0 前言

    2008年，美國總統(tǒng)奧巴馬提出讓制造業(yè)回歸，試圖通過提供大量的就業(yè)崗位，緩解美國國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)危機(jī)。隨后，歐美國家紛紛響應(yīng)美國提出的“再工業(yè)化”策略，全球制造業(yè)格局迅速改變，我國多年來擁有的低勞動(dòng)力成本的優(yōu)勢逐漸喪失。2012年，德國提出“工業(yè)4.0”的概念，推動(dòng)了第4次工業(yè)革命的開始，其宗旨在于利用德語區(qū)制造業(yè)的穩(wěn)固基礎(chǔ)，進(jìn)一步推動(dòng)工業(yè)的高端發(fā)展，在此背景下，我國制造業(yè)大而不強(qiáng)的劣勢將會(huì)日益突出。五金歷來是我國的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，近年來，我國五金行業(yè)以每年15％的增長速度平穩(wěn)發(fā)展，年總產(chǎn)值達(dá)1 800億元，出口達(dá)80億美元，出口額排在輕工業(yè)的前3位。我國小五金制造業(yè)的資源優(yōu)勢主要是依靠低廉的勞動(dòng)力，面對第4次工業(yè)革命的迅速發(fā)展，這種優(yōu)勢將逐步減少直至喪失，依靠低端的生產(chǎn)資料、落后的生產(chǎn)管理模式、漫長的產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)周期以及匱乏的中端技術(shù)人才，企業(yè)將無法在新一輪的國際市場沖擊中立于不敗之地。根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)基礎(chǔ)，我們應(yīng)利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)整合現(xiàn)有生產(chǎn)資源，通過引入PLM(product lifecycle management，產(chǎn)品生命周期管理)技術(shù)，逐步完善智能工廠、智能生產(chǎn)、智能物流的體系建設(shè)。若能做到這些，就可以使我國的小五金制造業(yè)在短時(shí)間內(nèi)優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備，改變產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)周期，在盡量降低勞動(dòng)力資源成本的前提下，提升產(chǎn)品檔次，提高我們參與國際競爭的實(shí)力與能力。

1 PLM技術(shù)

    1.1 PLM技術(shù)的含義

    PLM主要針對產(chǎn)品從創(chuàng)建、使用到終結(jié)的整個(gè)生命周期過程。首先是要有效地利用產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)，對從事產(chǎn)品研發(fā)、制造的企業(yè)內(nèi)部資源進(jìn)行協(xié)同管理，同時(shí)要將分散的資源進(jìn)行高效整合利用，通過信息技術(shù)，無縫地連接產(chǎn)品的市場調(diào)查、研發(fā)、試制、試產(chǎn)、量產(chǎn)、質(zhì)量控制、售后服務(wù)、改進(jìn)等環(huán)節(jié)。

    PLM技術(shù)包含了以下3個(gè)方面的內(nèi)容：

    1)CAX軟件。CAX軟件是指CAD(computer aided design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))、CAE(computer aided engineenng，計(jì)算機(jī)輔助工程)、CAPP(computer aided process planning，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì))、CAM(computer aided manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造)等直接為產(chǎn)品提供技術(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)的企業(yè)內(nèi)部工程軟件。

    2)cPDM軟件。cPDM(collaborative product definition management，協(xié)同產(chǎn)品定義管理)軟件，主要提供跨企業(yè)的協(xié)同工作環(huán)境。

    3)基于CAX、cPDM的咨詢服務(wù)。

    本研究主要針對制造小五金的中小企業(yè)，這類企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)過程基本上是獨(dú)立的，因而本文著重討論CAX軟件的應(yīng)用。

    1.2 PLM在工業(yè)生產(chǎn)中的作用

    PLM貫穿了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程、生產(chǎn)實(shí)施、生產(chǎn)服務(wù)等整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過程，而且還提供了一個(gè)無需實(shí)物即可虛擬產(chǎn)品、優(yōu)化設(shè)計(jì)的環(huán)境。工業(yè)4.0中，將PLM軟件的使用提到了極高的地位。德國技術(shù)科學(xué)協(xié)會(huì)提出：“物理信息融合系統(tǒng)(嵌入式系統(tǒng))將徹底改變制造業(yè)、交通業(yè)和醫(yī)藥業(yè)。”物理信息融合系統(tǒng)，不只是將軟件植入產(chǎn)品，其更重要的一層意義是以信息技術(shù)為手段，在硬件生產(chǎn)資料基礎(chǔ)上進(jìn)行資源整合，形成嵌人式的生產(chǎn)系統(tǒng)。菲爾達(dá)芬工業(yè)峰會(huì)——系統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)2030年的發(fā)起人、組織者烏爾里希•森德勒，甚至提出了系統(tǒng)生命周期管理 (SysLM)的概念，更為深刻地說明了PLM在未來工業(yè)中的關(guān)鍵作用。

