数据库平台在发动机研发中的应用

杨磊，王东芳，范习民，张磊，徐润滨

（安徽江淮汽车股份有限公司，合肥 230601）

0 引 言

PDM 是一门用来管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、CAD 文件、结构、权限信息等）和所有与产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术［1］。

江淮汽车研发中心以产品设计开发为主，每年有百余个产品数据需要统一管理，加大PDM 数据库的应用力度，已成为支持产品开发数据管理的关键，对加快产品开发进度、提高产品设计质量、降低生产成本有积极作用。

同时设计过程中有许多CAD、CAE 技术软件，需要与PDM 系统紧密集成，有效地将产品数据（竞品数据、试验数据等）用于产品设计分析过程中，真正使产品数据积累支撑设计过程，提高产品设计分析效率。

1 数据库调研概述

1.1 产品数据库功能概况（表1）

表1 数据库功能概述表

研发数据库基本功能包括：文档管理、工作流管理、权限管理、工程变更管理。为支持复杂的产品（如汽车、飞机等）开发，在基本功能的基础上又增加了产品结构管理、产品配置管理、BOM 管理、项目管理、协同设计等功能，有的企业将办公平台及消息系统也集成在该平台上，还有的企业以该数据库为基础，再次开发小型数据库（如竞品分析数据库、产品试验数据库），使数据库功能不断壮大。

1.2 现有数据库产品的市场竞争概况

目前在汽车行业的应用的数据库类型一般有以下几种类型，相互之间的优劣对比关系如图1 所示。

1.3 发动机行业数据库功能应用状态

如果将整个汽车行业数据库功能完善程度分为4 个层次，从欧美车企到一汽、奇瑞、江淮再到比亚迪，数据库的应用已经较为普及（如图2）。一般来讲，基础数据库主要起到“电子数据仓库”的功能。

图1 汽车行业主要使用数据库分析图

图2 汽车行业数据库层次示意图

2 江淮现有数据库系统应用状态

2.1 PDM 系统应用状态

1）所有发动机产品试行和量产阶段的技术数据（二维图纸、通知单、设计检讨书）都及时录入PDM 系统，并在系统内循环走电子流程，进行技术数据的审签和发布。

2）统一管控标准件的创建，已形成一定规模的通用件库（国标件、企标件）。

3）知识文档库（质量管理、基础管理、工作报告、技术成果、管理标准、能力建设）定时动态管理，目前形成大量知识积累。

4）项目交付物按项目和节点门进行管理，正在实施的项目管理系统更加强了交付物管控的力度，通过电子化流程驱动实现项目交付物的全周期管理。

PDM 作为目前应用比较广泛的技术数据发布的基础数据库管理平台，已成为电子流程驱动来实现知识管理的“电子仓库”［2］，但知识的可检索和可利用性较差，对产品的设计分析过程支持程度较低。

2.2 Intralink 系统应用状态

发动机产品开发已基本实现在线设计。设计团队中不同角色的设计师打开自己设计的数模时，系统能够自动搜索到该数模所借用的其他数模的最新状态，便于设计师参考其他数模的状态修改完善自己的产品。在设计工作基本完成后设计师将各自设计的数模等产品数据录入Intralink系统，其他角色的设计师可以借用和参考该数模，保证了产品设计过程的协同开展。因产品开发模式基本多以联合开发模式为主，在线协同设计能力还有所欠缺。

同时，Intralink 系统内二维工程图与三维数模是完全相关的，三维数模都是以参数的状态即时保存，一旦基本型产品开发完成，后期的变型变动产品开发效率得到较大提升。目前Intralink 系统已成为发动机研发效率提升的一个重要手段。但工作流管理、权限管理等数据库功能还未导入。

3 江淮发动机研发数据库优劣势分析

3.1 数据库优势分析

1）对于发动机研发团队，设计分析业务为关键业务，数据库平台必须能够支撑产品设计过程。目前行业内CAD 设计平台环境基本成熟，主要使用Pro/E 5.0 进行发动机产品设计，借助Intralink 系统进行项目组员间产品开发协同设计，并以PDM 系统为基础数据库管理平台，实现设计与生产间设计信息和产品数据共享，基本能够满足产品设计开发的需求。

