技术标准数字化研究论文

浅论轨道车辆数字化制造技术平台应用探索论文

引言

随着工业的推出，全球范围正在掀起新一轮的制造业革命，数字化制造(DM)的优势吸引了各个制造领域的聚焦与关注。现在，国内大型装备制造企业都在向波音、空客、GE等国际大公司学习，系统开展数字化制造技术的研究与应用。近十年来，以中航工业为代表的航空制造业，高度重视数字化技术的研究与应用，大力改善信息基础设施建设，结合产品研制，在三维数字化设计、数字仿真、三维数字化工艺等方面开展应用研究，制定了企业系列数字化技术标准规范，成为轨道交通装备制造业的学习参照范例。

1轨道交通车辆数字化制造技术现状

轨道交通车辆行业近年来开始重视三维数字化制造，但是整体水平还相对落后，主要表现在：

1)数字化基础薄弱。设计、工艺、制造等各业务单元信息化应用，尚未形成集成、共享的整体;数字化应用与开发能力不强，基础设施不配套。

2)设计模型局限于几何模型，模型无法作为业务数据的核心，三维模型仅为设计做参考;产品制造信息、属性等还限于二维表达，设计数据发布采用蓝图形式。

3)工艺环节采用二维CAPP，仅限于工艺文档编辑，工艺数据发布采用纸质工艺卡片;生产制造采用ERP、MES系统，但是与设计、工艺脱节。

4)产品研制采用串行模式，部门间信息、数据交流存在壁垒，各专业间交流不畅;研制过程中存在很多不增值环节，生产准备周期长，更改反复频繁。

与此同时，产业链上的各供应配套厂家技术平台基本处于二维时代，而行业内缺少统一的数字化技术标准，缺少并行协同的基本环境。

2基于单一产品数据源的设计制造技术平台构想

轨道交通车辆的发展趋势特点是小批量订单式生产，交付周期越来越短，个性化需求众多。如何充分利用成熟车型产品平台，快速实现高性能、高质量、低成本的个性化派生设计和制造，是现代轨道交通装备企业必须面对的课题。而本文涉及的构建单一数据源的设计制造技术平台，就是结合当前两化融合的技术发展趋势，提出的解决方案构想与实施探索。

通过设计、工艺和制造信息化平台的优化应用，整合公司现有产品、技术，建立企业知识库，实现产品技术数据、生产制造数据的共享与重用;实现模块化、个性化的快速定制开发;也为虚拟仿真验证提供必要的数据基础;在提高产品性能的同时，提高产品可制造、可维护性能。

系统架构与平台设计

南车株机公司设计的数据管理平台采用TC系统，制造环节采用ERP系统(包含一定的MES功能)，已经应用多年，但是工艺采用传统的CAPP，一直与设计和生产脱节。经过广泛的调研，选用TCM进行工艺设计与管理，并将设计、工艺整合成产品生命周期管理系统(PLM)。其次，梳理应用多年的ERP/MES系统，将PLM平台与ERP/MES系统无缝高效集成搭建企业单一数据源的设计制造技术平台，总体技术架构设计;并实现从设计模型、设计数据到工艺文件、工艺模型、加工程序，再到生产、维护维修的数字化制造业务流程。

主要业务模型设计如下：

设计方面：逐步探索自顶向下设计模式，在NX/TC环境下建立标准化的三维设计环境和各类产品设计模板，以灵活、快速、高效的方式对设计进行建模和修改，提高设计效率。同时，改变现有三维几何模型加二维图的制造信息表达模式，应用NXPMI工具，将产品几何信息、产品制造信息全部集成在三维模型上表达，逐步取消二维图纸。利用NX/TC协同设计平台在虚拟环境下进行三维设计分析与仿真验证，开展数字化样机设计，提高设计准确性和效率。

工艺方面：引入TCM模块，工艺与设计基于TC系统一体化，开展三维结构化工艺设计、工艺技术体系及工艺资源的数据平台化管理。以三维设计模型、设计BOM、设计文件为输入，进行三维工艺设计和工艺仿真，按照工艺技术标准体系输出三维工艺设计文件、工艺BOM。用TC系统集成的NX进行三维工装设计、CAM数控加工仿真。同时，积极探索TC系统与焊接、装配、钣金、弯管等仿真软件集成，构建工艺仿真验证与设计平台形成反馈闭环。

