齐齐哈尔汽车公司CIMS案例

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1、齐齐哈尔车辆厂铁路货车产品开发并行工程一、 企业概况 齐车公司始建于 1935 年，固定资产原值 9.5 亿元，职工一万二千余人，年新造铁路货车能力 8,000 辆，占全路年产量的 1/3 左右，其规模和能力居亚洲之首，连续 7 年被评为全国 500 家最佳经济效益企业。 二、需求分析 从齐车公司以往的铁路货车产品开发经验来看，在实施并行工程之前影响产品开发周期与水平的主要因素如下： (1) 铁路货车的结构强度分析、刚度分析及动力学性能分析不尽人意。铁路货车的结构强度、刚度以及动力学性能直接影响铁路货车产品的质量与水平，是新产品开发成功与否的重要评价指标。 （ 2 ）冲压模具设计与制造周期长。

2、冲压模具设计与制造一直是新产品车体生产准备中主要“瓶颈”问题，由于在设计冲压模具时，采用 AutoCAD 环境的二维计算机辅助设计方式，虽然设计效率有所提高，但其设计过程仍沿用类比设计方式，对于工件成型过程中能否或者何时产生裂纹、皱褶等制造缺陷以及如何控制尺寸精度，只能够凭借经验来判断 , 这大大延长了新产品生产准备周期。 （ 3 ）铸钢件生产准备周期长、试制费用高、成品率低。作为铁路货车主要生产基地的齐车公司，铸钢件产量和质量一直位居全路之首，但传统的铸钢件新产品试制工艺方法是用木模、砂箱等工装铸造摇枕、侧架，只能用铸件验证工艺、工装，若铸件尺寸不合格，需修改工艺、工装，直到铸件尺寸合格为止

3、，然后进行静强度试验，若静强度试验不合格，还需要修改图纸、工艺及工装，直到铸件产品合格为止。新铸钢件在生产准备中产生的问题已经制约了该厂铸钢转向架的新产品开发。 （ 4 ）计算机辅助产品开发需要从 CAx 上升到 CAx 与 DFx 结合。齐车公司现有的计算机应用停留在 CAx 的层次上，其基础是二维设计。基于二维的设计难以考虑到产品在下游阶段的制造、装配等要求。齐车公司新产品开发对在三维设计的基础上进行产品装配设计、装配性能分析提出了需求。 （ 5 ）缺乏数字化产品主模型。由于缺乏可供共享的数字化模型，产品设计过程中需要重复进行产品建模或零部件建模，不仅加大了工作量，而且增加了出错的可能性。

4、齐车公司现有的产品设计采用二维 CAD 系统，其用途仅限于绘制二维工程图。产品开发中的结构件有限元分析、动力学计算、铸造过程分析以及工装夹具设计等需要重新独自建立分析模型或辅助模型，增加了工作量，延长了产品开发的周期。 （ 6 ）缺乏产品数据管理系统，不能对产品数据及其开发过程进行有效监控和管理。这具体表现在： 1) 设计过程中，数据传递速度慢，不能集成与共享，数据的一致性与完整性难以保证； 2) 更改管理过程不规范，易产生意外错误。 3) 不能有效利用已有资源，进行快速开发：手工纸质管理方式管理繁杂、查询困难，使利用已有资源受到限制，而铁路货车产品的继承性较强，这就严重影响了产品开发周期。

5、（ 7 ）齐车公司现行产品开发采用部门制，设计处完成产品设计后交给工艺处进行工艺设计，工艺设计完成后进行产品试制。这种部门制不利于在产品开发的上游阶段全面考虑下游的一些因素，从而导致修改次数多，产品开发周期长。 上述这些问题一直制约着齐车公司铁路货车产品开发周期和水平，目前，通过并行工程的实施已经得到了解决。 三、工程目标： (1) 建立高水平的并行化铁路货车产品开发体系，提高铁路货车产品开发水平，使其整体水平达到 90 年代国际先进水平； (2) 提高铁路货车的结构强度分析、刚度分析及动力学性能分析水平。 (3) 缩短冲压模具、铸造模具设计与制造周期，从而缩短冲压件、铸钢件生产准备周期。 (

6、4) 在原来设计处、冷工艺处、热工艺处的基础上组建产品开发中心，建立包含设计、工艺、制造等部门技术人员的集成化产品开发团队，建立以产品为中心的产品开发模式； (5) 实现产品开发过程管理； (6) 实现并行化产品开发中的冲突仲裁与协调； (7) 建立产品数据管理系统，实现产品数据的集成化管理 ; (8) 开发 QRRS-CE 应用协议，建立全数字化产品主模型，实现产品开发过程的集成与并行。 (9) 在产品方案设计阶段，实现产品成本评估与产品价格估算，建立齐车公司产品报价体系。 (10) 提高 CAD/CAM 集成与应用水平。 (11) 改进产品开发过程，实现并行化产品开发，缩短产品开发周期 3

7、0 40% ； (12) 减少新产品试验、试制次数，争取每年节约试验、试制费用 200 万元； (13) 提高企业知名度，扩大企业销售额。 四、铁路货车产品开发并行工程的总体结构 及分系统介绍 它包括三个分系统： (1) 产品开发管理分系统：管理子系统包含产品开发过程建模与改进、产品协同设计协调与冲突仲裁、工作流程管理和产品数据管理共四个功能模块。这些功能覆盖了产品并行开发过程中的过程建模、分析、改进与监控，实现了产品开发工作流程的管理和产品数据管理，并且，可以建立产品协同设计的协调模型，检测和化解设计过程中的冲突。 (2) 工程设计分系统：工程设计分系统由与产品开发相关的一些关键技术功能模块

