒng)，并以MES系統(tǒng)未核心，實現(xiàn)軟件系統(tǒng)與智能裝備的集成，實現(xiàn)對生產(chǎn)的高效管控。④其他軟件系統(tǒng)在項目實施過程中，定制開發(fā)了人工智能系統(tǒng)、信息物理系統(tǒng)服務(wù)平臺、數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)等國產(chǎn)化軟件，實現(xiàn)了公司經(jīng)營生產(chǎn)的各方面需求，同時帶動了國產(chǎn)軟件的應(yīng)用。（2）對提升單位技術(shù)創(chuàng)新能力的作用設(shè)計驗證能力明顯增強，項目智能設(shè)計模塊的完善與提升，通過CATIA與PLM集成，實現(xiàn)線上協(xié)同設(shè)計功能，所有數(shù)?？蓪崿F(xiàn)一鍵調(diào)用；通過函數(shù)定義特征尺寸和知識工程庫文件的方法，實現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化研發(fā)，三維數(shù)模設(shè)計效率提升30%；通過PLM與CAPP集成、定制工藝文件映射關(guān)系、新建工藝知識庫等，實現(xiàn)設(shè)計、工藝一體化、工藝全過程在線策劃等功能，工藝文件編制效率提升40%，工藝數(shù)據(jù)傳遞準(zhǔn)確率達到100%；通過各項模型仿真、流場仿真、應(yīng)力仿真等獲得了產(chǎn)品性能各項參數(shù)據(jù)，最終通過實驗?zāi)芰Φ牟粩嗉訌?，充分驗證產(chǎn)品設(shè)計的各項功能，實現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計全生命周期的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，縮短了產(chǎn)品研制周期，有效提升了本單位技術(shù)創(chuàng)新能力，也為類企業(yè)樹立了良好的技術(shù)創(chuàng)新示范。三、下一步設(shè)想（一）后續(xù)發(fā)展思路1.建立標(biāo)準(zhǔn)化體系平臺通過標(biāo)準(zhǔn)化、平臺化的推廣應(yīng)用，在PLM系統(tǒng)中建立產(chǎn)品框架結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中建立體系，所有的技術(shù)源頭從體系出發(fā)。設(shè)計前期評審零件，可將經(jīng)驗積累到零件平臺，并實現(xiàn)快速設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)可控。2.建立知識伴隨系統(tǒng)前期將標(biāo)準(zhǔn)、實驗數(shù)據(jù)、經(jīng)驗等信息，與零組件進行關(guān)聯(lián)，在技術(shù)人員設(shè)計時選擇零組件的同時，可以將標(biāo)準(zhǔn)及經(jīng)驗同步展示與提醒，避免設(shè)計性能缺陷或不滿足客戶要求。3.平臺化協(xié)同設(shè)計打造全平臺化的豫新數(shù)據(jù)庫，即在原有信