隨著市場競爭的日趨激烈及市場環境的不斷變化，各行各業都在擴大客戶定制產品的范圍，通過差異化提高產品的競爭力。采用面向市場的大規模定制性業務模式，已成為現代企業訂單模式的主流。
這種生產模式給設計部門帶來了更大的挑戰。如何在現有定型產品的基礎上，根據客戶需求，完成定制部分的變形設計，做到快速響應?如何對定制部分的變形設計進行管理，保證技術管理的規范化？如何生成包括變形設計的完整定單BOM?設計工具多種多樣，二維、三維設計軟件并存，如何突破工具軟件的限制，更好地適應大規模定制性業務?這些都是大家亟待解決的司題。
目前普遍使用的三維設計軟件都是參數化的，如Pro/ENGINEER、SolidWorks等，三維軟件的參數化是基于零件之間的相互參照而進行變化。本文所述的中集華駿PLM參數化設計系統，是以PLM為平臺，以PLM的產品結構為基礎建立起來的參數化設計系統，與三維軟件的參數化有著本質的區別。該系統以模塊化和參數化為思路，以參數傳遞和參數變化來驅動物料的生成，實現以銷售訂單為驅動，根據訂單參數進行公式計算完成訂單的技術設計，生成完整的訂單BOM。 雖然PDM/PLM有配置管理的功能，但是只能根據配置變量確定各總成是否被選擇以及選擇后的數量，不能進行程序運算。所以，配置管理只適合于客戶定制較少的行業（如轎車等），而專用車行業屬于典型的大規模定制性業務，沒有過配置管理的成功應用。
一、PLM參數化設計系統的原理
PLM參數化設計系統分為參數化零件、參數化總成和參數化模板三個層次。系統各層級之間的關系，如圖1所示。
圖1 系統各層級之間的關系
1.自定義的變量和公式
允許使用者自定義變量和公式是本參數化系統的特點。使用者可以根據產品特點，對不同類別的產品定義不同的變量和公式，以滿足大規模定制性業務極為復雜的數據處理需求。本系統中的變量，包括定單參數、模板變量和總成變量，共三種變量。變量類型可以為整數型、實數型和字符串型等不同的數據類型。本系統中的公式是指由許多行代碼組成的程序段。公式具有算術運算、關系運算、邏輯運算、函數調用和循環控制等功能，可以完成復雜的計算。系統在變量定義和公式定義時，均采用了直觀的表格化的方式，并以總成為單位，分段定義公式，既方便用戶使用，又降低了對用戶程序編制水平的要求，為系統的推廣應用提供了保障。
2.參數化零件
PLM中零件一般都具有代號、名稱和材料等屬性，對于一個零件，這些屬性值都是固定的。而在本參數化系統中，零件除具有固定屬性外，還具有參數化屬性。其中，零件的參數化屬性值是可變的，屬性的值變化后，系統就生成一個原零件的實例，該實例的固定屬性與原零件保持一致。零件有多個參數化屬性，這些屬性值的組合，對應一個唯一的實例。
如圖2所示，系統為零件定義了名稱、工藝路線等固定屬性，還定義了零件的5個參數化屬性，分別為材料種類C、規格D、材質M、下料長L、下料寬W和有效質量（有效質量根據以上5個參數化屬性自動計算）。當零件的這5個參數化屬性變化后，就會生成一系列的實例。圖3所示列出了零件SGH-5770001-E的4個實例。
圖2 零件的固定屬性和參數化屬性
零件的參數化屬性有固定的變量代號，如，下料長對應的變量是L，L的值是通過其所屬總成的公式計算來確定的（如圖6中的“式，下料長公式”項）。
3.參數化總成
總成一般由子總成和零件構成，在PLM中也顯示為樹狀的產品結構，普通的總成其產品結構是固定的。
圖3 參數化零件的實例
在本參數化系統中，定義有一類特殊的總成，即參數化總成。它具有總成變量、零件計算公式和可變的產品結構，能夠由總成變量和總成計算公式驅動導致其產品結構變化和零件屬性值變化，生成總成實例和零件實例。
