引導(dǎo)閱讀

作為制造企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)的重要組成部分，如何將工藝開發(fā)(有的企業(yè)習(xí)慣稱之為工藝設(shè)計(jì))與產(chǎn)品設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)起來，如何將數(shù)字化信息系統(tǒng)應(yīng)用到工藝設(shè)計(jì)中，如何實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，如何構(gòu)造工藝設(shè)計(jì)的要素，是很多企業(yè)正在考慮和尋找的答案。

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0前言

數(shù)字化、信息化是智能制造的基礎(chǔ)，CAD的普及推動(dòng)了PDM系統(tǒng)的普及。近年來，企業(yè)正在逐步構(gòu)建基于TeamCenter系統(tǒng)的產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)平臺(tái)，集設(shè)計(jì)和流程于一體，將更多與產(chǎn)品研發(fā)相關(guān)的數(shù)據(jù)集中在PLM平臺(tái)上進(jìn)行統(tǒng)一管理。作為制造企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)的重要組成部分，如何將工藝開發(fā)(有的企業(yè)習(xí)慣稱之為工藝設(shè)計(jì))與產(chǎn)品設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)起來，如何將數(shù)字化信息系統(tǒng)應(yīng)用到工藝設(shè)計(jì)中，如何實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，如何構(gòu)造工藝設(shè)計(jì)的要素，也是很多企業(yè)正在考慮和尋找的答案。

作者工作的企業(yè)選擇了NX(當(dāng)時(shí)的UG)和多年前的PDM軟件產(chǎn)品。由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師和工藝設(shè)計(jì)技術(shù)人員在企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)上屬于技術(shù)中心，長(zhǎng)期以來，企業(yè)的工藝設(shè)計(jì)也是利用PDM平臺(tái)，用NX繪制工藝圖，用OFFICE軟件輸出其他工藝文件進(jìn)行的。從形式上看，工藝數(shù)字化已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。但是從內(nèi)容上看，在工藝知識(shí)的積累、工藝數(shù)據(jù)的重用、工藝設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)協(xié)同等方面還存在很多問題。

在上述背景下，2014年，企業(yè)啟動(dòng)了基于TCM模塊的過程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化管理實(shí)施項(xiàng)目。

1流程設(shè)計(jì)系統(tǒng)平臺(tái)選擇

曾經(jīng)有一個(gè)企業(yè)的工藝部門也嘗試過使用一個(gè)國(guó)產(chǎn)的CAPP系統(tǒng)進(jìn)行定制工藝設(shè)計(jì)。雖然在最初的使用中體現(xiàn)了用戶界面友好和工藝文件輸出效率高的優(yōu)點(diǎn)，但CAPP系統(tǒng)和PDM系統(tǒng)是相互獨(dú)立的，CAPP系統(tǒng)不能與企業(yè)的CAD軟件UG集成，工藝數(shù)據(jù)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)無關(guān)。

出于長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃的考慮，企業(yè)最終選擇了基于現(xiàn)有TeamCenter系統(tǒng)的中醫(yī)流程制造模塊?？紤]的主要因素有:企業(yè)原有的工藝設(shè)計(jì)和工裝設(shè)計(jì)已經(jīng)在TC系統(tǒng)(文件夾組織管理)中完成，工藝設(shè)計(jì)人員熟悉TC的使用；過程數(shù)據(jù)需要在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行管理，并與產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。企業(yè)未來會(huì)考慮PLM與ERP、MES系統(tǒng)的整合；物料清單數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)男枰?；TCM已經(jīng)是一個(gè)成熟的制造數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。

圖1。數(shù)字化制造管理平臺(tái)

2中醫(yī)的主要應(yīng)用功能

中醫(yī)的實(shí)施也是按照長(zhǎng)期規(guī)劃，分階段實(shí)施的策略來推進(jìn)的。初期的主要目標(biāo)是搭建工作框架平臺(tái)，架構(gòu)流程元素的數(shù)據(jù)，同時(shí)積累數(shù)據(jù)，優(yōu)化用戶體驗(yàn)，為進(jìn)一步應(yīng)用打下基礎(chǔ)。在過去的幾年里，我們企業(yè)主要進(jìn)行了以下探索。

圖2.3P1R示意圖

2.1 3p 1r工藝設(shè)計(jì)要素的結(jié)構(gòu)化

工藝設(shè)計(jì)中考慮的主要因素包括加工產(chǎn)品、加工場(chǎng)所、工廠或車間以及工藝中使用的制造資源，包括各種工裝、設(shè)備、材料等。3P1R的過程元素是以結(jié)構(gòu)化的方式管理的，如圖2所示。

2.2過程標(biāo)準(zhǔn)化工作

流程統(tǒng)一設(shè)計(jì)平臺(tái)后，明確了各種流程文檔模板的數(shù)量、樣式和版本，加強(qiáng)了標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化管理。對(duì)企業(yè)的工藝類型也進(jìn)行了梳理，將工藝明確劃分為裝配、加工、鍛造、熱處理四種類型。