生产制造：采用ERP/MES系统，通过中间数据库与TC系统集成，打通设计BOM、工艺BOM、制造BOM数据链。ERP/MES系统接收TC系统工艺设计的一次流程划分和原材料拆分、工艺路线、工序材料定额和工序工时定额、以及设计/工艺变更等数据;然后根据项目计划和工艺数据，下达生产计划及生产资源配置。将TC、CAPP、ERP三个系统的物料编码在物料编码平台统一管理，实现物料计划、采购、生产、物流、成本的流程化管理。以项目管理为主线，开展生产计划、作业排程、物料配送、完工情况等生产制造管理;其次与EHR中的组织、人员同步,实现生产作业人员管理。

数据源定义和传递设计

从产品方案设计到运行维护的整个生命周期过程，以三维产品模型为数据组织的核心，所有的产品定义数据、工艺定义数据、制造定义数据都围绕三维模型展开，形成统一、唯一的产品数据源。在此基础上开展设计、工艺、制造的.各业务环节的协同关联。

实现产品EBOM、PBOM、MBOM的管理，建立不同BOM组织方式之间的关联关系，从不同的视角组织整个产品生命周期中的不同阶段的数据，并维持相互之间的联系。

数据源定义主要包括：

1)统一的数字化产品模型定义，建立规范化的产品设计环境及统一的产品模型定义。

2)统一的产品及物料编码定义和应用，通过编码管理系统对产品及物料进行统一编码。

3)统一的数字化产品BOM模式定义，对EBOM/PBOM/MBOM统一管理。

4)统一的标准件和通用件定义和管理。

5)统一的工程更改模式，建立闭环的产品工程更改管理流程体系。

支撑规范和标准设计

针对轨道车辆制造行业特点，围绕数字化的三维设计、制造、试验、管理与信息化，引用借鉴《数字化产品定义数据实施规程》、ISO16792∶2006《技术产品文件数字产品定义数据通则》、GB/T24734—2009《技术产品文件数字化产品定义数据通则》系列标准等，从以下几个方面开展标准规范体系搭建：

1)基础通用标准规范：包括术语标准、图形符号与代号标准、三维设计软件安装与配置文件应用规范;

2)三维工程化应用规范：包括三维设计标准规范、三维建模标准规范、三维标注标准规范、仿真规范、三维制造标准规范;

3)系统应用与管理标准规范：包括PDM系统基础应用标准规范、PDM系统产品图文档管理标准规范、PDM系统三维工艺文件标准规范、PDM系统BOM管理标准。

实施路径与步骤设计

按照总体规划，分步实施原则开展平台搭建与应用。

第一阶段：平台搭建。这个阶段研究业务流程模式，搭建设计、工艺、制造一体化平台，打通设计、工艺、制造、检验数据链。阶段重点工作是搭建TCM工艺平台以及TC与ERP系统集成，通过试点零部件的测试应用验证技术平台的可行性。

第二阶段：平台验证。以设计制造技术平台的验证应用、全三维设图4BOM数据流程计制造研究为核心，选取整车项目在系统平台上运行，完整验证技术平台在各业务环节应用。

第三阶段：优化应用。这个阶段完善优化技术平台，在公司内部多项目推广应用，逐步将技术平台覆盖公司内部制造各流程。未来再考虑与异地子公司融合。

3单一产品数据源的设计制造技术平台的实践

三年来，围绕搭建及实践应用单一数据源设计制造技术平台，进行了大量的测试验证，主要包括：软件模块技术测试、软件模块功能测试、系统集成技术测试、系统集成功能测试、零部件模拟测试、项目运行测试。前期用转向架组装等7个典型零部件数据进行了软件功能模块、系统集成的测试验证;然后用具体项目的大部件进行了模拟运行，选用马其顿动车组项目上线测试。

