導讀：本文總結了産品模塊架構管理系統構建要件包括：參數的編碼化、分類化和子集化；模塊（功能）節點樹構造；構建模塊和分類參數的關聯矩陣。

作者：胡崗丨來源：e-works

1背景

　　1.1技術進步給帶來的變化

　　當前大家熱議的“互聯網 ”、“AI ”，這裡加的含義是落地，對于汽車這樣高度集成的社會化産品，就是能高度地将機械、電機、電控、通訊、感知與智能……融為一體。汽車的電動、電控及智能化，帶來結構和集成在機械層面上的簡化，但要求有更高的标準化、系列化、模塊化要求，這個要求不僅僅指有形的結構，也包括無形的内嵌軟件和通信。這樣才能通過規模化的生産和各供應商之間高效率協同、低成本地滿足面向不同用戶要求或行業的各類應用場景的産品系列要求，這是當前規模企業應對之策，不然它業引領的供應鍊在制造效率、成本上将缺乏競争力。

　　衆所知在車輛産品開發之前，會開發一輛概念車來評估或測試市場反應，但大衆看不到的，在概念車或概念車之前的産品技術架構規劃和設計是概念産品能夠量産并在成本上保持優勢的基礎。即在具體的市場化産品開發之前，先要對企業的客戶群（或面向服務的行業）需求進行調研和預測，将這些需求框格化作為技術架構規劃和設計的輸入，進行技術構架的開發（如大衆的MQB、豐田的TNGA），然後在此技術架構上，針對不同的目标客戶群開發出不同市場化産品，才能實現既能滿足不同目标客戶要求産品變型，又能規模化、低成本協同生産。

　　技術進步，特别是信息技術、智能化為産品實現個性化配置帶來的可能，但另一方面同時帶來标準化、模塊化的更高要求，傳統的PDM在對于市場化産品設計數據管理非常成熟，但對産品的技術構架、模塊化還缺乏實踐，本文就此進行探讨，期望能抛磚引玉。

　　1.2工業化創新的四個階段：

　　階段1：将原理或實驗室技術成熟化——如十年前的車用燃料電池，企業關注的是穩态制造工藝創新。

　　階段2：将成熟技術應用化——如現車用燃料電池，企業關注的是和應用集成進産品的技術。

　　階段3：将應用技術構架化——燃料電池的規模技術規劃，企業關注的是産業規劃和構架成本。

　　階段4：将技術架構産品化——可批産燃料電池的各類汽車産品，企業關注的是技術組合和運營成本上有競争優勢的産品，和對目标客戶市場占有率。

　　一般1階段，屬于風投或小微企業，2階段是産業化前期，3、4階段是大企業的優勢和能力所在。因此，規模企業大部分的創新，不是把所有精力投入于原創世界上沒有的技術，而是将成熟技術進行規模化開發和應用，這是一般小企業所不具備的運營體系和資金方面能力，所以我們看到世界上有這麼多的大企業收購有獨創技術并已展現應用前景的中小企業，在高科技行業中更甚。

　　4階段的産品技術數據有PDM系統管理，是面向市場産品完整數據的管理，其功能和數據關聯大家熟知，主要的管理對象為2D/3D、零部件開發過程文件、設計BOM、産品配置、更改、成熟度等。而對于3階段它面向的不是完整的産品，而是面向平台的技術構成，主要的管理對象是系統、模塊，管理的核心是技術定義、交互關系（如結構安裝關系、物質信号傳輸關系等）、硬約束、接口形帶、交互協議策劃等。這些都是實際存在的業務内容，但現在市場上還缺乏，從技術架構策劃、分發、關系關聯和有形展示的數據管理系統支持，本文将對3階段的業務管理系統構建在數據模型構建層面進行個人觀點的探讨。

2産品模塊架構構建模式設計

　　2.1企業業務流架構簡圖

圖1規模企業TAS PDM PDS OMS業務流架構圖

圖1中的縮寫含義如下：

　　TAS：技術架構管理系統；PDM：産品數據管理系統；PDS：企業級産品定義系統；

　　OMS：訂單管理系統；MBL：物料BOM行。

　　除了TAS系統外，其他的系統都是大家所熟知的，但互聯網、智能導入産生了新的業務模式，需要業務系統為新業務模式構建新的數據結構和業務流程管理流程。

　　将互聯網引入，如PDS OMS系統的業務設計就要求能支持最終客戶在網絡端就能配置産品和下達訂單，而無需一定要通過實體店家來下達訂單。

　　将智能化引入，如在PDS(企業級産品定義）系統中，涉及和設計非緊耦合關系的物流過程物料BOM構建，如配置種類多的工藝合件（如卡車儀表台分裝），計算機系統可以按物料分配地址和地址屬性（生産線/工位編碼及生産線或工位屬性定義），自動地将物料組合成一個随機物料号（如随機編碼的儀表台總成），并與整車生産序号關聯，将這個關聯關系、産生的随機零件号及其零件組成（裝配物料BOM）分配給制造系統。分裝完成由生産線自動貼上條碼或兩維碼，按時間和序列要求配送（如果是外部供應商分裝的）到總裝線，這樣可以在裝車時可掃描校核這個工藝合件是否與這個整車生産序号匹配，計算機自動構建物料号對生産BOM進行構建、分發和管理，改變了工藝綁架設計BOM表述的傳統BOM管理方式，而使設計BOM過于冗餘表述非設計的内容。

