产品模块架构管理系统构建模式探讨

导读：本文总结了产品模块架构管理系统构建要件包括：参数的编码化、分类化和子集化；模块（功能）节点树构造；构建模块和分类参数的关联矩阵。

作者：胡岗丨来源：e-works

1背景

　　1.1技术进步给带来的变化

　　当前大家热议的“互联网 ”、“AI ”，这里加的含义是落地，对于汽车这样高度集成的社会化产品，就是能高度地将机械、电机、电控、通讯、感知与智能……融为一体。汽车的电动、电控及智能化，带来结构和集成在机械层面上的简化，但要求有更高的标准化、系列化、模块化要求，这个要求不仅仅指有形的结构，也包括无形的内嵌软件和通信。这样才能通过规模化的生产和各供应商之间高效率协同、低成本地满足面向不同用户要求或行业的各类应用场景的产品系列要求，这是当前规模企业应对之策，不然它业引领的供应链在制造效率、成本上将缺乏竞争力。

　　众所知在车辆产品开发之前，会开发一辆概念车来评估或测试市场反应，但大众看不到的，在概念车或概念车之前的产品技术架构规划和设计是概念产品能够量产并在成本上保持优势的基础。即在具体的市场化产品开发之前，先要对企业的客户群（或面向服务的行业）需求进行调研和预测，将这些需求框格化作为技术架构规划和设计的输入，进行技术构架的开发（如大众的MQB、丰田的TNGA），然后在此技术架构上，针对不同的目标客户群开发出不同市场化产品，才能实现既能满足不同目标客户要求产品变型，又能规模化、低成本协同生产。

　　技术进步，特别是信息技术、智能化为产品实现个性化配置带来的可能，但另一方面同时带来标准化、模块化的更高要求，传统的PDM在对于市场化产品设计数据管理非常成熟，但对产品的技术构架、模块化还缺乏实践，本文就此进行探讨，期望能抛砖引玉。

　　1.2工业化创新的四个阶段：

　　阶段1：将原理或实验室技术成熟化——如十年前的车用燃料电池，企业关注的是稳态制造工艺创新。

　　阶段2：将成熟技术应用化——如现车用燃料电池，企业关注的是和应用集成进产品的技术。

　　阶段3：将应用技术构架化——燃料电池的规模技术规划，企业关注的是产业规划和构架成本。

　　阶段4：将技术架构产品化——可批产燃料电池的各类汽车产品，企业关注的是技术组合和运营成本上有竞争优势的产品，和对目标客户市场占有率。

　　一般1阶段，属于风投或小微企业，2阶段是产业化前期，3、4阶段是大企业的优势和能力所在。因此，规模企业大部分的创新，不是把所有精力投入于原创世界上没有的技术，而是将成熟技术进行规模化开发和应用，这是一般小企业所不具备的运营体系和资金方面能力，所以我们看到世界上有这么多的大企业收购有独创技术并已展现应用前景的中小企业，在高科技行业中更甚。

　　4阶段的产品技术数据有PDM系统管理，是面向市场产品完整数据的管理，其功能和数据关联大家熟知，主要的管理对象为2D/3D、零部件开发过程文件、设计BOM、产品配置、更改、成熟度等。而对于3阶段它面向的不是完整的产品，而是面向平台的技术构成，主要的管理对象是系统、模块，管理的核心是技术定义、交互关系（如结构安装关系、物质信号传输关系等）、硬约束、接口形带、交互协议策划等。这些都是实际存在的业务内容，但现在市场上还缺乏，从技术架构策划、分发、关系关联和有形展示的数据管理系统支持，本文将对3阶段的业务管理系统构建在数据模型构建层面进行个人观点的探讨。