4结束语

通过上述构想与阶段性探索，可以得出如下结论：

1)选择TCM进行工艺设计与管理，基于TC平台，工艺直接重用设计模型。业务上采用设计工艺一体化项目管理。马其顿动车组项目试制几乎没有工艺准备周期，通过一体化并行协同，及时开展了工装设计、加工程序编制、工艺分析等工作。但是在测试环节也发现，系统全方位展开运用，还需要妥善解决产品数据搭建模式、发布、变更管理等部分问题，如怎样实现自顶向下设计，如何实现异地协同设计，如何适应快速生产情况下的提前采购，如何实现工艺设计的简统化与标准化等问题。

2)数据上TC与ERP/MES集成，打通了设计、工艺、制造数据链。马其顿动车组项目做到了数据同源。但是，还需要解决以下问题：基于设计BOM生成工艺BOM的数据结构，不同视角下BOM的重构与一体化的关联管理;TCM工艺规划多工艺路线与ERP生产排产单一工艺路线情况下的物料传递;数据版本更替在技术平台内部多个系统中准确有效传递。

3)搭建设计制造技术平台，除解决单一数据源、知识传承与共享外，在虚拟环境下的设计、制造、仿真验证，亦真正体现数字化制造价值所在。目前只在个别零部件上进行部分模拟验证，验证各环节也独立存在。需要探索优化的是，构建数据模型的时候如何满足仿真的需要，如何将设计、仿真、改进建立闭环验证反馈系统。

4)使用设计制造技术平台，对公司经营管理既有业务模式冲击很大，除软硬件设施外，适合企业特点的技术标准及管理流程制度的及时跟进也至关重要，甚至比系统平台本身更关键。

5)设计制造技术平台各种纷繁复杂的软件都有一定的业务范围，企业都需根据自身独特的产品及经营特点，进行适度的二次开发。如何用好技术平台又不受制于软件升级，在搭建技术平台的时候就应该统筹考虑。

总之，数字化制造技术平台是实现数字化制造的基本保证。南车株机公司通过大量的数据测试以及马其顿动车组等项目的试运行，证明搭建的TC、ERP/MES数字化设计制造一体化技术平台技术架构、技术路线满足数字化制造技术需求。马其顿动车组项目的实践应用也开启了我们数字化制造的探索应用之旅。但是为了使数字化制造技术平台很好的服务于公司生产制造，也为了用好这个技术平台，技术方面目前还需要重点研究：MBD(Model-BasedDefinition，基于模型的定义)模型技术，一体化BOM的优化应用，多系统集成及其管理流程数字化。