2）发动机开发流程体系已逐步完善，基本型产品开发过程管理有了基本定义，对后期数据库内电子流程的定义起到基础作用。

3）发动机设计团队经过近10 年的发展，设计支持业务（竞品分析模块、试验验证模块、CAE 分析模块）在各自领域都有了一定的数据和经验积累。

3.2 数据库劣势分析

1）研发中心以产品设计开发为主，行业内现有PDM数据库不能与CAD 设计软件（Pro/E）紧密集成，不能有效地将组织积累用于产品设计和产品分析过程中。

2）PDM 系统不能和产品三维数据有效集成，数模的录入和检出都要有复杂的过程，不能支撑产品在线协同设计过程。

3）缺少竞品分析库、试验数据库及设计模板库建设的经验，在数据组织、数据库框架搭建及系统集成等方面基本是空白的。

4）产品开发流程体系在变型变动产品开发流程，各节点门间的子流程，及其关键零部件设计分析的流程缺少定义和管控，特别是产品开发过程的管控还停留在交付物状态的管控上，数据库平台建设需要有逐步实现且较长的过程。

4 未来发动机研发数据库平台框架

4.1 设计平台总体框架（图3）

1）通过项目管理系统引领整个产品开发过程，设计平台自动执行门内的子流程管控（图4），工作做到哪一步骤，相关交付物的参考模板和时间节点要求，能够即时、快捷查询。

图3 江淮汽车设计平台数据库框架图

图4 江淮汽车产品设计流程图

2）通过经验库支撑整个产品的设计和分析过程，设计平台在项目组成员间进行发动机产品开发协同设计，执行具体的零部件设计过程管控，产品设计过程中可即时调用竞品数据库、试验数据库、设计模板库，给产品设计提供支持［3］。在布置设计阶段，对连杆进行零部件设计和CAE 分析时，数据库基于产品开发流程和零部件设计流程，通过电子流程驱动转换连杆设计的相关界面，直接打开CAD 软件进行数模编制及修改，修改结果自动保存更新；更新后的数模可供CAE 软件调用，对设计结果验证，CAE 分析后的结果及时存入数据库。零部件设计和分析过程中可能用到的参考文档和竞品数据可在同一界面内直接链接查询，有效提高设计分析的效率和质量。

3）设计平台的底层一定是成熟的数据库（PDM），保证系统稳定，实现工作流管理、文档管理、权限管理等，同时能够与产品设计软件紧密集成。

4.2 项目管理模块

项目管理系统基本上是与Projrect 软件集成。在发动机项目已固化的Projrect 项目计划模板的基础上，直接导入项目管理系统，在系统内定义发动机开发计划模板及建立发动机开发业务模型，并依据发动机开发流程（如发动机流程）定义电子流程，驱动任务执行，对项目阶段性成果进行评价。具体功能如下：

1）利用数据库自身的工作流管理和权限管理模块，通过电子流程驱动实现发动机项目开发流程规范控制。

2）以项目交付物来体现阶段性成果，并通过交付物审核来控制项目过程的风险，与产品图纸的审核流程机制基本相同。

3）通过系统自动下达工作任务，任务责任人接受任务，通过目视化实现任务周期和质量的查询，再通过电子流程实现任务的审核和提交。

4）实现关键零部件设计流程的管控；除定义产品各阶段项目管理流程外，对于单个关键零部件的设计流程也要有明确定义，并集成到项目管理流程中，在进行总成设计或零部件设计时，依据零部件设计流程执行。

5）实现任务完成状态的即时查询和在线目视化监控，从而实现产品各阶段项目计划执行状态的管控。

4.3 产品设计分析模块

软件系统集成开发是世界性的难题，不同的数据库厂家存在不同的底层数据库结构、逻辑框架、数据的组织和接口，相互集成必然存在或多或少的问题。

4.3.1 CAD 软件集成

发动机行业中CAD 设计通用软件是PTC 的Pro/E，且该软件有自己的设计平台系统，故在CAD 与基础设计平台集成方面不存在问题。

4.3.2 CAE 软件集成

由于CAE 分析软件种类繁多，希望能使用一个软件平台把CAE 分析过程中所有的软件都协同管理起来是不现实的，故对于CAE 分析能够做到的是对分析过程和结果的管理。

