1 前言
專用汽車種類繁多，不同類別之間的產品結構差異大，運輸貨物的品種繁多，區域化、個性化需求多，屬于典型的大規模定制業務。沒有設計系統用于接收銷售訂單參數，實現訂單的公式計算，完成訂單設計，是導致專用汽車行業設計效率低，設計質量不高的根本原因，也使企業在實施ERP、MES等與產品相關的信息化系統時，數據滯后并且不準確，限制了企業信息化應用的整體水平。新研發的專用汽車參數化設計系統，為訂單設計提供了一個全新的解決方案。
2 專用汽車技術設計的特點和難點
a.總成的結構形式多種多樣。即使同一類的專用汽車，各個總成的結構形式也有很多種，如自卸車的廂體結構有田字格、U形廂、礦用廂等。普通欄板半掛車的車廂板結構也有小立式、大立式、平板式等。
b.同樣結構的一個總成，尺寸變化多。通用型圖紙多，尺寸通常以L、W等代號表示，以適應訂單尺寸的變化。例如車輛的車廂板，會有很多長、寬、高等不同的品種，如欄板半掛車，每臺車的車廂板都會有3種左右的長度。
c.同樣結構的一個總成，材料變化大。材料多根據運輸環境和裝運介質不同而定。例如自卸車，裝運沙土料的車廂和裝運石塊的車廂，要求的材料厚度相差很大。比如液罐車，裝運的介質不同，材質有碳鋼、不銹鋼、鋁合金等，材料厚度也相差很大。
d.訂單OEM件變化大，用戶點牌現象較普遍，車軸、輪胎、板簧、鋼圈等都存在大量的用戶點牌現象。
e.專用汽車訂單設計中，會有大量的手工處理清單的工作量，提供精確的BOM單難度很大。這給下游的生產、供應、倉儲、成本核算等部門帶來困難。
f.訂單設計過程中，需要計算的參數多。比如半掛車，為了達到與牽引車的最佳匹配性能，需要保證與牽引車連接后的前后高度差在允許范圍內。每個訂單要根據牽引車鞍座高度，輪胎、板簧的配置，調整半掛車的板簧支架等總成：常會因為計算錯誤造成設計失誤，導致返工返修。
g.訂單的整備質量計算難度大。如何在車輛配置變化多、零件尺寸變化多的情況下，準確地計算出訂單車型的整備質量，也是專用汽車生產企業的一個難題。
3 專用汽車參數化設計系統的研發
筆者曾經嘗試使用三維軟件來解決以上問題，雖然三維軟件有參數化的功能，有自頂向下的設計理念，理論上可以實現根據訂單變化驅動模型，生成訂單BOM，但實際上可操作性不大；三維的參數化是基于零件之間的相互參照而進行變化，一個總成如果包含數量較多的零件，其內部的相互參照關系較為復雜，經常會有模型不能再生的問題，修復一個模型需要較長時間。如果將一個車型的所有總成裝配在一起，實現根據訂單變化驅動模型再生，只有軟件應用水平非常高的人員才能實現，小組內其他人員都要接近這個水平才能實現協同工作。每個外購件都有多個廠家同時供貨，僅通過三維設計軟件無法對眾多的外購件進行管理，更難以實現與ERP系統的集成。
現有的PDM/PLM系統只能實現產品結構管理、圖文檔管理、設計變更管理、流程管理等。它管理的是靜態的設計的結果，但不能管理動態的設計計算過程。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，不能進行公式計算。所以，配置管理只適合于客戶定制較少的行業，如乘用車等，而在專用汽車行業，還沒有配置管理成功的應用。
通過與某軟件公司三年多時間的共同研發，到2011年底在PLM平臺上完成了專用汽車參數化設計系統研發，2012年進行了系統實施。該系統以訂單設計和新產品研發為目的，以模塊化和參數化的產品結構為基礎，以銷售訂單作為驅動，以訂單BOM為主線，根據銷售訂單的參數進行公式計算，完成訂單的技術設計，生成完整的訂單BOM；對CRM、流轉單、PLM、ERP (K3)系統進行了集成，打破了系統間的信息孤島；訂單處理實現了銷售、技術、供應、倉儲、生產各個環節信息化的無縫集成，建立了訂單處理的信息化高速公路。該系統已成為本公司進行專用汽車訂單處理的設計系統和技術管理系統。
