1 前言
在制造业市场竞争日趋激烈的今天，通过缩短产品设计周期、加快产品上市速度，已成为提升企业整体的必备竞争力举措之一。同时，在尽量满足客户个性化需求的前提下，确保企业的产品设计朝模块化、标准化的方向发展，已经成为企业提升核心能力的重要手段。在计算机辅助技术支持下的协同设计方法作为现代设计技术中一种新的产品开发模式，已经引起各国研究机构和企业界的广泛重视。产品协同开发模式已经被国内外企业广泛采用，网络化的协同设计也成为现代集成制造系统的研究热点。信息技术和网络技术的快速发展，已为降低集团内部各企业之间标准件、通用件的生产成本和管理成本创造了条件。本项目以产品数据管理的协同设计系统 TeamCenter 为研究平台，以商用车所涉及的标准件、通用件为主要研究目标，对基于 TeamCenter 系统的网络环境下的商用车标准件、通用件数据库的构建方法进行了深入的研究，完成了上汽商用车标准件、通用件协同管理数据库系统的开发。本项目的主要工作包括数据库系统开发和标准文件 （数模、手册） 制作两大部分内容。
2 数据库系统开发
数据库系统开发主要包括数据库系统框架、工作流程及系统的设计方案的制定，数据库主要界面功能设计，三维数模的构建等内容。
2.1 数据库系统框架
上汽商用车标准件、通用件数据库是在上海汽车统一的产品研发数据管理平台 （PDM） 上实现的。该项目数据管理平台选用了 SIEMENS 公司的TeamCenter 2007。TeamCenter 2007 可以划分为数据存取层、服务层、应用层和用户层，每一层为其上一层提供所需的服务。操作系统与数据库为最下层提供系统功能，而最上层则通过 Web 界面提供最终用户功能。数据管理平台结构如图 1 所示。
（1） 资源层，即数据存取层，直接与操作系统和数据库进行交互操作，为应用层提供可靠的和高效能的数据存取、对象管理、文本搜索等基本功能。
（2） 服务层 （也称企业层） 是 TeamCenter 的核心层，服务层提供了用户与数据库系统的数据交换、安全管理、业务逻辑等功能，不同的 Team-Center 用户接口 （web browser，rich client 等） 以及其它应用程序 （CAx、ERP 等） 将数据以 PLMXML 格式传递给服务层，服务层验证数据后，再将其储存到数据库中。同时，它支持.Net、J2EE 等技术，更加方便地与其它系统进行数据交换。
（3） Web 层 （也称应用层） 通过 TeamCenter服务器提供所有的 TeamCenter 功能，包括文档管理、产品结构管理、业务流程管理及文件输出等。所有应用子系统之间通过 PLM XML 对不同类形、结构和形态的数据进行操作访问。TeamCenter API和 PLM XML 提供标准应用开发和数据接口，主要为其它企业数据系统如 ERP 或 MES 等提供数据交换接口和各种介面的开发工具。此外，应用层亦提供各种常用的标准接口和协议如 ODBC、IIOP、CORBA、RMI、HTTP 等。
（4） 用户层提供以 Web 技术为基础的最终用户操作介面。TeamCenter 是一个开放性的系统，其中表现在各层系统架构都支持 J2EE 企业环境标准，为用户界面的客户化提供了有效的标准开发环境。
2.2 系统工作流程
上海汽车的通用件系统有以下几个特点：（1）上海汽车内部的多个企业使用统一的通用件库；（2）通用件的创建由通用件工程师统一完成；（3）通用件工程师可以通过更改通用件授权的方式将系统已有的或者其它企业在用的通用件授权给本企业使用；（4）通用件工程师对于系统中所有的通用件具有查看和修改权限；（5）一般工程师只能在系统中选择授权给本企业使用的通用件用于本企业，未授权给本企业的通用件，一般工程师无法查看。
通用件系统的流程主要包括：通用件的申请流程、通用件的状态更改流程和通用件废弃流程。
（1） 通用件的申请流程：当一般设计工程师无法从现有的通用件库中选择合适的通用件的时候，可通过系统创建“通用件申请单”，发起通用件的申请流程。通用件申请流程如图 2 所示。
（2） 通用件状态更改流程：通用件工程师通过该流程将自己创建的 Working 状态的通用件进行发布以供本企业一般工程师使用，或者将其它企业在用的通用件通过本流程授权本企业使用。通用件状态更改流程如图 3 所示。
（3） 通用件废弃流程：当一个通用件因为技术或者经济原因不能够用于新的产品设计的时候，企业的更改工程师将需要废弃的通用件提交本流程。通用件废弃流程如图 4所示。被废弃的标准件可能会继续用在现有产品上，但是新创建的装配一旦引用被废弃的通用件时，系统会自动进行提示。如果被废弃的标准件不能再用于现有产品，需要通过工程更改对这些产品的BOM 进行更改。
