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构建工程机械行业全球协同设计平台 |
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作者：王武 张启亮 |
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在工程机械行业从“过热发展”转向强健自身时，在大型集团走向国际化、全球化时，布局国内外产品研发机构、突出核心技术创新、构建全球协同设计平台成为必选的方向。在产品设计源头，集中优势资源协同设计，“降本”“增效”以及“提高质量”的效果将尤为显著。
全球协同设计概念
协同设计从字面理解为设计人员合作一起来进行产品设计，设计人员通过系统平台获得任务及相关资料；按照标准或规范要求进行产品设计并交付结果到系统平台；实时关注相关设计的变化；实时通过系统平台与合作者交流；各取所需、秩序工作，从而协作完成指定的产品设计任务。
全球协同设计则在协同设计的基础上，增加了跨公司，跨地域、跨国度的协同。是为了实现大型团队协同设计、突出整体效果而采用的设计模式。
全球协同设计平台构建体系
如何来构建一个全球协同设计平台呢?在此只根据自身的经验和体会给些方向和建议。
1、网络技术的应用
公司级的局域网、集团级的城域网的构建是网络基础。
通过租用专线，将异地纳入城域网，实现主流异地数据信息的交互，包括异地研发机构。
通过Intemet网络，实现短期的、网络漫游方式的信息交互。
2、硬件架构
工程机械行业在国内外生产基地或研发中心的部署已成规模，而解决异地乃至全球协同设计的硬件构架通常有联邦式架构和一体式架构（见图1）两种部署模式。接下来以4家子公司协同设计为例，对比硬件构架模式。
图1 两种架构的硬件部署
联邦式架构至少需要5台应用服务器、5个数据库服务器；优点：初始硬件投入较少；缺点：子公司数目在5个以上时，投入总和较大，跨公司间数据交互频繁，且不适于集团公司持续扩张。
一体式架构至少需要4台应用服务器、1个数据库服务器。优点：子公司数目在5个以上时，投入总和较小，系统集成度高，能够适应集团公司持续扩张。缺点：初始硬件投入较大。
在此仅推荐大于5个子公司的集团全球协同设计平台一体式架构（见图2）硬件部署。
图2 全球协同设计平台一体式架构硬件部署
3、系统软件平台
(1)CAD的兼容效果
在大型工程机械企业，二维CAD已普及应用。三维设计取代二维也已成为必然趋势已在各家公司持续推进。
二维CAD对协同设平台的要求较低，但三维CAD的选型与应用基础则影响到协同设计平台的选型和推进。协同设计平台将着重于基础库、设计规范、模型转换、设计理念等方面的管理和提升，对CAD的支持和兼容程度将直接影响协同设计的效果。
(2)支持多层组织架构的协同设计平台
大型集团公司，协同设计平台的组织架构至少应分为三个层级集团层级、子公司层级、产品系列级，支持各层级的权限分配和数据管控。如：集团层级的通用模型、通用标准，通用符号、通用模板；子公司级模板、产品级设计规范等设计基础。
(3)统一规范的三维设计方法
自顶向下的设计方法：在满足产品功能、性能以及相关标准的前提下，将一个大型产品的设计任务经过骨架模型的建立，规划分解出多个满足小规模、简单功能、空间范围、关联要求，可个人实现等要求的零部件，分配给多人进行协同设计的方法。
设计规范：统一的设计规范是协同设计的基础，用于指导设计人员规范的完成设计任务，实现可协同、多重用，易加工，易装配等目标，例如：三维管路设计规范、三维电缆设计规范、通用建模设计规范、总体设计规范、分系统设计规范等等。
设计规范和设计方法是协同设计项目的重要交付。要建立持续完善的机制，在后期不断新增或完善。
(4)三维设计基础库的建立
三维设计的基础库包括标准件库、通用件库、符号库、模板库等等，这些基础库应在项目实施期间交付，并指定相关运维流程甚至运维组织来保证后期的持续更新完善。
如果已经有了集团一体化的物料数据管控平台，例如ERP或PDM，那么，就有了相关的零部件分类和编码的管理，标准件库和通用件库因与物料相关，建立时必须考虑将模型对应的物料编码、分类等相关属性定义在库模型参数中，保证设计选用时相关属性的带出，确保CAD物料信息的统一、准确
(5)关联的工程变更
频繁的工程变更是工程机械行业设计业务的特点，用户需求的变化，供应商的变化，产品成熟度等均可能引起工程变更。全球协同设计平台通过变更管理实现设计变更有效、全面、快速的执行。
按照协同业务范围可分为四层：
设计部门内部：三维模型与二维图纸的关联，三维模型的变更，二维图纸、设计BOM、虚拟样机可获得更新。另，在多人协同设计过程中，A设计的模型更改后，与之有设计参考或装配关系的设计B可获取更新后的版本。
企业内部：设计的变化通过变更管理通知到与之关联的工艺、制造、服务等，完成跨部门业务。
全球化企业级：设计的变化通过变更管理通知到异地，通知到海外，并关联到异地或海外不同的制造工艺、配套、法规等。例如：中国版的设计变化通知到与之关联的美国版的设计。
企业外部扩展：设计变化通过变更管理通知到相关的设计伙伴或者供应商。
