借助 3DEXPERIENCE PLM 和 DELMIA 实现汽车制造中的端到端扭矩管理

利用 3DEXPERIENCE PLM 和 DELMIA实现汽车制造中的端到端扭矩管理

Sijil Augustine

2025年10月12日阅读时间：12分钟

3DEXPERIENCE PLM 和汽车行业

汽车和航空航天行业的许多公司都使用达索系统公司的 3DEXPERIENCE 作为其 PLM （产品生命周期管理）平台。

在当今快节奏的行业中，企业需要的工具远不止基础设计软件。达索系统开发了一套全面的解决方案，帮助团队简化汽车、航空航天、工业机械和消费品等行业的各种设计、工程、制造、仿真和协作流程。.

该生态系统的核心是 3DEXPERIENCE 平台，它将达索系统的所有旗舰产品集成到一个统一的环境中。

借助该平台，团队可以从单一数据源出发，连接设计、工程和制造工作流程，同时实时管理数据并做出协作决策。.

图 1：使用 Microsoft Copilot 创建的 AI 生成的图像，显示了汽车轮廓中零件和工具的艺术渲染图。.

接下来，我们将详细介绍构成这套强大软件套件的关键产品：

CATIA – 领先的 3D 设计和建模 CAD 软件。
DELMIA – 数字制造和运营计划解决方案。
ENOVIA – 用于协作、数据管理和流程治理的 PLM 平台。
SIMULIA – 用于真实预测产品行为的高级仿真套件。
SOLIDWORKS – 直观的 3D CAD 软件，适用于机械设计，服务于中型市场工程团队。

集成后 3DEXPERIENCE，能够帮助企业 加速创新、减少错误、优化工作流程，从而比以往任何时候都更快、更高效地交付产品。

图 2：使用 Microsoft PowerPoint 创建的图像，其中引用了 Dassault Systems 品牌。.

汽车制造中的紧固件扭矩

在车辆组装过程中，扭矩不仅仅是一个数字，它是一种关键的力量，可以确保所有部件紧密、安全且随时可以上路。.

简而言之，扭矩是指工程师施加在螺栓、螺钉和其他紧固件上的力，以产生机械组件安全、可靠和结构完整性所需的夹紧压力。多种因素都会影响扭矩值，例如被连接的部件、螺栓尺寸、数量、材料和润滑情况。工程师通常以英尺磅 (ft-lb) 或牛顿米 (Nm) 为单位测量扭矩，并在工业制造中使用螺母扳手或手动扭矩扳手施加扭矩。.

扭矩=力 × 长度

20牛顿的力 × 1米长的杠杆。扭矩 = 20 × 1 = 20牛米

10牛顿的力 × 2米长的杠杆。扭矩=10×2=20牛米

图 3：使用 Microsoft Copilot 创建的 AI 生成的图像，显示了力、距离和扭矩之间的关系。.

说到拧紧螺栓，大多数人认为使用扭力扳手就能确保完美一致。设置好扳手，拉到咔嗒声，就万事大吉了——对吗？并非总是如此。.

事实上，即使是两个“完全相同”的紧固件，扭矩读数也可能存在显著差异。紧固件的类型、螺栓及其螺纹连接的部件的材质、螺纹的清洁度以及润滑情况（包括所使用的润滑剂的具体类型）等因素都会导致扭矩值出现显著波动（例如 20% 到 35%）， 即使使用完全相同的扭矩扳手设置也是如此。为了精确应对这些情况，行业通常采用 两种扭矩策略。

目标扭矩

并非车辆上的每个螺栓都需要像外科手术一样精准拧紧。事实上，许多紧固件——例如轮毂螺栓、水泵螺栓以及其他无数螺栓——在设计时都考虑到了一定的容错性。它们的作用是拧紧到足以将部件固定在一起，但又不会拧得太紧而造成损坏。这被称为“目标扭矩”。.

目标扭矩+角度

工程师在使用扭矩屈服型螺栓（例如发动机或悬架缸盖螺栓）时，并非只是简单地拧紧，而是会拉伸螺栓。这些螺栓会进入弹性状态，从而为关键部件提供稳定的夹紧力。工程师首先使用标准扭矩扳手施加预设扭矩，使螺栓接近其屈服点——即将开始拉伸。然后，他们使用扭矩角度计将螺栓旋转特定角度，通常为 90° 或高达 360°，使其超过屈服阈值并产生可控的拉伸。此过程无需直接测量螺栓伸长量即可确保预紧力的一致性，被称为“目标扭矩+角度”策略。.