此外，工藝零件代碼和工裝編號(hào)也同步標(biāo)準(zhǔn)化。

圖3。制造過程零件編碼示例

2.3工藝開發(fā)過程的固化

一個(gè)企業(yè)的工藝開發(fā)過程大致由三部分組成，即前期工藝規(guī)劃相關(guān)工作、產(chǎn)品零件后續(xù)工藝設(shè)計(jì)相關(guān)工作、具體工藝文件的最終形成和輸出。

2.3.1過程規(guī)劃

該部分具體包括一系列流程，如流程建立、方案評(píng)審、PBOM建設(shè)、制造戰(zhàn)略定義、PBOM審批、流程任務(wù)分配等。在中醫(yī)系統(tǒng)中，主要反映PBOM的建設(shè)和審批、自制或外購(gòu)件的制造策略、自制件的工藝任務(wù)分配。變速器控制模塊系統(tǒng)也可以鞏固工作順序。

圖4。4示意圖。PBOM建筑公司

圖5。流程任務(wù)分配示例

2.3.2流程開發(fā)

工藝制造工程師(ME)接到任務(wù)后，根據(jù)各自的工藝模塊進(jìn)行專業(yè)的工藝開發(fā)。

圖6。6的設(shè)計(jì)實(shí)例。中醫(yī)加工防噴器

2.3.3過程輸出

在最終的工藝文件輸出中，部分工藝文件通過定制功能菜單或二次開發(fā)功能菜單自動(dòng)輸出。對(duì)于加工工藝，系統(tǒng)讀取工藝的下級(jí)工藝，并按順序輸出工藝。

2.4物料清單數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸

在我們企業(yè)中，作為ERP系統(tǒng)物料主數(shù)據(jù)的來源，技術(shù)中心需要負(fù)責(zé)ERP系統(tǒng)物料主數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、EBOM結(jié)構(gòu)的維護(hù)、工藝路線的維護(hù)以及工程變更引起的物料數(shù)據(jù)的更新。在中醫(yī)應(yīng)用之前，從EBOM到MBOM的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換主要通過人工維護(hù)來完成。借助中醫(yī)模塊和二次開發(fā)，初步實(shí)現(xiàn)了ebom-pbom-MBOM列表的轉(zhuǎn)換和輸出。在中醫(yī)導(dǎo)出的目標(biāo)管理的基礎(chǔ)上，經(jīng)過簡(jiǎn)單的檢查，就可以直接導(dǎo)入到ERP系統(tǒng)中，完成工程部對(duì)目標(biāo)管理數(shù)據(jù)的維護(hù)。在ERP系統(tǒng)中，通過其他職能部門的數(shù)據(jù)維護(hù)，形成企業(yè)完整的MBOM。中醫(yī)的應(yīng)用為未來PLM系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)的整合奠定了基礎(chǔ)。

圖7。制造資源庫(kù)示例

2.5完善制造資源的分類管理

通過TCM的實(shí)施，企業(yè)制造資源的分類管理得到了進(jìn)一步的完善(如圖7所示)。企業(yè)的所有工裝統(tǒng)一納入制造資源分類數(shù)據(jù)庫(kù)，物料進(jìn)行編號(hào)后在ERP系統(tǒng)中維護(hù)。

2.6工藝資源庫(kù)(知識(shí)庫(kù))已初步建立

通過建立典型工藝和工序庫(kù)，提供工藝借用和重用，提高工藝設(shè)計(jì)效率。

3中醫(yī)實(shí)施效果及問題總結(jié)

經(jīng)過兩年多的項(xiàng)目建設(shè)，TCM項(xiàng)目終于投入使用，初步實(shí)現(xiàn)了過程數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化管理，使得過程數(shù)據(jù)管理更加清晰。從工藝制造工程師的反饋來看，雖然有點(diǎn)繁瑣，但是經(jīng)過培訓(xùn)和詳細(xì)的用戶手冊(cè)指導(dǎo)，以及實(shí)施者技術(shù)支持的及時(shí)跟進(jìn)，上線后運(yùn)營(yíng)中投訴并不多。系統(tǒng)上線后的進(jìn)度和預(yù)期有差距。這個(gè)差距不是項(xiàng)目的功能目標(biāo)沒有實(shí)現(xiàn)，主要的痛點(diǎn)還是在應(yīng)用上。影響中醫(yī)應(yīng)用的因素包括:

3.1新老工藝數(shù)據(jù)問題

按照原來的假設(shè)，新舊斷絕，舊的工藝設(shè)計(jì)模式被停用，舊的數(shù)據(jù)僅供參考和調(diào)用。但實(shí)際上新數(shù)據(jù)量有限，大部分流程還是在原有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。由于流程模板和流程模式變化較大，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作量很大。在工作進(jìn)度不受項(xiàng)目影響的前提下，新舊流程模式并存。