2.3 系统设计方案
通用件数据库采用 SIEMENS 公司的 TeamCen-ter 2007 作为统一架构，是上海汽车统一的产品研发数据管理平台的一部分。
（1） 使用 TeamCenter 2007 的零件管理功能，实现对通用件一般信息及零件与数模、图纸及其它相关技术资料的管理；（2） 使用 TeamCenter 2007 与 CatiaV5、Pro/E双向集成的功能，管理通用件的数模；（3） 使用 TeamCenter 2007 的零件分类功能，管理通用件的树状分类结构，管理通用件的特征参数；（4） 使用 TeamCenter 2007 的 Workflow 功能，管理通用件的申请、废弃及状态更改等流程及零件、数模及相关技术资料的状态；（5） 使用 TeamCenter 2007 的权限，管理实现多组织共享的通用件数据库。
2.3.1 数据库主要功能及特点
通用件数据库主要实现了以下功能，其中包括：
（1） 通用件编码首位采用特殊字母，以区别一般零件，其后为无意义的流水码。不同企业的通用件都使用统一的编码规则，创建零件的时候，由系统自动指派零件编号；（3） 通过选择列表的方式管理通用件的中英文名称，实现零件名称的规范化与统一化，而且通过系统后台设置中英文之间的对照列表，在系统界面上实现中英文的双向同步更新；（4） 使用表单的方式管理通用件的一般属性；（5） 以零件为中心，通过各种关系管理通用件与数模、图纸、属性表；（6） 通过后台的转换服务器将 3D 数模转换为轻量化的中间格式 JT 数模，用户通过系统内嵌的浏览器在不启动 3D 软件的情况下就能浏览零件的3D 数模，而且可以进行测量、批注等操作；（7） 管理员可在零件分类管理中维护零件的分类结构，对每类零件定义其特定的属性，属性可以支持字符型、浮点型、日期型、整型等，对结构化的属性还可以设置选择列表。而且多个企业共用一个分类结构树；（8） 在零件的一般属性与分类结构属性之间可以设置映射，将一般属性的属性值映射到分类结构的属性中，保证数据的一致性，减少重复工作量；（9） 通用件工程师可以将创建的通用件发送到分类结构树，按照不同的零件类别填写其特征参数；（10） 一般工程师可以通过树状的零件分类结构按照零件的特征参数快速搜索符合要求的通用件；（11） 在零件分类查询页面，用户可以同时查看零件的 JT 数模和二维图纸；（12） 管理员可以设置分类结构节点的查看权限，保证每个企业的工程师只能查看本企业需要的节点，屏蔽该企业不需要的分类节点；（13） 通过对零件按照企业设置不同的状态，并按照状态设置查看权限，保证每个企业的工程师只能查看本企业的零件，并且企业的通用件工程师还可以根据需要随时更改这种零件的授权。
2.3.2 系统开发环境与编程语言
通用件数据库系统使用 TeamCenter 统一的业务建模开发环境 BMIDE（Business Modeler IntegratedDevelopment Environment），开发语言采用 JAVA 和C。
3 标准文件 （数模、手册） 制作
3.1 数据模型构建及分析
对库内标准件数模构成、布局及数模工程绘图软件的使用进行了研究，根据各企业的使用特点构建了由 Catia、Pro/E 等多种工程绘图软件的标准数模文件。根据上汽商用车技术中心的需求，完成了69类通用件的参数化Catia建模，生成数模约3 500个。根据上柴公司的需求，完成了125类通用件和200类标准件的参数化Pro/E建模，生成数模5 000余个。通过结构树，选中所需查询的标准件或通用件，即可查看其相关属性参数，以及该零件的 2D图纸和 3D 数模。
3.2 标准文件的制定
（1） 行业标准调研分析：对现有国内汽车标准、国家标准、机械行业标准、大型汽车企业标准（上汽乘用车、泛亚、上汽商用车 1012、906 项目、上柴、南维柯、汇众重卡等）、国外引进标准进行收集、分类、统计、整理分析。
（2） 数据库内标准件、通用件零件目录及设计开发规范制定：针对上汽商用车板块内的上柴动力、汇众、南维柯等相关企业及 1012、906、新能源、自主品牌等商用车技术中心在开发项目，列出数据库目标收录的标准件、通用件零件清单。完成数据库内标准件制作内容策划 （规格、材料、性能等级、表面处理统计总表）。
（3） 标准件、通用件零件标准文本文件、参考手册的编制：制定通用件、标准件的编号规则、紧固件设计开发规范、数据库内置零件清单和新增标准件设计流程。在重点对 2000 版汽标手册进行了全面整理、分析的基础上，完成了针对该版汽标部分的最新国标修改情况统计工作。通过比较分析上汽乘用车、泛亚、南维柯等企业的标准件手册，确定了商用车标准件手册的具体内容和表格的制作形式，完成了1000 幅标准件手册模板的设计，以及 《上汽商用车技术中心通用件选用参考手册》 和 《上柴动力通用件选用参考手册》 的编制工作。