残余扭矩： 在生产线的最后阶段，最后一个步骤对于确保产品质量至关重要：检查 残余扭矩。拧紧策略可以确认接头符合规格，但只有残余扭矩才能告诉我们实际有多少施加的预紧力残留在接头内。

测量残余扭矩的两种主要策略：

断裂法：最常用的方法。使用数字扭矩扳手逐渐增加扭矩，直到螺丝刚好开始移动，并记录该瞬间的扭矩值。
松紧法：适用于可能过度拧紧或使用较大螺丝的情况。先将接头稍微松开，然后再拧紧，并在其恢复到原始位置时测量扭矩。

更智能的工具，实现更智能的测试

过去，操作人员依靠标记来追踪手动测试中的螺丝位置。如今，配备内置陀螺仪的数字扭矩扳手使这一过程更快、更安全、更便捷。.

实际上，组装发动机的步骤大致如下：

使用标准扳手按规定扭矩拧紧。
短暂启动发动机，使部件预热。
让发动机冷却后再重新拧紧螺栓。
使用扭矩角度计施加最终角度。.
测量 残余扭矩。确保符合质量标准。

图 4：使用 Microsoft Copilot 生成的 AI 图像，显示了扭矩角表

扭矩和角度的这种结合，在最关键的地方实现了精准度。.

请注意，虽然非拉伸螺栓看似是发动机螺栓的更简单选择，但它们也需要额外的维护。由于它们在负载下不会弯曲，因此 在经过几次冷热循环后需要重新拧紧。随着时间的推移，您可能还需要再次拧紧它们，通常每行驶 30,000 至 70,000 英里，具体取决于应用情况。另一方面，拉伸螺栓的设计使其在拧紧时会略微伸长。这种可控的伸长使其能够提供 一致且均匀的夹紧力，从而减少了重复调整的需要。一旦按照制造商的规格正确安装，通常无需再次调整。请注意，拉伸螺栓不能重复使用，因为使用过的螺栓已经超过了屈服阈值，无法提供与新螺栓相同的夹紧性能。

在PLM/3DEXPERIENCE中，我们如何处理Torque工作流程？

定制 的 3DEXPERIENCE 解决方案 中定义扭矩要求 CATIA，并将其直接链接到 工程物料清单 (EBOM)。这些规范会自动传播到 制造物料清单 (MBOM) 和 工艺清单 (BOP) 中的 DELMIA。

扭矩信息由此从PLM无缝传输到 MES（制造执行系统）。MES根据 BOM、 DELMIA/3DEXPERIENCE 作业指导 （零件装配的详细步骤）和ERP（企业资源计划） 订单信息，从而确保扭矩应用的准确性、可追溯性和高效的工厂运营。

概念还不熟悉 流程清单的，它定义了 制造操作的顺序，以及 资源、工具和工作指导 在工厂车间制造产品所需的

要使扭矩定义正常工作，所需的最小属性/特性

连接 ID： 时，系统会自动创建连接 ID。 冻结状态 或 发布状态
关节的特征—— 您可以指定接头的设计特性，可选方案包括 重要的, 批判的，和 非关键.
- 关键功能 ——必不可少的功能；缺失或故障会阻碍核心业务或系统运行。
- 重要 – 重要的功能；影响效率或质量，但不阻碍核心操作。
- 非关键 功能——可选功能；增加价值或便利性，但即使不可用影响甚微。
扭矩策略
- 目标扭矩： 在车辆装配过程中，将对紧固件施加指定目标扭矩及其公差。
- 目标扭矩和角度： 在车辆装配过程中，将对紧固件应用包括目标扭矩、扭矩公差、目标角度和角度公差在内的扭矩策略。

Torque有哪些特有的属性？

目标扭矩（N·m）： 要施加的指定扭矩值。
扭矩容差（N·m±）： 高于或低于目标扭矩的可接受范围。
目标角度（°）： 达到扭矩后指定的拧紧角度。
角度公差（°±）： 拧紧角度允许的变化范围。
残余扭矩最大值 (N·m)： 验证期间测得的最大扭矩。
残余扭矩最小值 (N·m)： 验证期间测得的最小扭矩。

3DEXPERIENCE是如何处理这个问题的？

理解产品设计中的参考文献与实例

至关重要 区分参考 和实例处理零件和装配体时，参考是 零件的主定义 ，包含零件编号、描述、材料和整体设计。您可以将其理解为零件的“本质”。实例是指 零件在装配体或物料清单 (BOM) 中的使用。它定义了零件的使用方式和位置，包括位置或方向等细节。扭矩值取决于紧固件的实例/用途。在 3DEXPERIENCE，装配体（BOM）的结构可以根据 BOM 的复杂程度采用单级或多级父子层次结构。

例如： 使用数百次 在复杂的产品中，

参考 螺栓的设计是标准，并且仅存在一次。
每次 螺栓的 产品中实例。

图 5：使用 Microsoft PowerPoint 创建的图像，显示了 EBOM 及其与紧固件实例的关系。.

在 3DExperience 中，每个实例都有一个“唯一关系/实例 ID”。这些关系 ID 可以包含实例属性。每个“唯一实例 ID”（关系 ID）都包含扭矩属性。“唯一实例 ID”（关系 ID）上的属性通过 3DExperience “数据模型自定义”应用程序进行配置。.

