本文以Teamcenter PLM解決方案為核心，在三維數(shù)字化設(shè)計與管理的基礎(chǔ)上，構(gòu)建三維數(shù)字化產(chǎn)品制造平臺，打通產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、工裝設(shè)計到車間現(xiàn)場生產(chǎn)執(zhí)行的全流程信息化管理，提高產(chǎn)品研發(fā)協(xié)同、工藝制造協(xié)同和工裝設(shè)計協(xié)同效率，實現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品三維數(shù)字化設(shè)計與制造的全生命周期管理。
1 引言
隨著數(shù)字化技術(shù)和信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，制造業(yè)企業(yè)發(fā)展數(shù)字化及信息化制造成為必然趨勢，軍工制造業(yè)是我國制造業(yè)的重要組成部分，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和整體的技術(shù)進(jìn)步具有重要推動作用，因此在軍工企業(yè)中推行數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計與制造已經(jīng)成為軍工企業(yè)的重要戰(zhàn)略舉措。
建立基于三維設(shè)計模型的數(shù)字化產(chǎn)品制造平臺，打通從設(shè)計到制造的信息化之路，構(gòu)建基于MBD(Model Based Definition)的三維產(chǎn)品設(shè)計、工藝和制造的一體化應(yīng)用平臺，實現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計、工藝到制造的全生命周期信息化管理，并集成企業(yè)現(xiàn)有的PDM、ERP、DNC系統(tǒng)，實現(xiàn)一體化的、基于三維的管理設(shè)計、工藝、制造過程的產(chǎn)品研發(fā)和精益制造體系，已成為制造業(yè)信息化的又一趨勢。
通力凱頓（北京）系統(tǒng)集成有限公司（以下簡稱“通力有限公司”）作為國內(nèi)制造業(yè)最佳信息化合作伙伴，以科學(xué)的PLM/MES（產(chǎn)品生命周期/生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)）項目實施方法論為指導(dǎo)，結(jié)合眾多軍工制造業(yè)企業(yè)的實際產(chǎn)品研發(fā)及工藝制造過程和生產(chǎn)過程管理特點，基于全球先進(jìn)的PLM/MES系統(tǒng)平臺，以國防行業(yè)最佳實踐為參考，在北京長空機(jī)械公司取得了該項目的成功試點。
2 系統(tǒng)架構(gòu)
通力公司面向軍工制造業(yè)提供的“基于PLM的三維數(shù)字化車間整體解決方案”正是基于制造業(yè)企業(yè)信息化整體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前信息化現(xiàn)狀和車間需求而提出的，旨在為企業(yè)精益制造提供先進(jìn)的信息化管理思想和工具，從而幫助企業(yè)提高設(shè)計、工藝、制造和質(zhì)量技術(shù)水平，縮短研制周期，降低成本，促進(jìn)生產(chǎn)管理方式和業(yè)務(wù)流程的變革，建立基于三維工藝的數(shù)字化設(shè)計平臺和車間級生產(chǎn)管理平臺，以打通設(shè)計、工藝、制造和底層自動化設(shè)備間的斷層問題，實現(xiàn)信息化的全面集成和協(xié)同，圖1為基于PLM的三維數(shù)字化車間整體解決方案架構(gòu)。
圖1 基于PLM的三維數(shù)字化車間整體解決方案架構(gòu)圖
數(shù)字化產(chǎn)品制造平臺總體上應(yīng)包括前端的CAD/CAE/CAM產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)、工藝規(guī)劃管理系統(tǒng)(TCM)、工裝管理系統(tǒng)(TEM)和生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(ERP)等，并基于產(chǎn)品生命周期管理(PLM)平臺實現(xiàn)信息化全過程的貫通。