随着计算机、网络通讯技术的发展和世界经济一体化、全球化进程的加快，信息技术越来越广泛地应用到商贸领域，电子商务在商贸活动中占据着重要的地位。在电子商务发展的进程中才出现了很多制约其发展的问题，其中物流的配送在我国占据着企业单位成本的25%--30%，但在发达国家只占10%左右。也就是说，我们的物流成本是发达国家的2－3倍。这种状况严重制约了我国电子商务发展的进程，而对于那些几乎不需要依赖于人力、物力来实施物流配送的产品――数字化产品的网上销售，应该说是有其独特性的优势。也就是说，在现有的条件下，数字化产品最适宜于网上电子商务。在营销理论中，价格策略直接决定着企业的销售量和销售收入以及市场份额的大小和盈利率的高低。同时价格也是营销经理们所能控制的最敏感的一个变量。由于在网络环境下数字化产品有其自身的特征，导致定价方法有别与传统的营销策略。因此价格策略也必然是网上数字化产品营销的一个重要内容。许多公司特别是经营信息密集型产品或服务的公司仓促拥入网络领域，新的业务为消费者提供了新的数字化产品(包括服务)。但是，许多企业未能认真考虑电子市场区别于有形物理市场的本质，将因特网上的商务看作传统商务的延伸或新增加的分销渠道。他们在新的环境下应用老的商务规则和传统的营销策略，这也是目前这样的公司很少有赚钱的原因之一。此现象意味着传统的商务和营销规则至少在数字化产品方面是不适用的。考虑新的营销策略是十分有必要的。数字化产品是指可以经过数字化并能够通过如因特网这样的数字网络传输的产品。在目前的电子市场上，数字化产品主要是信息产品。普遍的分类方法是将数字化产品划分为工具类、内容类和在线服务类。工具类比如计算机软件等；内容类如股票行情和金融信息、新闻、搜索、书籍、杂志、音乐影像、电视节目、在线学习和虚拟主机的服务等；在线服务类有FAQ（常见问题解答）和在线技术支持、售后的客户关系管理等。越来越多的ISP（互联网服务提供商）、ICP（互联网内容提供商）等新的商业运作方式成为我国因特网普及的推动力量，如何使其有积极性生产数字化产品或提供更好的数字化服务，是促进其加速发展的重要因素。本文试图通过对数字化产品的基本经济特征的分析，来寻求对数字化产品的定价策略.二、数字化产品的经济特征数字化产品具有与众不同的经济特征，正是这些经济特征导致了与传统的有形物理商品截然不同的营销与定价策略。1．特殊的成本结构 数字化产品的特殊的成本结构表现在，生产第一份拷贝非常昂贵，但是制造后继拷贝则极其廉价。例如一本书的出版商可能花费成千上万元征集、编辑和设计初稿，一旦书牡谝环菘奖从∷⒊隼矗�∷⒘硪槐镜某杀局挥屑甘��Ａ硗馊缫徊客度爰赴偻蛟�牡缬埃�人�嫌昂蠼鼋鲂枰徽湃�⑽逶�墓馀坛杀尽４庸芾砭�醚У慕嵌壤纯矗����只��返墓潭ǔ杀痉浅８撸��偕��谋涠�杀痉浅５汀?/SPAN>固定成本和可变成本的巨大差异还不是数字化产品成本结构特殊的唯一原因。数字化产品的固定成本和可变成本还有各自的特殊性。其固定成本的主要部分是沉淀成本(sunk cost)，即一旦第一份拷贝的制造过程因故中止就不能收回的成本。比如你投资兴建一幢办公楼中途决定放弃的话，只能将其转卖出去收回部分成本。如果你正在拍的一部电影突然停下来的话，你可能根本卖不出去电影脚本，自然不可能收回本钱。可变成本也有不同于传统的物理商品的独特性。譬如，如果市场上对Intel的CPU需求增加，而且超出了Intel的生产能力，这时，为了满足更大的需求和获取更多的利润，Intel就需要组织各种资源建立新的工厂。即当传统商品制造商达到其现有的能力时，生产的边际成本将增加。与此相反，数字化产品的生产没有容量限制，即无论生产多少个复本，其成本也不会增加。更有甚者，是将数字化产品放到自己的网站上，供消费者有偿下载，就像许多数字化专业期刊一样。此时，由于生产没有物理形式，制造没有成本，不需要包装，也无须运输，可变成本几乎趋近于零。换句话说，数字化产品一旦生产出来，便具有了几乎无限的库存。2．对个人偏好的依赖性 数字化产品极低的边际成本使得传统的定价策略在数字化产品市场上几近失效。例如，你无法应用成本定价法，也不能根据竞争程度定价。最可行的策略是根据数字化产品对消费者的价值来定价。显然，同样的数字化产品对于不同的消费者的价值可能相去甚远。股票的即时行情对股票投机者比对长期的投资者有更高的价值。在信息完全的市场中，数字化产品的制造商可以将其产品以不同的价格卖给不同的消费者，这些不同的价格反映了其对不同消费者的价值。然而，在现实当中，这种个人化定价(差别定价)是难以行得通的。在目前的计算能力下，收集、存储和发布每个消费者的偏好资料也难办到。另外，传统的营销渠道如零售商店给同一商品标示不同的价格也是不现实的。