(1)總成變量用于接收產品模板輸入的值，起著參數化總成與產品模板之、司交換數據的功能。零件計算公式包含各零件的材料公式、尺寸公式和數量公式等，它根據總成變量的值對零件的參數化屬性進行運算，計算出該總成的產品結構和零件的參數化屬性值。
(2)參數化總成的實例是由總成變量控制的。這些總成變量取不同的值時，就產生一系列實例。這些總成變量值的組合，對應一個唯一的總成實例。
圖4所示是一個參數化總成（專用車的一個車廂總成），該總成定義了內控長和主廂高等總成變量。圖5列出了這些總成變量的名稱、代號和取值類型等。圖6是總成的計算公式。當總成的內控長、主廂高等總成變量取不同的值時，就會計算生成一系列的實例，圖7是參數化總成的實例。
圖4 參數化總成（車廂總成）
圖5 參數化總成的總成變量
圖6 參數化總成的計算公式
圖7 參數化總成的實例
4.參數化模板
在本參數化系統中，定義有一種參數化的產品模板。它包含所有可選的普通總成和參數化總成，具有訂單參數、模板變量、總成選擇公式和總成計算公式等。
(1)訂單參數用于接收銷售系統傳來的數據。訂單參數不足以支持公式計算時，可以定義模板變量。訂單參數和模板變量都可以參與模板中的公式計算，可以與總成變量相互交換數據。
(2)在參數化模板中，每一個參數化總成都有對應的總成選擇公式和總成計算公式，在這些公式中，訂單參數和模板變量、總成變量都可以使用。總成選擇公式用來決定各參數化總成的數量（若數量的計算結果為0，則不被選擇）。在總成計算公式中，確定該參數化總成的所有總成變量的值。
車型模板的公式定義頁面如圖8所示，在該頁面上可以定義各總成的選擇公式和各總成的計算公式。點擊圖8上方的單元格后，可以在下方的公式編輯區域輸入多行的公式。
圖8 車型模板的公式定義頁面
二、參數化設計系統的訂單設計過程
在訂單設計時，首先選用“產品模板”將銷售訂單數據傳給訂單參數，然后完善模板變量。點擊計算按紐后，系統開始依次執行總成選擇公式和總成計算公式，計算各總成變量值。參數化總成根據總成變量的值，計算其零件的尺寸和重量，并生成實例。最終完成訂單全部總成和全部零件的計算，確定訂單的產品結構。具體的訂單設計過程如圖9所示。
圖9 訂單設計過程
三、系統應用示例
該系統已在中集華駿的罐式車、自卸車和半掛車上全面應用，效果十分顯著。圖10所示為粉罐半掛車使用參數化系統的計算點示意圖。
圖10 粉罐半掛車使用參數化系統的計算點示意圖
圖11所示是訂單設計頁面，用于讀取訂單參數和確定模板變量的值。上半部分是讀取的訂單參數，它來源于銷售訂單，其值是不可修改的。下半部分是設計時需要確定的模板變量。各模板變量的值確定后即可點擊“計算BOM”，讓系統開始計算。
圖11 訂單設計頁面
圖12所示是訂單計算完成后，系統生成的技術規范確認書，用于下發指導生產。
圖12 系統生成的技術規范確認書
將計算后的訂單導入ERP系統，就是完整的訂單BOM。如圖13所示。
圖13 自動生成的訂單BOM
四、結語
基于大規模定制性業務的中集華駿PLM參數化設計系統的研發與應用是PLM行業的一個突破，它完全替代了PLM原有的配置變量管理、產品管理和訂單BOM等功能，將靜態的零件數據變成了根據訂單不同而適時變化的動態數據。更重要的是，通過用戶自定義變量和計算程序，實現參數值自頂向下的依次傳遞，并將用戶分段編制的程序進行組合、編譯，實現復雜的運算，將PLM由一個管理系統變成了一個設計系統，真正滿足了大規模定制性業務的需要。
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