　　2.2技術架構設計業務流架構

圖2技術架構設計業務流架構圖

　　（1）市場和行業分析，不是單一的産品、目标客戶群的調研和分析，是基于企業的經營戰略定位，對一類産品市場需求分析，同時也要對行業生态體系能力進行分析，以能支持未來的産業化構想。

　　（2）将市場分析和企業戰略轉化為技術構架規劃，這裡要将需求框格化（Line Up），如功率要求，不是說從100馬力到500馬力連續數值，而是明确的框格化（系列化）的數值，如100馬力、150馬力等，這個階段就要明确整車參數集的參數族/參數值。

　　（3）組成産品的系統、模塊和系列化零部件節點樹規劃，要分層規劃，整車層面的系統規劃、系統下的模塊規劃、模塊下的總成零件規劃、總成下的零部件規劃。不以組成完整車輛為目标，以組合起來可以實現模塊、系統或整車的性能規劃要求為目标。

　　（4）系統、模塊、零部件外顯參數的定義，參數為參數集/參數族/參數值三層次數據架構，驅動技術構架設計。這些參數要分集管理，如整車層面的參數集，這些會加載到系統上，系統層面的參數集，它會加載到模塊上，模塊層面的參數集，它會加載到零部件上。參數衆多，不分層集将難以管理和應用，參數族加載時按集選擇，但加載後，在加載的節點中一直可以傳遞到最底層的零件（如果是這個零件來承載這個參數的），所有的參數都有承載體（接口參數，至少有兩個承載體）。參數分如下三大類：

　　接口（交互）參數：幾何、信号、電壓/電流、壓力/流量、形帶等參數，同一接口參數編碼（編碼相同的參數值一定相同，但相同參數值因應用于不同位置而有不同的編碼，因此，模塊間關聯不是指接口參數值相同），一定會出現在兩個或以上的模塊或零部件-參數矩陣表中。

　　結構參數

　　性能參數

　　接口參數，一定會出現在兩個或以上的實體中，我們對參數進行分集管理，唯一編碼，這樣依據關聯矩陣的引用關系，就能顯示出模塊、零部件類的關聯圖譜，通過關聯圖譜可抓取3D模型，組裝成數字模型，進行數字虛拟校核，或進行互勵層面的分析。

　　（5）節點加載相應的參數族/參數值，建立節點關聯矩陣操作。

　　（6）依據參數輸入要求，進行零部件、模塊和系統實體開發。

　　（7）實體加入進關聯矩陣，并定義和參數值的關聯關系。

　　（8）依據參數值的關聯關系，進行數字化的關分析、驗證。

　　（9）更改和修正，更改必須從更改參數開始（規劃層面）。幾何數模可以依據參數和實體的關聯關系，取同一數據庫數據，這樣參數更改和數模更改就可以同步。（或接口形帶的關聯引用）。

　　（10）成熟度、評審和審批控制，是否可以樣件制造和認證。

　　（11）實物認證

　　（12）模塊導入PDM系統，在模塊構架上進行市場化産品開發。

3企業技術架構構管理系統模型探究

　　3.1平台模塊節點樹構建

圖3平台系統/模塊/系列零件構建示例圖

　　一般而言系統指能完成完整功能的組合件，如驅動系統，模塊指實現某功能的獨立件，對于主機廠在物流上是一個完整的實體進行物流管理和上線裝配，如驅動系統中的發動機、變速箱、傳動軸、車輪。

　　平台模塊節點樹的構建，是企業包括制造、供應商協同在内的産品技術規劃體現，它不是以完整産品為構造目的（這是和PDM中的産品BOM結構樹構造的差異），構造的層次深度，是按企業生産規劃而定，如果發動機是外配套的，就構造到發動機模塊；如果發動機是自制的，其下就要構造到組成發動機的零件組節點，以便對其零件進行系列化規劃和設計。模塊化涉及整個産業鍊規劃和供應商的緊密參與，以使整個産業鍊獲得制造、物流等成本的優勢，這是模塊化的目标。