而且，数字化产品制造商也会因此而疏远客户。 数字化产品的价值对消费者偏好的依赖性，也导致了数字化产品在传统观念下的“不可消费”性。即数字化产品的价值，对于不同消费者来说差异较大。虽然根据消费者偏好产生的异质性而对各种商品的需求有所不同，但这种差异对数字化产品更甚。所以，数字化产品的制造商为了根据客户偏好进行分类，就要更加依赖客户所传达的信号。这样，产品的定制和以消费者类型为基础的差别定价，对于数字化产品来说更加重要，因为消费者的使用与价值具有异质性。对于差异化产品，定价策略是以消费者评价或他们的边际付款意愿为基础，而不是生产的边际成本。3．网络外部性根据梅特卡夫法则，网络的价值与联网的用户数的平方成正比。梅特卡夫法则是基于每一个新上网的用户都因为别人的联网而获得了更多的信息交流机会。指出了网络具有极强的外部性和正反馈性：联网的用户越多，网络的价值越大，联网的需求也就越大。这样，我们可以看出梅特卡夫定律指出了从总体上看消费方面存在效用递增---需求创造了新的需求。网络的外部性有正反馈性和负的外部性。当趋向于正性时能发挥更大的价值， 例如传真机和电话，如果只有很少人拥有电话或传真机，其价值就很低；如果你的朋友或同事都有电话或传真机的话，其价值就很高，当形成一个通讯网络后他的价值才发挥的最好。网络拥挤具有负的外部性；很多人都有电话对你有利，但如果他们使用极为频繁的话以至于你常碰到忙音，那就令人丧气了。软件产业是网络外部性的另一个例子，有很多软件公司在为常见的操作系统如Windows的用户开发应用程序，而不是为那些不常见的操作系统。其它数字化产品也有网络外部性，如有些电脑游戏玩的人越多就越受欢迎。与传统经济观点的基本原则(物以稀为贵)相反，具有正的网络外部性的数字化产品则是物以多为贵。例如Web浏览器，用Netscape Communicator的人越多，其价值就越大。对于Internet Explorer也是如此。显然，这类产品具有如下特征：以此为诱饵吸引客户(如IR或Netscape)，刚开发出的产品或其测试版(如各种软件的Beta测试版)。4．无磨损性 由于缺乏通常的损耗和磨损，数字化产品一旦制造出来就永久地维持它的形式与品质。汽车或建筑物这样的耐久产品可能有较长的寿命，它们仍然因使用而磨损，损坏以至于报废。然而，数字化产品不管使用多长时间或是否经常使用，质量都不会因此而降低。如同任何耐久商品一样，消费者在数字化产品的生命周期中只购买一次，因此，数字化产品的制造商其实是在与他过去的销售来竞争。结果是，即使没有竞争者，制造商经常被迫对产品收取一个具有竞争力的价格——最低可能价格。否则，相当多的消费者就会等待下去。更重要的是，无磨损性使得数字化产品的制造商不得不进行产品创新，而竞争的加剧又迫使制造商加快新(版本)产品推出的步伐。这正是摩尔定律和达维多定律的理论根据。数字化产品的无磨损性使其没有耐久与非耐久产品之分。而且销售商所卖的“新的”数字化产品与在二手市场所提供的“旧的”数字化产品毫无二致。所以，数字化产品也必须与和它没差别的“已用过”产品来竞争。如何抑制数字化产品在二手市场上的转售，对数字化产品的制造商是一个严峻的挑战。5．易变性 由于数字化产品由0和1的数字序列组成，其制造商在售后会失去对产品真确性的控制，即消费者在购买了数字化产品后，可以对其进行修改、组合等，从而改变了产品的原样，在法律上侵犯了原著作者的版权。虽然在因特网上多数的免费文件说明仅允许未修改复本的传播，但在0与 1的世界里，这只是一个约定而在事实上是不能强制的。在这种情况下，数字化产品的制造商不得不利用各种机制，企图抑制这些行为。例如使用特定技术防止简单的修改。像用PDF格式的文件尽管可用Adobe的Acrobat Reader来阅读或打印，但用户不能以数字化形式来储存和修改。一般情况下，要在用户层次控制下载内容的真确性的确很困难，有些机制可用以验证文件是否被修改。利用密钥技术如DES与RSA可保护隐私和防止修改，但此措施仅在文件传输时有效。若买方关心复本的篡改，这些技术是有用的，但并不能使销售商有效控制客户对未授权复本的修改。6．可复制性数字化产品的优点集中在它们能轻易地复制、储存或传输，从而达到共享的目的。然而，可复制性是一把双刃剑。在一开始的固定资本投入之后，生产的边际成本几乎为零。若制造商无法从市场中收回固定成本，那么或者产品的质量势必降低，或者产品会在市场上消失的无影无踪。制造商绝对不会免费为消费者提供产品或服务的。可复制性导致了世界范围尤其是发展中国家和地区盗版猖獗。通过技术来防止复制仍不能肯定。“道高一尺，魔高一丈”，目前还不存在不能破解的防止复制的方法或技术。