1）分析结果的管理主要以产品结构为主线，按照系统总成和零部件的分析结果，进行分类管理。强调分析数据的搜索和目视化功能，能够根据机型和部件搜索到零部件的分析结果，并在产品设计分析时能够直接调用查看供产品开发参考。

2）分析过程的管理需要结合CAE 业务能力建设，并做好CAE 分析模型及分析数据的积累，保留CAE 分析过程，为后期设计分析做指导。同时在细化CAE 分析流程的基础上实现多目标优化，通过电子流程自动驱动，把单个零部件所有的计算和分析一次性完成，使零部件分析结果具备整体性和连续性，提高分析效率。

3）产品设计分析是一个CAD 设计和CAE 验证的“实时”交互和协同过程，设计平台必须满足产品设计和CAE 验证相关数据的交叉即时调用。

4.4 二次开发的附加数据库模块

为完善设计平台功能，并给设计平台操作提供支撑，基于数据库底层架构和数据源管理模式，竞品数据库、试验数据库及设计模板库被二次开发出来，主要为产品设计提供输入，提高设计质量和效率。

4.4.1 竞品分析数据库

竞品分析业务建设有两个关键过程：一是实物拆解过程，二是数据管理过程。

如图5，竞品分析数据库是基于文档化、可标识的XML 技术，完成数据交互，实现数据展示模式管理、竞品数据管理、竞品数据模板管理、竞品数据发布管理（即时的、在线的竞品数据查询）及其竞品分析项目管理。

4.4.2 试验数据库

图5 江淮汽车竞品数据库管理流程图

试验数据库的架构和管理模式与竞品数据库类似，可考虑与竞品数据库同步实施。

4.4.3 标准件库

目前PDM 系统已有标准件库（国准件、汽标件），也有一定的积累，在标准件创建上也有严格的管理规范和流程。后期应用时仅需将现有标准件库与设计平台中标准件库进行统一。

4.4.4 设计模板库

设计模板库旨在对不同平台的发动机关键零部件的数模（含建模过程、尺寸参数、材料参数等模型信息）进行分类保存，后期变型产品和类似结构的基本型产品开发，只需在设计模板的基础上对骨架或数模变动，提高设计效率。

1）要建设发动机设计模板库，建模过程必须规范，采用自顶向下的设计方法。如缸体设计：从整机装配骨架模型复制与缸体相关联的信息到缸体骨架模型，并细化骨架模型（包含整机的信息如缸数、缸距；外形、与周边接触界面的形状和尺寸等）；然后分别设计外型、腔体、水套和油路；再根据分段设计结果，合并成功能整体，并将各个功能块合并成最终设计零件。

2）主要创建发动机关键零部件（缸体、缸盖、曲轴、活塞、连杆、进排气等）设计模板，小的零部件直接设计。

3）自顶向下的设计过程多在设计中体现（如AVL、里卡多）。汽车制造企业内的技术中心为节省周期和成本，前期的设计工作多以联合开发的方式外包给设计公司。

5 结 语

管理思想和管理体系一定先于数据库管理系统形成，软件系统自身只是工具。创建便捷有效的数据库平台，需要先创建组织内业务能力和流程体系，然后再建设数据库平台。

产品设计平台多是以相对独立的功能模块存在［4］，如竞品数据管理、项目管理、CAE 数据库、通用件库、产品模板库、试验数据管理等；各模块可以单独导入，但最终要真正发挥效能，必须是一个整体。

江淮汽车设计平台数据库的建设思路，需要整体考虑、分步实施。目前正在导入PDM 系统以满足企业大量应用项目管理和并行工程管理的需要，实现企业数据信息的标准化管理。

［1］ 朱战备.产品全生命周期管理-PLM 的理论与实务［M］.北京：电子工业出版社，2004.

［2］ 肖坦纳.制造企业的产品数据管理［M］.祁国宁，译.北京：电子工业出版社，2001.

［3］ 芮延年.协同设计［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［4］ 韩孝君，朱战备.研发制胜［M］.北京：电子工业出版社，2005.