4 技术创新点
（1） 基于知识工程的标准件参数化柔性建模
用参数化设计方法建立库内标准件和通用件的模型，在资源图件编绘系统中实现模型建立与复用、图形自适应性和参数化图库等几方面的应用技术，使标准件模型中的定量信息变量化，通过对变量化参数的调整，来赋予不同的数值，从而可得到不同大小和形状的零件模型。为企业提供了高效快捷的数据库维护管理途径。
（2） 设定标准件、通用件优先级标识
根据行业内选用趋势，使用频率、目前使用数量、选用经验，同时考虑在满足使用成本优势的情况下，预先对库内标准件、通用件的规格、表面处理、材料强度等级等参数进行优先级设定，标识出零件优先选用的范围，起到引导和提示工程师优先选用的作用。
（3） JT 轻量化数模转换功能设置
借助于集成在 TeamCenter2007 的可视化应用功能模块，将 Catia、Pro/E 数模在后台自动转换成JT 三维可视化文档格式，减少了 Catia、Pro/E 数模对库内空间的占有量，减轻网络负载 （特别是作为统一数据库在跨地域使用中，这一点很重要），提高了系统的性能。
（4） 用户权限管理方法
利用在系统中设定权限规则和零件状态标记的方法，区别设定来自不同企业的用户访问权限。同时要求每个企业定义本企业特有的状态标记，对系统中一些同一种标准件、通用件可设置一种以上的不同的状态标记，通过状态标记区分各企业的设计工程师对标准件、通用件的访问权限。企业中均设有二种用户，（1）高级用户：标准件、通用件管理工程师，各设专人一名。高级用户一般是各企业工程部门或标准化部门负责规范管理的工程师，高级用户可以查看到所有企业的标准件和通用件，这有利于各企业间的信息共享。如果本企业员工有新增标准件和通用件的需求，高级用户应首先查看系统中其它企业是否已有类似件存在。如果可用，则直接对该标准件或通用件维护一个本企业的状态标记，这样本企业的一般用户就可以查看和引用了。（2）一般用户：可直接使用标准件、通用件的设计工程师。一般用户只能查看和使用本企业的标准件和通用件。一般用户的使用权限由所在企业的高级用户授权，以此来保证每个企业对这些零件访问权限的独立性。
5 系统应用效果
标准件、通用件数据库的构建能直接支持商用车公司产品的自主开发工作，同时对规范设计师的设计、提高开发设计效率具有显着的效果。
标准件、通用件数据库的开通已最大程度地实现了商用车板块内相关公司通用件和标准件的统筹管理，最大限度地减少了各企业设计、物流管理时的重复工作与投入。为精简产品品种，便于生产管理，保持主机企业零件采购价格谈判的优势和商用车板块内部零件采购价格的一致性，减少对供应商进行重复认证的工作成本、实现降低库存的现代生产管理目标和降低物流管理成本创造了条件。同时，该系统也为产品的模块化设计作好了应用系统准备。总之，对促进整体产品的同步发展，提高生产效率和产品质量，降低整车的开发、生产成本，缩短开发周期，加快上市时间，提高响应速度，促使企业管理上台阶起到积极有效的推动作用。
目前该系统已成功的应用于上汽商用车技术中心，以及南京、上海的主要产品开发设计部室和上柴公司设计部门，并在商用车新能源、SV6 整车项目，以及上柴公司的 101、112、912 等多个发动机开发项目中得到了应用。该数据库的成功应用一方面规范了设计师选用标准件或设计通用件的行为，另一方面，设计师在产品设计时，调用标准件和通用件库里的数模非常方便，大量节省了重复建模的时间，受到设计部门的好评，并取得了良好的效果。
该系统规划在适当时机，逐步向商用车板块内的其他企业推行，建立起上汽商用车统一的标准件、通用件公共库，同时为建立起上汽企业标准件、通用件公共采购平台提供了可能，它将为降低整个价值链的生产成本、提升整个价值链效率发挥出更大的作用。
参考文献
1 李家鹏，王好臣，李玉胜等. 基于 TeamcenterExpress 的产品结构管理[J]. 山东理工大学学报（自然科学版），2008（5）.
2 吴丹，王先逵，魏志强等. 基于协同服务平台的分布式产品数据管理[J]. 清华大学学报（自然科学版），2002（6）.
3 顾晓华，仲梁维. 基于知识工程的参数化设计[J].机械设计与制造工程，2001（4）.
4 黄恺，李雷，刘杰. Pro/E 参数化设计高级应用教程[M]. 北京：化学工业出版社，2008.
5 苏铁明，王亮申，杨鑫华等. 网络环境下三维参数化冲裁模标准件图形库[J]. 机械科学与技术，2002，21（1）.
6 中国汽车技术研究中心. 汽车设计标准资料手册－标准件篇[M]. 吉林：吉林科学技术出版社，2000.
