0 引言

    為了滿足汽車的安全性、舒適性、經(jīng)濟性和娛樂性，電子技術(shù)的應(yīng)用幾乎己經(jīng)深入到汽車所有的系統(tǒng)中。眾多學(xué)者對汽車電控軟件開發(fā)做了大量研究，然而對于同樣在CAN總線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，如何實現(xiàn)汽車電控軟件在研發(fā)試制、正式生產(chǎn)及售后全生命周期過程中在線灌裝的研究甚少。

    在汽車整車企業(yè)中，作為標(biāo)配的PDM系統(tǒng)起到了一個集成框架的作用，通過不同的方式（如應(yīng)用接口、封裝等），各種應(yīng)用程序諸如CAD、CAM、CAE、EDA、OA、CAPP、MRP等直接作為一個個對象而被集成到PDM中，這使得分布在汽車整車廠各個地方的所有產(chǎn)品數(shù)據(jù)得以高度集成、協(xié)調(diào)、共享，因而PDM被譽為企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)全生命周期管理系統(tǒng)。

    本文基于PDM提出了一種全新的汽車電控軟件在線灌裝技術(shù)，該技術(shù)實現(xiàn)了汽車在研發(fā)試制、正式生產(chǎn)及售后全生命周期過程中的在線灌裝，能顯著提高汽車在研發(fā)、制造及售后支持等各環(huán)節(jié)的效率，提高用戶的滿意度。

1 基于PDM的汽車產(chǎn)品數(shù)據(jù)生命周期管理過程

    汽車企業(yè)的數(shù)據(jù)量非常龐大，涉及的零件、文件林林總總，不同的設(shè)計人員和管理人員在不同的崗位進行設(shè)計或管理工作，數(shù)據(jù)產(chǎn)生源頭各有不同，這樣就造成數(shù)據(jù)的隨意性大、準(zhǔn)確性差、更新速度緩慢、管理效率低下種種問題，極大地浪費了企業(yè)資源，制約著汽車企業(yè)發(fā)展。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)的實施可以促使工程設(shè)計人員和數(shù)據(jù)管理人員在統(tǒng)一的集成平臺上開展工作，保證涉及設(shè)計、管理、制造、采購、銷售不同部門的相關(guān)人員共享企業(yè)的最新資源，確保數(shù)據(jù)的可追溯、可查證性以及數(shù)據(jù)的發(fā)布與更新的可控性。如圖1，汽車產(chǎn)品數(shù)據(jù)生命周期管理系統(tǒng)構(gòu)架中集成了不同模塊，其中最主要的幾個模塊為：工程設(shè)計及發(fā)布模塊、工藝設(shè)計模塊、生產(chǎn)計劃管理模塊、制造執(zhí)行模塊、經(jīng)銷商管理模塊、供應(yīng)鏈管理及售后管理模塊。

    圖1 汽車產(chǎn)品數(shù)據(jù)生命周期管理系統(tǒng)構(gòu)架

    (1)工程設(shè)計與發(fā)布模塊。首先，市場部及規(guī)劃部根據(jù)市場動態(tài)需求來建立產(chǎn)品的一個整體框架，完成產(chǎn)品各項參數(shù)的定義，為下游部門的工作目標(biāo)制定出確實具體的方向。接下來，產(chǎn)品研發(fā)部門可以開展具體的設(shè)計工作，如產(chǎn)品設(shè)計內(nèi)容分析，整車性能規(guī)范定義，子系統(tǒng)功能定義等等，并建立零部件主數(shù)模、主文檔，裝配產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)；建立初版的工程零件預(yù)研究清單，建立零件的工程更改流程，建立差異化的整車配置管理等等。隨著設(shè)計的進行及成熟，對零部件的數(shù)模進行鎖定，并發(fā)布完整的工程零件、發(fā)布零件的圖紙、公差等等，共享統(tǒng)一的工程設(shè)計數(shù)據(jù)。

    (2)工藝設(shè)計模塊。工藝人員通過訪問統(tǒng)一的工程設(shè)計數(shù)據(jù)（數(shù)模和圖紙等）可以編制工藝過程規(guī)劃以及其他工藝文檔。工藝人員可安排試驗裝車來驗證工藝規(guī)劃過程。

    (3)生產(chǎn)計劃管理模塊。在生產(chǎn)計劃管理模塊（大部分企業(yè)采用SAP系統(tǒng)），根據(jù)不同的銷售-生產(chǎn)策略（基于訂單生產(chǎn)，或者基于預(yù)測生產(chǎn)，或者是訂單與預(yù)測相結(jié)合等），整車需求會在生產(chǎn)計劃管理模塊轉(zhuǎn)變成零件需求。生產(chǎn)計劃調(diào)度員控制車輛的制造順序，零件計劃員根據(jù)零件的庫存狀態(tài)設(shè)置零件的斷點，與生成計劃相匹配；采購人員設(shè)置零件的購買合同；財務(wù)人員設(shè)置零件的成本信息等。

    (4)制造執(zhí)行模塊。根據(jù)客戶差異化的需求或者差異化的預(yù)測，生產(chǎn)計劃管理模塊向工廠發(fā)布了不同配置特征的車輛需求，制造執(zhí)行系統(tǒng)要根據(jù)這些個性化的需求進行柔性生產(chǎn)，完成產(chǎn)品的裝配下線過程。