(6)三维模型轻量化
轻量化模型技术，在保证三维模型可浏览、标记、测量情况下，将模型转换为占据空间较小的文件，使网络数据传输快速，使服务器和网络压力减小，使仿真、展示、技术文档审批，供应商协同、跨公司协同等业务更便于实现。
(7)数据
协同设计平台数据的难点在于三维模型，首先是历史模型，通常未实施规范设计的三维模型是不能直接导入系统的，如果历史模型量很大，需要在项目期间完成部分产品的模型规范和导入，然后制定后续产品的进入计划，逐步丰富数据。
已有数据量和数据增量是衡量系统应用程度的重要指标，也是使用户信赖系统、发挥系统作用的必要基础。
(8)接口
CAD接口，实现三维模型、轻量化模型、二维工程图、物料信息、设计BOM等数据在协同平台上的实时存写。
跨系统接口，考虑到工程机械产品离散、多变的特点，建议少量的开发集成接口，多采用中间文件的接口格式，可考虑多种报表、例如：新增物料、设计BOM、服务BOM等，提供给CAPP/ERP/CRM/SRM/MES等系统平台。
(9)即时交流平台的辅助协同
设计人员通过即时交流平台进行技术交流，图文并茂、视频交流、工作组讨论等方式，使构思、意图、装配关系等更清晰，使协同更具体、更全面。
(10)新的理念或新的工作方式
单点设计到协同设计：打破地域限制、部门限制、专业限制，处于同一平台进行协同设计，提升资源共享、资源调配、远程协助能力，提升团队协同设计能力。
串行设计模式到并行设计模式：例如：跨专业间的并行，以往液压和电气的设计因需要参考结构件进行设计，需要等结构件设计定稿后才能开始，而通过协同设计可以取得参考后就开始设计，并可根据结构件设计的变更通知作出变更。跨部门的并行，以往的工艺设计需要等整部件设计图档审批完成后进行，通过协同平台可以在设计完成状态之后审批状态之前就可介入。总的来说，设计后续业务介入灵活度增加，技术准备周期得以缩短。
物料重用度提升：标准件，通用件等通用模型和物料信息的集中管理和共享，并定义设计时优先选用标记，提升物料重用度，降低设计成本和制造成本。
模型和数据的唯一性以往的模型和数据变更不能实时和准确传递到每个部件；而在统一的协同平台上，参数驱动模型，模型和数据实时更新，保证了模型和数据的准确性和唯一性。
CAD数据统一管理：以往分散在设计人员个人电脑自行管理；通过协同设计平台实现CAD数据集中安全管理和共享有效共享。
知识的继承和重甩以往的设计过程和参数不可控，协同效率低；将设计过程与参数固化于系统或三维模型中，倡导参考和引用，特别是系列化的产品，提升知识的继承和重用。
协同设计平台价值体现
工程机械产品的设计周期较长，协同设计平台体现其价值至少晚一个设计周期，而且项目见效受限于系统数据的完整度，往往历史数据较多的企业需要在项目上线后几年时间来将历史数据规范确认纳入系统管理。
全球协同设计平台若以一体化硬件架构为例，初始需布设两台主服务器（双机热备：200万/台）；3台应用服务器及一台负载均衡（60*3+30=210万元）：数据存储：(400万元)；系统软件(200万元/子公司)；咨询服务费用（150万元/子公司）等。初始投资约需1500万元；若有10家子公司；每300万覆盖一个子公司计算，后续还需陆续投入总计2700万元；总投资4300万元。
假设某集团产品平均设计周期为8个月、每年产生20个新产品、产品平均价值30万元、每个新产品年销售1000台计算，则新产品年销售额为60亿元。
假定新产品制造成本占销售额的70%，则新产品制造成本为42亿元；假定新产品研发费用占销售额的10%，则新产品研发费用为6亿元。
另据国外一些研究机构统计，协同设计平台实施的效果可以做到：节约制造成本约5%；产品研发成本减少约20%；缩短产品上市时间约50%；提高客户定单反应速度约30%；避免开发过程的不必要修改约40%。
可量化效益为：节约制造成本约2.1亿元/年；产品研发成本减少约1.2亿元。
定性效益新产品提前上市4个月，影响着市场占有率更快提升和产品定价权的掌握等；减少变更任务量，让技术人员更多精力用于构思和设计。
随着工程机械行业的国际化、全球化、全球协同设计将成为行业竞争的必备基础，全球协同设计作为一种开放、全面。统一的工作方式，专注于提高设计能力、提升协同效率、改善快速设计转产、数据完整、正确、一致性等问题，是企业实现研发活动跨国界、跨地区、跨企业协同作业的有效手段。
图3 产品协同设计平台的演变
持续的产品创新需要产品协同设计平台的支撑（见图3）。试想，在今后的产品设计时，我们可以通过全球协同设计平台获得世界各地的客户对所设计的产品的建议和需求；获得产品故障信息；获得供应商在配套件方面的改进和模型支持；获得集团公司在异地或海外的先进技术支持……，有理由相信，我们可以设计出更多适合于用户的产品。构建以全球化、全周期、智能化为特征的全球协同设计平台必将成为大势所趋。(end)
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(4/14/2014) |
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