通過工藝管理系統(tǒng)可建立三維的、基于模型的結(jié)構(gòu)化的工藝平臺，并在此平臺上實現(xiàn)了工藝分工和基于三維的工藝設(shè)計、工藝變更、工藝文件管理等功能；通過MES監(jiān)控車間的生產(chǎn)計劃和執(zhí)行過程，基于條碼方式完成生產(chǎn)任務(wù)的報工和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量監(jiān)控和跟蹤等；并在TCM和MES兩個系統(tǒng)上進(jìn)行專項客戶化開發(fā)建立TEM，實現(xiàn)專用工裝的設(shè)計、工藝規(guī)劃管理，以及工裝的生產(chǎn)和出入庫、借用、報廢管理等。最終，通過數(shù)字化產(chǎn)品制造平臺的實施，縮短制造周期時間，降低或消除資料進(jìn)入的時間，減少在制品，改善產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)全面的精細(xì)化過程管理和質(zhì)量管理等。
3 系統(tǒng)設(shè)計
3.1 構(gòu)建企業(yè)數(shù)字化設(shè)計與制造協(xié)同工作環(huán)境
TCM將基于Teamcenter的Manufacturing作為管理平臺，方便在原有Teamcenter的設(shè)計BOM基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展，以結(jié)構(gòu)化及三維可視化的工藝形式進(jìn)行工藝規(guī)劃，系統(tǒng)將有效管理工藝BOM、工藝結(jié)構(gòu)、工裝設(shè)備等生產(chǎn)資源數(shù)據(jù)。TCM系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)工藝內(nèi)部的工作協(xié)同，同時要與設(shè)計和制造等部門進(jìn)行協(xié)同。建立高效的協(xié)同工作環(huán)境，加強(qiáng)信息溝通，改串行工作模式為并行模式，進(jìn)一步提高了工作效率。
3.2 構(gòu)建基于MBD的三維設(shè)計管理平臺
采用全三維基于特征的產(chǎn)品表述方法，建立了一個具有完整信息（三維尺寸標(biāo)注及各種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息等）的三維數(shù)字模型，從而取消二維工程圖，保證設(shè)計數(shù)據(jù)的唯一性。設(shè)計模型不僅描述設(shè)計幾何信息，而且定義了三維產(chǎn)品制造信息（如材料消耗等）和非幾何的管理信息（如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、BOM等等），下游人員僅需一個模型即可獲取全部信息，減少了對其他信息系統(tǒng)的過度依賴，使設(shè)計制造之間的信息交換可以不完全依賴信息系統(tǒng)的集成而保持有效的連接，即解決唯一數(shù)據(jù)源問題。圖2為基于MBD的單一數(shù)據(jù)源產(chǎn)品模型設(shè)計。
圖2 基于MBD的單一數(shù)據(jù)源產(chǎn)品模型設(shè)計
3.3 打造數(shù)字化車間精益制造執(zhí)行系統(tǒng)
建立面向車間的MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，實現(xiàn)車間的數(shù)字化和透明化管理，將車間各項制造訂單、計調(diào)派工、任務(wù)執(zhí)行、數(shù)據(jù)采集、資源設(shè)備管理和物料配套、人員管理、質(zhì)量管理等業(yè)務(wù)納入該系統(tǒng)，并最終通過車間看板系統(tǒng)和綜合查詢分析系統(tǒng)提供動態(tài)信息分析和展示，為管理人員提供實時準(zhǔn)確的決策依據(jù)，同時大量實時數(shù)據(jù)為車間管理人員提供了準(zhǔn)確的在制品狀態(tài)和進(jìn)度信息，方便計調(diào)人員合理安排設(shè)備和資源，從而提高生產(chǎn)效率，確保產(chǎn)品的按期交付。另外大量的質(zhì)量數(shù)據(jù)為產(chǎn)品性能分析提供了依據(jù)，并為產(chǎn)品設(shè)計、工藝優(yōu)化、生產(chǎn)交付到質(zhì)量提升、持續(xù)改善創(chuàng)造了一個閉環(huán)，為產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)，圖3為MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)平臺總體架構(gòu)圖。
圖3 MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)平臺總體架構(gòu)圖