图 6：使用 Microsoft PowerPoint 创建的图像，显示紧固件实例和相关属性。.

我可以在 3DExperience哪里看到它？

实例属性显示在 3DExperience 零件属性视图的“实例”选项卡中。请注意，属性显示的布局由 3DExperience 属性布局配置控制。.

图 7： 3DExperience 零件实例属性面板显示自定义扭矩属性字段。

配置和自动化

在 3DEXPERIENCE中，配置和自动化利用 EKL（企业知识语言）、JPO（Java 程序对象）和 OOTB（开箱即用）设置，根据定义的条件自动生成关节 ID，跨版本传播扭矩值，并管理扭矩字段的可编辑性。.

涉及的编程语言

EKL（企业知识语言）
开箱即用 (OOTB) 配置
JPO（Java程序对象）和OOTB API（应用程序编程接口）

流动à MBOM à BOPàMES

DELMIA PPR = 3DEXPERIENCE制造的数字骨干，连接产品（要制造什么）、流程（如何制造）和资源（与要制造的东西、工具、夹具甚至制造过程中雇用的人员）。.

图 8：来自 Dassault Systemes 制造产品-工艺-资源数据结构的图像。.

在 3DEXPERIENCE/DELMIA中维护 EBOM–MBOM–BOP 可追溯性

至关重要 3DExperience 。3DExperience 3DExperience 使用 范围链接 和 已实现链接的 。要将 EBOM 中的零件分配给 MBOM，我们必须首先在 EBOM 和 MBOM 之间建立范围链接。范围链接建立后，我们就可以将 EBOM 中的零件给 MBOM。这些零件分配通过“已实现链接”进行维护。

范围链接：建立基础

“范围链接”功能告知系统：这是用于创建 MBOM 的源 EBOM。同样，当您使用流程清单 (BOP) 时，必须将 MBOM 的范围限定在 BOP 范围内。此操作将 MBOM 定义为构建 BOP 零件分配的来源。.

已实现链接：分配部件

范围链接建立后， 已实现链接 之间存在一对一的关联实例。这些关联通过“已实现链接”实现。同样，业务流程操作 (BOP) 也将维护与其关联的 MBOM 零件的已实现链接。

通过利用范围链接和已实现链接， 3DEXPERIENCE/DELMIA 提供了一个强大的框架，用于管理产品在其生命周期内的数据。范围链接和已实现链接均可通过 3DExperience API 进行访问。.

图 9：“范围链接”和“已实现链接”的定义。.

图 10：PPR 结构，显示范围链接。.

了解 3DEXPERIENCE中的范围链接和已实现链接

图 11：EBOM MBOM 和 BOP 的范围和已实施的链接。.

端到端数据流

工程师使用制造执行系统 (MES) 对整个生产过程进行数字化管理和监控，从而实时了解和控制工厂车间，以提高质量、效率和合规性。.

以下是MES如何利用这些数据来确保质量和合规性：

工作指导书：为操作人员提供精确的扭矩值和拧紧顺序。
过程控制：自动验证扭矩工具是否符合规定的参数。
数据采集：记录装配过程中的实际扭矩值，以便进行追溯和审核。
警报与反馈：检测不正确的扭矩施加并触发纠正措施。

现在，我们已经在工程物料清单 (EBOM) 中创建了工程扭矩数据，并将其链接到相应的物料清单 (MBOM) 零件和装配操作 (BOP) 中。这些数据需要传输到制造执行系统 (MES)，以提供产品（车辆）组装所需的信息。这种数据流是通过 产品生命周期管理 (PLM) 和 MES 之间的集成来实现的。 集成过程会将所有必需的 BOM、BOP 和扭矩数据直接传输到 MES。需要注意的是，集成范围会根据每家公司的具体需求而有所不同。

图 12：来自 Dassault Systemes Manufacturing 产品-流程-资源数据结构的图像，显示了到 ERP 和 MES 的集成数据流。.

如何实现整合？

3DExperience 通过 RESTful API 和事件驱动消息传递支持强大的集成连接。双向集成实现了 PLM、ERP（企业资源计划）系统（例如 SAP）和 MES 系统之间的无缝数据交换，确保工作流程的连续性和可追溯性。下图为 3DExperience 集成架构。.

图 13：来自 Dassault Systemes Openness 技术架构的图像，显示了 3DEXPERIENCE集成架构。.

摘要：
本文阐述了 3DEXPERIENCE PLM 和 DELMIA 实现汽车制造中的端到端扭矩管理。文章涵盖了扭矩策略、关键属性以及从 EBOM 到 MES 的无缝数据流，从而确保 PLM、ERP 和 MES 系统之间的可追溯性、过程控制和实时集成。希望本文能帮助您解决 PLM 领域中复杂的扭矩问题。

术语表