3.2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的短板約束

3.2.1工程變更單的結(jié)構(gòu)問題

原本以為PDM已經(jīng)被企業(yè)應(yīng)用多年，是西門子產(chǎn)品TC+NX的無縫集成。CAD-BOM和TC-BOM集成鏈接，EBOM應(yīng)用可以支持中醫(yī)后續(xù)工作。其實(shí)中醫(yī)上線后遇到的第一個(gè)問題就是EBOM結(jié)構(gòu)問題。根據(jù)中醫(yī)應(yīng)用框架，中醫(yī)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的聯(lián)系始于從EBOM到PBOM的轉(zhuǎn)變。非結(jié)構(gòu)化EXCEL文件形式的EBOM無法轉(zhuǎn)換，需要TC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)管理器構(gòu)造的EBOM。由于企業(yè)沒有嚴(yán)格采用自上而下的設(shè)計(jì)方法，一些產(chǎn)品組件沒有構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的EBOM。為此，TCM上線后，花了幾個(gè)月的時(shí)間專注于EBOM產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師的結(jié)構(gòu)填充。

3.2.2缺失或非標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字模型

根據(jù)項(xiàng)目開始前的假設(shè)，零件工藝數(shù)值模擬來自設(shè)計(jì)數(shù)值模擬WAVE，裝配數(shù)值模擬直接借用裝配數(shù)值模擬。但是在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，在TC系統(tǒng)中，幾乎所有的外部設(shè)計(jì)的產(chǎn)品都只有二維圖紙，沒有數(shù)值模擬，但是對(duì)于工藝來說，所有自制的零件都需要進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。

3.2.3過程編碼問題

生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和制造策略的調(diào)整也給工藝設(shè)計(jì)帶來了編碼和管理問題。TCM上線后，滿足了一些新的實(shí)際需求，比如:某個(gè)零件有多個(gè)加工方案，導(dǎo)致多方案編號(hào)和管理的問題；當(dāng)多個(gè)方案在同一流程中共存時(shí)的編碼和管理問題。

3.3跨部門數(shù)據(jù)維護(hù)問題

在我們企業(yè)，工藝設(shè)計(jì)的主體在技術(shù)中心，但是工作區(qū)和制造設(shè)備的數(shù)據(jù)維護(hù)涉及到制造廠和計(jì)劃部門，相關(guān)數(shù)據(jù)的維護(hù)相對(duì)滯后。

4未來前景

雖然上線后出現(xiàn)了一些意想不到的問題，但作為未來數(shù)字工廠和工業(yè)4.0的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，企業(yè)不僅要繼續(xù)優(yōu)化和深化現(xiàn)有的工藝數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化工作，構(gòu)建全息數(shù)字工藝，還要進(jìn)一步深化未來工藝制造數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用:

4.1促進(jìn)過程數(shù)據(jù)的可視化

TC系統(tǒng)的可視化功能非常強(qiáng)大，尤其是在我們這樣的企業(yè)。NX是所有工程技術(shù)人員的基本CAD工具，NX軟件也用于工藝圖模板和工具。

4.2過程模擬功能的逐步應(yīng)用

仿真技術(shù)早已不限于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，過程仿真也是未來要考慮的重點(diǎn)方向。結(jié)合可視化數(shù)據(jù)的推廣，隨著企業(yè)信息化的深入，電子流程指令也將作為一個(gè)選項(xiàng)納入其中。

4.3流程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化是發(fā)展趨勢(shì)

從過程設(shè)計(jì)要素的結(jié)構(gòu)化到過程內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化管理，是一個(gè)由粗到精的精細(xì)化管理過程。從目前的TC系統(tǒng)功能來看，工藝設(shè)計(jì)的重要文件，如PFMEA、控制計(jì)劃、檢驗(yàn)計(jì)劃等，已經(jīng)有了比較成熟的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理方案，該方案的應(yīng)用正在論證中。

4.4與制造執(zhí)行系統(tǒng)的集成

這個(gè)可能很遙遠(yuǎn)，但是流程和現(xiàn)場(chǎng)制造緊密相關(guān)，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)應(yīng)該是未來支撐數(shù)字化工廠建設(shè)的基礎(chǔ)。

5結(jié)論

利用TeamCenter的TCM模塊，可以結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，開放上下游數(shù)據(jù)，為以后的工藝模擬和數(shù)字化工廠奠定基礎(chǔ)。但中醫(yī)的實(shí)施本身也需要做好相關(guān)的基礎(chǔ)工作，否則只能看不能用，會(huì)引起工藝制造工程師的反感，不利于推動(dòng)工藝設(shè)計(jì)的數(shù)字化和結(jié)構(gòu)化。