2产品模块架构构建模式设计

　　2.1企业业务流架构简图

图1规模企业TAS PDM PDS OMS业务流架构图

图1中的缩写含义如下：

　　TAS：技术架构管理系统；PDM：产品数据管理系统；PDS：企业级产品定义系统；

　　OMS：订单管理系统；MBL：物料BOM行。

　　除了TAS系统外，其他的系统都是大家所熟知的，但互联网、智能导入产生了新的业务模式，需要业务系统为新业务模式构建新的数据结构和业务流程管理流程。

　　将互联网引入，如PDS OMS系统的业务设计就要求能支持最终客户在网络端就能配置产品和下达订单，而无需一定要通过实体店家来下达订单。

　　将智能化引入，如在PDS(企业级产品定义）系统中，涉及和设计非紧耦合关系的物流过程物料BOM构建，如配置种类多的工艺合件（如卡车仪表台分装），计算机系统可以按物料分配地址和地址属性（生产线/工位编码及生产线或工位属性定义），自动地将物料组合成一个随机物料号（如随机编码的仪表台总成），并与整车生产序号关联，将这个关联关系、产生的随机零件号及其零件组成（装配物料BOM）分配给制造系统。分装完成由生产线自动贴上条码或两维码，按时间和序列要求配送（如果是外部供应商分装的）到总装线，这样可以在装车时可扫描校核这个工艺合件是否与这个整车生产序号匹配，计算机自动构建物料号对生产BOM进行构建、分发和管理，改变了工艺绑架设计BOM表述的传统BOM管理方式，而使设计BOM过于冗余表述非设计的内容。

　　2.2技术架构设计业务流架构

图2技术架构设计业务流架构图

　　（1）市场和行业分析，不是单一的产品、目标客户群的调研和分析，是基于企业的经营战略定位，对一类产品市场需求分析，同时也要对行业生态体系能力进行分析，以能支持未来的产业化构想。

　　（2）将市场分析和企业战略转化为技术构架规划，这里要将需求框格化（Line Up），如功率要求，不是说从100马力到500马力连续数值，而是明确的框格化（系列化）的数值，如100马力、150马力等，这个阶段就要明确整车参数集的参数族/参数值。

　　（3）组成产品的系统、模块和系列化零部件节点树规划，要分层规划，整车层面的系统规划、系统下的模块规划、模块下的总成零件规划、总成下的零部件规划。不以组成完整车辆为目标，以组合起来可以实现模块、系统或整车的性能规划要求为目标。

　　（4）系统、模块、零部件外显参数的定义，参数为参数集/参数族/参数值三层次数据架构，驱动技术构架设计。这些参数要分集管理，如整车层面的参数集，这些会加载到系统上，系统层面的参数集，它会加载到模块上，模块层面的参数集，它会加载到零部件上。参数众多，不分层集将难以管理和应用，参数族加载时按集选择，但加载后，在加载的节点中一直可以传递到最底层的零件（如果是这个零件来承载这个参数的），所有的参数都有承载体（接口参数，至少有两个承载体）。参数分如下三大类：

　　接口（交互）参数：几何、信号、电压/电流、压力/流量、形带等参数，同一接口参数编码（编码相同的参数值一定相同，但相同参数值因应用于不同位置而有不同的编码，因此，模块间关联不是指接口参数值相同），一定会出现在两个或以上的模块或零部件-参数矩阵表中。

　　结构参数

　　性能参数

　　接口参数，一定会出现在两个或以上的实体中，我们对参数进行分集管理，唯一编码，这样依据关联矩阵的引用关系，就能显示出模块、零部件类的关联图谱，通过关联图谱可抓取3D模型，组装成数字模型，进行数字虚拟校核，或进行互励层面的分析。

　　（5）节点加载相应的参数族/参数值，建立节点关联矩阵操作。

　　（6）依据参数输入要求，进行零部件、模块和系统实体开发。

　　（7）实体加入进关联矩阵，并定义和参数值的关联关系。

　　（8）依据参数值的关联关系，进行数字化的关分析、验证。

　　（9）更改和修正，更改必须从更改参数开始（规划层面）。几何数模可以依据参数和实体的关联关系，取同一数据库数据，这样参数更改和数模更改就可以同步。（或接口形带的关联引用）。

　　（10）成熟度、评审和审批控制，是否可以样件制造和认证。

　　（11）实物认证

　　（12）模块导入PDM系统，在模块构架上进行市场化产品开发。

3企业技术架构构管理系统模型探究

　　3.1平台模块节点树构建

图3平台系统/模块/系列零件构建示例图

　　一般而言系统指能完成完整功能的组合件，如驱动系统，模块指实现某功能的独立件，对于主机厂在物流上是一个完整的实体进行物流管理和上线装配，如驱动系统中的发动机、变速箱、传动轴、车轮。

　　平台模块节点树的构建，是企业包括制造、供应商协同在内的产品技术规划体现，它不是以完整产品为构造目的（这是和PDM中的产品BOM结构树构造的差异），构造的层次深度，是按企业生产规划而定，如果发动机是外配套的，就构造到发动机模块；如果发动机是自制的，其下就要构造到组成发动机的零件组节点，以便对其零件进行系列化规划和设计。模块化涉及整个产业链规划和供应商的紧密参与，以使整个产业链获得制造、物流等成本的优势，这是模块化的目标。