    1.3 NX

    NX是Siemens PLM Software公司出品的一個(gè)產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。2009年，NX 7.0引入了“HD3D”(三維精確描述)功能，即一個(gè)開放、直觀的可視化環(huán)境，它有助于全球產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)充分發(fā)掘PLM信息的價(jià)值，并顯著提升了其制定卓有成效的產(chǎn)品決策的能力。美國航天局最新的火星探測器的研發(fā)與制造過程，就是在NX環(huán)境中完成的。

    NX包含了CAD(；工業(yè)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具開發(fā))、CAE(仿真優(yōu)化)、CAM(數(shù)控加工)等集成模塊，為從事工業(yè)生產(chǎn)的企業(yè)提供統(tǒng)一的解決方案及可控的管理開發(fā)環(huán)境，是非常符合小五金制造業(yè)使用的PLM軟件。筆者將以NX為例，分析PLM技術(shù)在小五金制造業(yè)的應(yīng)用。

2 小五金制造業(yè)對PLM的需求

    2.1 小五金制造業(yè)的原有優(yōu)勢

    在之前的2O多年中，我國小五金制造業(yè)的產(chǎn)量為世界之最，其原因主要可以歸納如下：

    1)產(chǎn)品精度要求低，傳統(tǒng)設(shè)備能夠滿足生產(chǎn)需要；

    2)產(chǎn)品單一，新產(chǎn)品研發(fā)過程簡單；

    3)勞動(dòng)力成本低廉；

    4)國內(nèi)市場需求大。

    2.2 小五金制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

    隨著國際市場的開拓和國外生產(chǎn)力的提高，我國小五金制造業(yè)的優(yōu)勢正在逐步減弱甚至喪失，究其原因主要有以下幾點(diǎn)：

    1)產(chǎn)品系列單一，缺乏國際市場競爭力。我國居民對建筑裝修及家居所用的小五金產(chǎn)品要求不高，主要追求質(zhì)量可靠，極少考慮使用的舒適性及美觀性；但是在國外市場尤其是歐美市場，客戶往往在考慮產(chǎn)品高質(zhì)量的前提下，還有更多的美學(xué)、人體工學(xué)等附加要求。以櫥柜門撐為例，國內(nèi)客戶主要要求門撐能起到良好的支撐作用，并能夠多次開合；但是歐美市場的客戶除了上述要求外，還要求門撐具有阻尼特性，要能防止柜門打開時(shí)的彈性沖擊，甚至對柜門打開的角度、方向都有要求，其目的是使空間利用更為合理。PLM提供了部分國外產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及使用標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)企業(yè)完全可以在此基礎(chǔ)上形成數(shù)據(jù)庫，生產(chǎn)系列化的產(chǎn)品，提高市場競爭力。

    2)生產(chǎn)設(shè)備落后，產(chǎn)品精度低，由于小五金產(chǎn)品的機(jī)械加工精度要求不高，傳統(tǒng)的機(jī)床基本能滿足其要求，所以目前國內(nèi)絕大部分企業(yè)還是使用普通的機(jī)床；但是面對需求不斷變化的市場，普通機(jī)床對新產(chǎn)品適應(yīng)性差的缺陷愈發(fā)凸顯。近年來，由于勞動(dòng)力成本的不斷提高，部分企業(yè)已逐步開始使用數(shù)控機(jī)床，甚至引入了機(jī)械手，企業(yè)試圖通過生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造以降低勞動(dòng)力所需的成本比例。在這樣的背景下，PLM技術(shù)的應(yīng)用具有了一定的硬件基礎(chǔ)。

    3)缺乏新產(chǎn)品的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)積累。我國小五金產(chǎn)品在一定程度上存在著對國外產(chǎn)品的復(fù)制，這使得企業(yè)缺乏新產(chǎn)品研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)規(guī)范、技術(shù)人員培養(yǎng)等方面的經(jīng)驗(yàn)尤顯不足，采用PLM技術(shù)可以使企業(yè)迅速地形成產(chǎn)品研制的新規(guī)程，極大地縮短研發(fā)周期。