8、组成。该分系统包括产品二维、三维设计系统、冲压与铸造模具设计系统、数字化产品建模与 CAD/CAM 信息集成，工装模具制造仿真系统、计算机辅助工程分析（ CAE ）、等功能模块。以信息集成和 CAD/CAM 为基础，扩展面向成本的设计 (DFC) 、 CAE 功能；基于 STEP 标准实现了产品信息集成。 (3) 支持环境分系统：该分系统包括产品数据管理和网络两个子系统。 齐车公司产品开发的各环节在产品数据管理系统（ PDM ）的支持下，实现产品开发过程和数据的集成。 PDM 子系统一部分功能可直接由商用 PDM 系统提供，另一部分功能需在 PDM 平台上进行二次开发。 PDM 子系统需包含文

9、档管理、产品结构配置管理、零件库管理、数据流程管理和变更过程管理、应用系统集成等功能。 网络与数据库是 QRRS CE 应用工程的支持平台。齐车公司的技术中心、冷工艺部、热工艺部、工装模具分厂、公司办等在网络与数据库系统的支持下联网，实现数据共享、分布式处理和信息集成。建立了客户机 / 服务器 (Client/Server) 结构的计算机系统和广域的网络环境，使异地分布的产品开发队伍能够通过 PDM 和群组协同工作系统进行协作产品开发。 五、达到的水平 1 该项目建立了高水平的并行化铁路货车产品开发体系。实现了并行化产品开发，缩短产品开发周期 30% 40% ；降低了产品开发成本，提高了齐车公

10、司的铁路货车产品的质量，取得了显著的应用效果。当年节约产品开发费用约 500 多万元，赢得出口额约 3 千多万元。 2 对铁路货车产品开发过程进行了建模、分析与改进。组建了产品开发中心，实现了产品开发的团队化。 3 基于商品化 Windchill 软件建立了支持铁路货车产品开发的并行工程集成框架等，实现了铁路货车产品开发的信息集成、过程集成和应用软件集成。 4 实现了用 三维软件（ Pro/E 软件）进行铁路货车产品设计、冲压和铸造模具设计， 采用特征技术建立了数字化产品模型，实现了基于 STEP 的板金 CAD/CAPP 的产品信息集成；提出了产品协同设计的协调模型，开发了协调和冲突化解软件

11、，在铁路货车关键部件转向架设计中发挥了十分重要的作用。 5 利用商用软件实现了铁路货车的结构强度、刚度、冲压成型、铸造过程及动力学性能分析。缩短了设计周期， 提高了设计质量；并 开发了产品报价系统，在产品方案设计阶段，即可进行产品成本评估与产品价格估算，实现了快速准确的报价。 “铁路货车产品开发并行工程”项目首次在国内铁路货车制造领域系统地、全面地研究与应用了并行工程理论和方法，解决了许多关键技术，充分体现了并行工程的特色，并通过在多个产品开发中的应用，取得了明显的经济效益与社会效益。该项目在过程管理、协调管理系统、产品数据管理、 CAE 应用、产品报价系统等方面有创新，达到了同行业国际 90

12、 年代先进水平。 六、效益分析 齐车公司并行工程实施的完成，标志着齐车公司现代铁路货车产品开发体系的诞生，经济效益和社会效益是非常显著的，主要表现为： 1 直接效益 从澳粮车的产品开发来看，由于试验次数的减少，可节约试验费用 65 万元，由于降低冲压模具和铸造模具制造的返工次数，可节约制造费用 64 万元，因此，通过实施并行工程，澳粮车仅产品试验和模具制造两项费用就节约 129 万元。依此类推，齐车公司每年可开发类似产品 4-5 个，因此，每年产品开发费用的节约可达 500 多万元。 2 间接效益 由于采用了先进的产品性能分析软件，可以大大提高我国铁路产品质量，使其整体水平达到 90 年代国际

13、先进水平，从而加速了我国铁路产品与世界先进水平铁路产品抗衡的进程，增加了齐车公司国际竞争中获胜的可能性。赢得了出口额合计 3000 多万元。 3 社会效益 齐车公司实施并行工程不仅大大降低产品的开发成本，而且降低产品的运用、维护成本，延长产品寿命，具有显著的经济效益和社会效益。首先，实施并行工程，提高了齐车公司的铁路货车产品的质量水平。由于齐车公司设计制造的铁路货车代表着中国铁路货车产品水平，因而，齐车公司并行工程的实施将带动我国铁路货车的总体水平的提升，促进中国铁路货运行业的发展。其次，实施并行工程将提高齐车公司的产值、利润和利税，为国家作更大的贡献。再次，可为我国国企改革提供一种思路。齐车公司并行工程的应用还刚刚起步，随着今后应用的进一步深入，将会给齐车公司和社会带来更大的效益。齐车公司并行工程的实施，培养了一支敢于与国际先进水平抗衡的铁路货车产品开发队伍。正是这支队伍，由于掌握了国际上先进的产品开发方法和手段，因此，使齐车公司整体实力位居国内同行之首，而且在国际市场占有一席之地。 技术依托单位 ：清华大学国家 CIMS 工程技术研究中心