　　建立了模块节点树，就能将参数加载到相应的模块（功能）节点，在节点下按输入的接口参数（规划的接口协议）、结构参数（规划的系列化外显结构参数）和性能参数（规划的系列化参数），按规划输入进行模块实体的设计和开发，每个节点有一个模块和参数关联矩阵，表述模块和参数的关联关系，这样计算机系统自动地将模块配用起来。

　　3.2参数与模块的关联矩阵

图4接口矩阵/结构矩阵/性能矩阵构建例图

　　每个节点有一个模块和参数关联矩阵，它由三个矩阵组成：

　　（1）接口矩阵是模块的接口参数关联定义，接口参数是唯一编码的，即使是完全相同的参数，如果用于描述同一模块上不同位置接口，其编码是不同的。相同的接口参数被其他模块节点中的某模块关联，其数学的就是强关联对应关系，物理上这两个模块是配装或连接关系。接口参数除了有安装关系外，包涵的范围是广义的，如有液体或电流通过线缆传递关系的，都是属于接口参数，对于空间和几何形态的参数定义，可以通过3D CAD的数据文件传递，我们称之为形带参数。

　　以上类似编码方式在复杂的大飞机线缆装配工艺管控上也采用，即每个线缆头有一个唯一编码，每安装好一个接头，就在表格上其编码对应的位置上打勾，这样是否安装完成和正确，检查工作表即可。我们的关联矩阵构建方式是类似的，即线缆两头（=有关联关系的接口参数）有相同编码，用线缆（接口参数）连接相关联的模块，和上面的工艺文件不同的是，工艺文件针对的是指定的一个模块的连接安装，因此它是一张一维关联表（单一模块），而我们关联的是相同功能（节点下）的一组模块（是对平台技术架构设计），因此它是一张两维表。

　　（2）结构矩阵是对模块外形系列要求的定义（规划的）。这样对规划的输入一目了然，对设计的模块是否在符合规划或要求规划调整，也一目了然。

　　（3）性能矩阵是对模块性能系列要求的定义，如动力电机的功率段、扭矩段等性能系列上要求（规划的），这里的性能参数指有系列化框格要求的参数，不是指模块的全部参数，一些共同的要达到的参数要求可以用模块技术规范书体现，如电机的防水、防尘、温度等性能（或等级）要求。

　　通过上面定义的结构矩阵和性能矩阵，这样对规划的输入一目了然，对设计的模块是否在符合规划要求，或者设计后反馈（因为矩阵表述的是强关联，不符合性将逻辑报错）规划的架构需要调整，也一目了然。这样在管理构架上技术架构规划和架构开发的实现是强关联的，企业技术架构的设计变动，要从变更规划开始，我们这里指的规划，不仅仅是对设计，也是对制造的规划，如发动机曲轴轴径/冲程系列化，就加工设备工装夹具的系列化，进而影响设备生产线的投资或同一设备/生产线转换不同规格零件时的效率。有这样的体系、方法、工具系统，就能做到规划到实施的一致性，及对规划变更影响分析的全面性。

　　3.3关联展示、参数传递、分析工具开发

　　产品模块架构管理系统构建的核心是对技术构架的参数的管理和关联，有了如上系统构建的数据，我们就可以开发出展示和分析需要的工具，如模块间的关联关系，可以如思维导图一样的形式予以展示，且其各连接线是带参数的。我们还可以模块的关联关系将3D数字模型组装起来，进行数字化验证。

　　我们还可以和3D工具开发参数接口，这样接口/结构参数可以直接导入3D设计系统，驱动模块或零件的系列化设计。

　　如果我们还在模块节点上加载互励的接口参数输入/处理/输出规则，和专用的分析工具进行接口开发，就能对模块机理进行分析。

　　通过对系统或整车参数集中的参数的选择，我们就能自动地选取模块，选择出组成符合系统或整车参数要求的模块。

　　将思想数据化，才能使思想落地，否则模块化只是一个思想而成不了经营体系的一部分，将数据和数据间关系有形化，才能有效的管控、分析和评判数据的价值和影响。如因互联网（包涵物联网）我们进入了大数据时代，但如果没有有效的大数据价值挖掘工具，并将挖掘的成果有形展示，那么大数据只是一个须投入存储负担的无价值数据。因此，将企业的模块化思想落地，就要有模块化管理方法、手段和系统支撑，即本文想所为。

4总结

　　本文产品模块架构管理系统构建要件：

　　（1）参数的编码化、分类化和子集化。

　　（2）模块（功能）节点树构造。

　　（3）构建模块和分类参数的关联矩阵。

转自公众号：PLM之神