0 引言
為了滿足汽車的安全性、舒適性、經濟性和娛樂性，電子技術的應用幾乎己經深入到汽車所有的系統中。眾多學者對汽車電控軟件開發做了大量研究，然而對于同樣在CAN總線網絡環境下，如何實現汽車電控軟件在研發試制、正式生產及售后全生命周期過程中在線灌裝的研究甚少。
在汽車整車企業中，作為標配的PDM系統起到了一個集成框架的作用，通過不同的方式（如應用接口、封裝等），各種應用程序諸如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品數據得以高度集成、協調、共享，因而PDM被譽為企業的產品數據全生命周期管理系統。
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，該技術實現了汽車在研發試制、正式生產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、制造及售后支持等各環節的效率，提高用戶的滿意度。
1 基于PDM的汽車產品數據生命周期管理過程
汽車企業的數據量非常龐大，涉及的零件、文件林林總總，不同的設計人員和管理人員在不同的崗位進行設計或管理工作，數據產生源頭各有不同，這樣就造成數據的隨意性大、準確性差、更新速度緩慢、管理效率低下種種問題，極大地浪費了企業資源，制約著汽車企業發展。產品數據管理(PDM)的實施可以促使工程設計人員和數據管理人員在統一的集成平臺上開展工作，保證涉及設計、管理、制造、采購、銷售不同部門的相關人員共享企業的最新資源，確保數據的可追溯、可查證性以及數據的發布與更新的可控性。如圖1，汽車產品數據生命周期管理系統構架中集成了不同模塊，其中最主要的幾個模塊為：工程設計及發布模塊、工藝設計模塊、生產計劃管理模塊、制造執行模塊、經銷商管理模塊、供應鏈管理及售后管理模塊。
圖1 汽車產品數據生命周期管理系統構架
(1)工程設計與發布模塊。首先，市場部及規劃部根據市場動態需求來建立產品的一個整體框架，完成產品各項參數的定義，為下游部門的工作目標制定出確實具體的方向。接下來，產品研發部門可以開展具體的設計工作，如產品設計內容分析，整車性能規范定義，子系統功能定義等等，并建立零部件主數模、主文檔，裝配產品主結構；建立初版的工程零件預研究清單，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。隨著設計的進行及成熟，對零部件的數模進行鎖定，并發布完整的工程零件、發布零件的圖紙、公差等等，共享統一的工程設計數據。
(2)工藝設計模塊。工藝人員通過訪問統一的工程設計數據（數模和圖紙等）可以編制工藝過程規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劃過程。
(3)生產計劃管理模塊。在生產計劃管理模塊（大部分企業采用SAP系統），根據不同的銷售-生產策略（基于訂單生產，或者基于預測生產，或者是訂單與預測相結合等），整車需求會在生產計劃管理模塊轉變成零件需求。生產計劃調度員控制車輛的制造順序，零件計劃員根據零件的庫存狀態設置零件的斷點，與生成計劃相匹配；采購人員設置零件的購買合同；財務人員設置零件的成本信息等。
(4)制造執行模塊。根據客戶差異化的需求或者差異化的預測，生產計劃管理模塊向工廠發布了不同配置特征的車輛需求，制造執行系統要根據這些個性化的需求進行柔性生產，完成產品的裝配下線過程。
(5)經銷商管理模塊。終端客戶的整車需求加上經銷商的銷售預測在這個模塊變成產品訂單，由銷售部根據工廠庫存決定整車需求。
(6)售后管理模塊。建立每輛車的產品信息，為4S店提供售后信息。
2 線下分散灌裝與OBD統一灌裝
基于PDM的汽車產品研發、工藝規劃、生產制造、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應用程序固化在非易失性存儲器中，每次更新ECU的應用程序，需要將ECU卸載下來進行刷新，十分麻煩，而且反復拆卸可能會引起汽車其它部件的故障；生產柔性低下。娛樂系統等模塊的軟件在開發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；軟件及時性低。由于中國汽車工業起步較晚，一些關鍵零部件的控制器供應商都是海外供應商，為了安全庫存，這些海外供應的控制器模塊往往要備貨3個月以上，汽車發展迅速，軟件更新的速度更快，數個月前（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失敗的情況時有發生，事故發生后還要逐個排查，效率低下。
統一的OBD灌裝接口設計。如圖2所示，利用CAN網絡拓撲結構設計灌裝OBD接口；OBD接口直接連接在CAN總線上，CAN節點平等地掛在CAN總線上，外部設備可以通過OBD接口與各個CAN節點進行通訊，從而實現從外部設備到內部所有電子控制器的灌裝。后期如果增加其它網絡，比如Most，Flex Ray，無線網絡等，只需要變更OBD接口，原來的網絡拓撲不受影響，具有很強的拓展性。針對每個ECU分配一對診斷CANID，用于外部設備和ECU識別相應ECU的診斷請求報文與診斷響應報文。
圖2 診斷網絡拓撲結構
3 基于PDM的統一在線灌裝技術
3.1 對PDM各模塊的改造
(1)工程設計與發布模塊改進。在工程設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計的軟件外，還可以通過遠程網絡技術從供應商處下載軟件。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)工藝設計模塊改進。規劃灌裝外部設備所在的工位信息，確保外部設備能夠從工程模塊下載到軟件實體文件。
(3)生產計劃管理模塊改進。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)制造執行模塊改造。支持統一灌裝設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信息，并傳輸給售后模塊。
(5)經銷商模塊改進。通過改造，支持用戶定制個性化的軟件。
(6)供應鏈模塊改造。支持通過遠程協議從供應商處下載最新軟件實體文件。
(7)售后模塊改造。支持從制造執行模塊接收軟件相關信息，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一刷新。
改造后的系統構架見圖3。
圖3 進行在線灌裝改造后的產品數據生命周期管理系統構架
3.2 應用實例
應用實例見圖4。
圖4 某主機廠基于PDM的在線灌裝系統
4 結語
汽車軟件在線灌裝技術因集時效性、準確性、方便性等諸多優點為一體，是汽車主機廠新的制造技術的發展方向。本文基于PDM系統，提出了一種全新的汽車軟件在線灌裝技術，將軟件在線灌裝納入產品數據全生命周期管理，能夠支持汽車產品在開發、試生產、量產、售后各個階段的軟件在線灌裝。
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本文標題：基于PDM的汽車電控軟件在線灌裝技術
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