　　建立了模塊節點樹，就能将參數加載到相應的模塊（功能）節點，在節點下按輸入的接口參數（規劃的接口協議）、結構參數（規劃的系列化外顯結構參數）和性能參數（規劃的系列化參數），按規劃輸入進行模塊實體的設計和開發，每個節點有一個模塊和參數關聯矩陣，表述模塊和參數的關聯關系，這樣計算機系統自動地将模塊配用起來。

　　3.2參數與模塊的關聯矩陣

圖4接口矩陣/結構矩陣/性能矩陣構建例圖

　　每個節點有一個模塊和參數關聯矩陣，它由三個矩陣組成：

　　（1）接口矩陣是模塊的接口參數關聯定義，接口參數是唯一編碼的，即使是完全相同的參數，如果用于描述同一模塊上不同位置接口，其編碼是不同的。相同的接口參數被其他模塊節點中的某模塊關聯，其數學的就是強關聯對應關系，物理上這兩個模塊是配裝或連接關系。接口參數除了有安裝關系外，包涵的範圍是廣義的，如有液體或電流通過線纜傳遞關系的，都是屬于接口參數，對于空間和幾何形态的參數定義，可以通過3D CAD的數據文件傳遞，我們稱之為形帶參數。

　　以上類似編碼方式在複雜的大飛機線纜裝配工藝管控上也采用，即每個線纜頭有一個唯一編碼，每安裝好一個接頭，就在表格上其編碼對應的位置上打勾，這樣是否安裝完成和正确，檢查工作表即可。我們的關聯矩陣構建方式是類似的，即線纜兩頭（=有關聯關系的接口參數）有相同編碼，用線纜（接口參數）連接相關聯的模塊，和上面的工藝文件不同的是，工藝文件針對的是指定的一個模塊的連接安裝，因此它是一張一維關聯表（單一模塊），而我們關聯的是相同功能（節點下）的一組模塊（是對平台技術架構設計），因此它是一張兩維表。

　　（2）結構矩陣是對模塊外形系列要求的定義（規劃的）。這樣對規劃的輸入一目了然，對設計的模塊是否在符合規劃或要求規劃調整，也一目了然。

　　（3）性能矩陣是對模塊性能系列要求的定義，如動力電機的功率段、扭矩段等性能系列上要求（規劃的），這裡的性能參數指有系列化框格要求的參數，不是指模塊的全部參數，一些共同的要達到的參數要求可以用模塊技術規範書體現，如電機的防水、防塵、溫度等性能（或等級）要求。

　　通過上面定義的結構矩陣和性能矩陣，這樣對規劃的輸入一目了然，對設計的模塊是否在符合規劃要求，或者設計後反饋（因為矩陣表述的是強關聯，不符合性将邏輯報錯）規劃的架構需要調整，也一目了然。這樣在管理構架上技術架構規劃和架構開發的實現是強關聯的，企業技術架構的設計變動，要從變更規劃開始，我們這裡指的規劃，不僅僅是對設計，也是對制造的規劃，如發動機曲軸軸徑/沖程系列化，就加工設備工裝夾具的系列化，進而影響設備生産線的投資或同一設備/生産線轉換不同規格零件時的效率。有這樣的體系、方法、工具系統，就能做到規劃到實施的一緻性，及對規劃變更影響分析的全面性。

　　3.3關聯展示、參數傳遞、分析工具開發

　　産品模塊架構管理系統構建的核心是對技術構架的參數的管理和關聯，有了如上系統構建的數據，我們就可以開發出展示和分析需要的工具，如模塊間的關聯關系，可以如思維導圖一樣的形式予以展示，且其各連接線是帶參數的。我們還可以模塊的關聯關系将3D數字模型組裝起來，進行數字化驗證。

　　我們還可以和3D工具開發參數接口，這樣接口/結構參數可以直接導入3D設計系統，驅動模塊或零件的系列化設計。

　　如果我們還在模塊節點上加載互勵的接口參數輸入/處理/輸出規則，和專用的分析工具進行接口開發，就能對模塊機理進行分析。

　　通過對系統或整車參數集中的參數的選擇，我們就能自動地選取模塊，選擇出組成符合系統或整車參數要求的模塊。

　　将思想數據化，才能使思想落地，否則模塊化隻是一個思想而成不了經營體系的一部分，将數據和數據間關系有形化，才能有效的管控、分析和評判數據的價值和影響。如因互聯網（包涵物聯網）我們進入了大數據時代，但如果沒有有效的大數據價值挖掘工具，并将挖掘的成果有形展示，那麼大數據隻是一個須投入存儲負擔的無價值數據。因此，将企業的模塊化思想落地，就要有模塊化管理方法、手段和系統支撐，即本文想所為。

4總結

　　本文産品模塊架構管理系統構建要件：

　　（1）參數的編碼化、分類化和子集化。

　　（2）模塊（功能）節點樹構造。

　　（3）構建模塊和分類參數的關聯矩陣。

轉自公衆号：PLM之神

,

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!

查看全部