專用汽車參數化設計系統由三個大的層級構成，第一層級為車型模板，第二層級為參數化總成，第三層級為零件。車型模板包含有流轉單參數和模板變量，包含總成選擇公式和總成計算公式，還包含有不同的模板副本；參數化總成包含總成變量，還包含各零件的材料公式、尺寸公式、數量公式。各層級之間通過參數、變量和公式進行數據交換。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
系統由以下幾個主要模塊構成：車型模板的參數化模塊、總成選擇和總成計算模塊、模板副本模塊、總成的參數化模塊、零件的材料、尺寸、數量計算模塊、零件質量計算模塊、訂單處理模塊、各系統集成模塊。
車型模板的公式定義頁面如圖2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。
圖2 車型模板的公式定義頁面
參數化總成的公式定義頁面如圖3所示，在該頁面上可以定義各零件的材料公式、尺寸公式和數量公式。
圖3 參數化總成的公式定義頁面
4 系統實施的效果
目前已有粉罐半掛車、液罐半掛車、混凝土攪拌運輸車、自卸車等多種車型的訂單在該系統中運行，實現了以下效果：
a.實現了以銷售訂單為驅動，根據銷售訂單的參數進行總成的選擇、總成參數的計算、總成數量的計算，減少了計算類的設計失誤，提高了設計質量。
b.實現訂單所有零件的材料、下料尺寸、數量的自動計算、匯總。
c.實現訂單所有零件質量的自動計算、匯總，能輸出準確的訂單的質量。
d.實現了訂單BOM的自動生成，包括外購件、標準件BOM單和自制件BOM單。
e.將設計人員關心的數據進行輸出運算提示，便于自檢和校對、審核；如側防護離地高度是多少，是否符合國家標準等。
f.實現了總成描述的公式訂制，計算后的總成根據公式生成詳細的總成描述，便于指導其他部門作業。
g.實現了訂單圖紙的規范管理，每個訂單都有完整的全套圖紙，根據訂單號就能查詢到該訂單的全部圖紙。既方便使用部門查詢、瀏覽，也規范了技術管理。
h.對設計軟件無限制，能對各種二維、三維軟件所設計的圖紙進行管理。
i.參數和公式均為表格化編輯，易學易用，便于協同設計。
j.實現與CRM營銷管理系統、PLM參數化設計系統、ERP系統的集成，打破了系統間的信息孤島：訂單處理實現了銷售、技術、供應、倉儲、生產各個環節信息化的無縫集成，建立了訂單處理的信息化高速公路。
k.實現了知識積累和經驗共享。模板和公式是設計經驗的體現，能夠把設計人員的經驗匯集在一起，避免人員流動造成經驗丟失。通過模板和公式的定義，也避免了錯誤重復出現。
5 訂單應用的示例
訂單設計時，首先選擇需要的模板，讀取銷售定單的參數（圖4的上半部分）；銷售訂單的參數不能完全支持訂單計算的，可以調整模板變量的值（圖4的下半部分），然后進行計算。
圖4 訂單設計頁面
訂單計算完成后，訂單計算過程中的數據可以輸出為運算提示，便于設計人員進行檢查。訂單的運算提示如圖5所示。
圖5 訂單的運算提示
訂單計算完成后，只保留該訂單需要的總成、總成變量和總成描述。系統生成的訂單總成明細及總成描述如圖6所示（此圖顯示的是訂單的一級總成明細）。
訂單在參數化設計系統內走完校對、審核流程后，訂單的產品結構和數據就傳人到ERP系統中，ERP系統自動將其拆分為外購件BOM單和自制件BOM單，生成的BOM單明細如圖7所示。
圖6 訂單的總成明細及總成描述
圖7 生成的BOM單明細
對于外購外協件和標準件，大部分企業在技術設計時的零件代號和ERP系統中的物料編碼并不相同。本系統在生成BOM時，會根據“物料對照表”進行代碼的轉換。“物料對照表”是一個對照關系，即一個技術的零件代號，對應的是哪一個ERP物料編碼。根據不同時期的物料使用情況，可以靈活調整對應的物料代碼，保證BOM的正確性。
6 結語
專用汽車參數化設計系統的研發和實施，開創了專用汽車行業全新的設計模式，實現了訂單的公式計算和流轉單、BOM單的自動生成，訂單設計的正確性和BOM單的準確性明顯提高，并且能夠計算出訂單的質量。該系統不但提升了設計水平，也使技術管理水平達到了業內領先水平，同時為專用汽車行業的訂單設計和新產品研發提供了一個全新的解決方案。
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