結(jié)合產(chǎn)品單件小批量多品種和科研批產(chǎn)并行業(yè)務(wù)模式，MES系統(tǒng)將充分關(guān)注生產(chǎn)準(zhǔn)備齊套性要求以及以最終成品集成為核心的離散生產(chǎn)特點，建設(shè)一個以工藝數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以計劃管理為驅(qū)動，包含物料管理和質(zhì)量管理的數(shù)字化協(xié)同制造的信息管理平臺，該平臺包括的功能模塊有基礎(chǔ)建模管理、生產(chǎn)計劃管理、調(diào)度派工管理、車間物料管理、現(xiàn)場作業(yè)執(zhí)行管理、設(shè)備狀態(tài)管理、工裝管理、人員管理和WIP在制品管理以及綜合質(zhì)量管理和車間級門戶及信息化集成等模塊。
該方案中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)和亮點分別包括：大屏幕看板管理技術(shù)的應(yīng)用；電子作業(yè)流程卡片或流動本應(yīng)用；條碼標(biāo)識和RFID射頻技術(shù)的應(yīng)用；三維工藝文件在現(xiàn)場的作業(yè)指導(dǎo)和執(zhí)行；各類形位公差特征符號的輸入和輸出技術(shù)；ERP/PLM軟件接口技術(shù)及DNC/DCS/PLC等底層傳感和接口技術(shù)的應(yīng)用。
3.4 建立了精益化TEM工裝管理系統(tǒng)
數(shù)字化工裝TEM管理系統(tǒng)是集工裝設(shè)計工藝管理、工裝生產(chǎn)制造管理、工裝庫房管理于一體的“工裝全生命周期管理”軟件，是面向工裝制造和配套車間使用，并協(xié)同生產(chǎn)管理部門、質(zhì)量部門、技術(shù)部門等多個部門，實現(xiàn)由訂單提請-工裝設(shè)計-工藝編制-生產(chǎn)制造-庫房管理-返修報廢全生命周期工裝管理。
企業(yè)通過實施TEM工裝全生命周期管理系統(tǒng)，可有效地整合產(chǎn)品設(shè)計PLM端和產(chǎn)品制造MES端及產(chǎn)品庫存端的信息，通過條碼化電子標(biāo)識手段可逐步取代傳統(tǒng)二維設(shè)計模式以及傳統(tǒng)“卡片、賬本”生產(chǎn)管理模式和庫房賬本管理模式，實現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計、精益化制造管理、全面化資源共享的整體目標(biāo)。
3.5 實現(xiàn)工裝設(shè)計與制造管理信息集成
基于Teamcenter和Camstar Manufacturing各自的設(shè)計工藝管理功能和庫存管理功能以及兩者的信息集成，實現(xiàn)專用工裝的設(shè)計工藝過程管理，并與企業(yè)整體工藝規(guī)劃過程融合，形成設(shè)計任務(wù)、生產(chǎn)任務(wù)和交付完成的全過程信息互動，提高了工裝設(shè)計和制造配套的效率，取消了傳統(tǒng)的工裝卡片管理方式，實現(xiàn)工裝庫信息化，動態(tài)記錄現(xiàn)有工裝庫存情況，共享工裝信息。
3.6 集成ERP\MES\DNC，傳遞工藝信息
集成ERP\MES\DNC系統(tǒng)，將工藝階段產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)及時準(zhǔn)確地傳遞給ERP\MES\DNC系統(tǒng)，貫通了設(shè)計、工藝、生產(chǎn)信息流。同時，ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)能夠反饋給工藝部門，形成系統(tǒng)之間信息集成的閉環(huán)。
4 結(jié)束語
數(shù)字化設(shè)計和制造技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今制造企業(yè)信息化的熱門話題，制造企業(yè)要想在未來獲得更強(qiáng)的競爭力就必須通過不斷的創(chuàng)新來實現(xiàn)跨越式發(fā)展，在結(jié)合自身信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上逐步拓展基于三維工藝的數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化工藝和數(shù)字化生產(chǎn)應(yīng)用，并基于協(xié)同思想實現(xiàn)信息的高度共享和集成，逐步實現(xiàn)以PLM為核心的基于三維設(shè)計的ERP、CAPP/MPM、MES、DNC等信息化系統(tǒng)集成，最終可打造從設(shè)計到工藝再到制造和服務(wù)的全生命周期信息化?！?/p>