    (5)經(jīng)銷商管理模塊。終端客戶的整車需求加上經(jīng)銷商的銷售預(yù)測在這個模塊變成產(chǎn)品訂單，由銷售部根據(jù)工廠庫存決定整車需求。

    (6)售后管理模塊。建立每輛車的產(chǎn)品信息，為4S店提供售后信息。

2 線下分散灌裝與OBD統(tǒng)一灌裝

    基于PDM的汽車產(chǎn)品研發(fā)、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)制造、銷售及售后全生命周期過程，在這個過程中，汽車電子控制器這一類特殊的零件，其軟件都是事先在線下灌裝好，再作為普通的總成零件與其它零件一起進入總裝線。這種做法的弊端有：給售后帶來困難。ECU應(yīng)用程序固化在非易失性存儲器中，每次更新ECU的應(yīng)用程序，需要將ECU卸載下來進行刷新，十分麻煩，而且反復(fù)拆卸可能會引起汽車其它部件的故障；生產(chǎn)柔性低下。娛樂系統(tǒng)等模塊的軟件在開發(fā)時會考慮為不同客戶的個性化需求，同一個硬件模塊可能要裝配不同的軟件，不采用在線灌裝，很難實現(xiàn)；軟件及時性低。由于中國汽車工業(yè)起步較晚，一些關(guān)鍵零部件的控制器供應(yīng)商都是海外供應(yīng)商，為了安全庫存，這些海外供應(yīng)的控制器模塊往往要備貨3個月以上，汽車發(fā)展迅速，軟件更新的速度更快，數(shù)個月前（庫存時間加運輸時間）就將軟件灌裝好，會造成時效性低下，到了4S店后要重新刷新；整體性低下。在整車中各控制器并不是相互獨立的個體，按照個體灌裝會對整體帶來負面影響。個體間的沖突造成ECOS失敗的情況時有發(fā)生，事故發(fā)生后還要逐個排查，效率低下。

    統(tǒng)一的OBD灌裝接口設(shè)計。如圖2所示，利用CAN網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計灌裝OBD接口；OBD接口直接連接在CAN總線上，CAN節(jié)點平等地掛在CAN總線上，外部設(shè)備可以通過OBD接口與各個CAN節(jié)點進行通訊，從而實現(xiàn)從外部設(shè)備到內(nèi)部所有電子控制器的灌裝。后期如果增加其它網(wǎng)絡(luò)，比如Most，F(xiàn)lex Ray，無線網(wǎng)絡(luò)等，只需要變更OBD接口，原來的網(wǎng)絡(luò)拓撲不受影響，具有很強的拓展性。針對每個ECU分配一對診斷CANID，用于外部設(shè)備和ECU識別相應(yīng)ECU的診斷請求報文與診斷響應(yīng)報文。

    圖2 診斷網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

3 基于PDM的統(tǒng)一在線灌裝技術(shù)

    3.1 對PDM各模塊的改造

    (1)工程設(shè)計與發(fā)布模塊改進。在工程設(shè)計模塊增加軟件實體文件存放池，該存放池除了用于存放主機廠自行設(shè)計的軟件外，還可以通過遠程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)從供應(yīng)商處下載軟件。同時，在工程零件清單中釋放軟件及硬件ECU的相關(guān)信息，對軟硬件所屬電子模塊、版本信息、配置信息、時候在線灌裝信息等等加以約束，與實體文件池中的信息進行匹配。

    (2)工藝設(shè)計模塊改進。規(guī)劃灌裝外部設(shè)備所在的工位信息，確保外部設(shè)備能夠從工程模塊下載到軟件實體文件。

    (3)生產(chǎn)計劃管理模塊改進。對需要在線灌裝的軟件進行時效性管理（通過斷點設(shè)置管理），控制客戶個性化所需的軟件時效性與實際灌裝的實體文件一致。

    (4)制造執(zhí)行模塊改造。支持統(tǒng)一灌裝設(shè)備從從軟件池下載匹配的軟件并通過OBD灌裝到各控制器中，同時記錄車輛的軟件相關(guān)信息，并傳輸給售后模塊。

    (5)經(jīng)銷商模塊改進。通過改造，支持用戶定制個性化的軟件。

    (6)供應(yīng)鏈模塊改造。支持通過遠程協(xié)議從供應(yīng)商處下載最新軟件實體文件。

    (7)售后模塊改造。支持從制造執(zhí)行模塊接收軟件相關(guān)信息，并能從軟件池中下載最新的售后軟件通過售后診斷工具對車輛進行統(tǒng)一刷新。

    改造后的系統(tǒng)構(gòu)架見圖3。

    圖3 進行在線灌裝改造后的產(chǎn)品數(shù)據(jù)生命周期管理系統(tǒng)構(gòu)架

    3.2 應(yīng)用實例

    應(yīng)用實例見圖4。

    圖4 某主機廠基于PDM的在線灌裝系統(tǒng)

4 結(jié)語

    汽車軟件在線灌裝技術(shù)因集時效性、準(zhǔn)確性、方便性等諸多優(yōu)點為一體，是汽車主機廠新的制造技術(shù)的發(fā)展方向。本文基于PDM系統(tǒng)，提出了一種全新的汽車軟件在線灌裝技術(shù)，將軟件在線灌裝納入產(chǎn)品數(shù)據(jù)全生命周期管理，能夠支持汽車產(chǎn)品在開發(fā)、試生產(chǎn)、量產(chǎn)、售后各個階段的軟件在線灌裝。

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