    4)勞動(dòng)力成本迅速提高。國內(nèi)制造業(yè)勞動(dòng)力資源短缺、勞動(dòng)力成本增加已是不爭的事實(shí)。PLM技術(shù)在縮短產(chǎn)品研發(fā)周期的同時(shí)，能夠無縫連接生產(chǎn)過程，在一定設(shè)備的支持下，能大幅度降低勞動(dòng)力的使用數(shù)量。

    2.3小五金制造業(yè)實(shí)施PLM的可行性

    2.3.1  具備信息化平臺(tái)

    在2000年以后，國內(nèi)眾多企業(yè)根據(jù)自身的生產(chǎn)特點(diǎn)，建立了信息化管理平臺(tái)，這種管理平臺(tái)經(jīng)過不斷的完善，已成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)等各部門工作中不可或缺的重要組成部分。

    2.3.2  數(shù)據(jù)資源需要統(tǒng)一

    企業(yè)的信息化建設(shè)過程主要以各職能部門軟件系統(tǒng)的使用為建設(shè)標(biāo)志，各部門的數(shù)據(jù)管理不統(tǒng)一，信息管理的高效性就無法在整個(gè)企業(yè)內(nèi)部體現(xiàn)。PLM可以通過對部門之間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，完善管理系統(tǒng)的信息化。

    2.4小五金制造業(yè)對PLM的總體要求

    小五金制造業(yè)對PLM的總體要求主要如下：

    1)能及時(shí)響應(yīng)市場需求，盡可能縮短生產(chǎn)周期；

    2)電子數(shù)據(jù)在保存、應(yīng)用、共享、安全等方面具有統(tǒng)一的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。

    2.5小五金制造業(yè)對PLM的功能要求

    制造業(yè)對PLM的功能要求具有普遍性，需要在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售使用、完善發(fā)展等產(chǎn)品各個(gè)生命階段具有管理功能。

3 小五金制造業(yè)的PLM系統(tǒng)架構(gòu)及技術(shù)特點(diǎn)

    3.1 PLM在制造業(yè)應(yīng)用中的軟件系統(tǒng)架構(gòu)

    PLM軟件系統(tǒng)架構(gòu)特點(diǎn)是通過網(wǎng)絡(luò)整合資源建立一體化的集成系統(tǒng)，允許在異構(gòu)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多個(gè)應(yīng)用軟件.PLM在制造業(yè)應(yīng)用中的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    3.2 PLM的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    PLM系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：需要同時(shí)滿足企業(yè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部工作人員和外部銷售人員、售后服務(wù)人員及客戶的使用.PLM的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖2。

圖2  PLM的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4 PLM在小五金制造業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

    4.1 PLM的工業(yè)生產(chǎn)過程分析

    PLM的工業(yè)生產(chǎn)過程是一個(gè)集成的循環(huán)過程，應(yīng)盡量通過較少的軟件平臺(tái)，將各個(gè)工業(yè)環(huán)節(jié)無縫連接在一起，每個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)對其他環(huán)節(jié)是開放的并相互影響的。最重要的是要將產(chǎn)品的生命周期演化成一個(gè)循環(huán)過程，這樣即使產(chǎn)品壽命結(jié)束，還是會(huì)對新產(chǎn)品產(chǎn)生一定的影響，如圖3所示。

圖3 PLM的工業(yè)過程

    4.2 數(shù)據(jù)流分析

    在PLM中，數(shù)據(jù)的流動(dòng)直接決定了周期發(fā)展的有效性。NX的參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了各環(huán)節(jié)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，形成了無縫連接形式。各部門的工業(yè)活動(dòng)均受到數(shù)據(jù)的觸發(fā)，并產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)影響其他部門的活動(dòng)�；�于PLM的小五金生產(chǎn)數(shù)據(jù)流分析見圖4。

圖4基于PLM的小五金生產(chǎn)數(shù)據(jù)流分析

    4.3 NX建立的小五金制造業(yè)的PLM方案

    在小五金設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程中，可使用NX建立產(chǎn)品生命周期方案。首先使用CAD模塊設(shè)計(jì)產(chǎn)品，然后進(jìn)行CAE的裝配及仿真，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否符合市場需求；使用CAPP進(jìn)行工藝的分析設(shè)計(jì)，為鈑金件設(shè)計(jì)模具并進(jìn)行成形分析，為鑄造件設(shè)計(jì)模具并進(jìn)行模流分析；對于使用數(shù)控機(jī)床加工的產(chǎn)品零件及模具零件，使用CAM模塊生成數(shù)控加工程序；在產(chǎn)品進(jìn)行加工、裝配后，借用CAD模型建立三坐標(biāo)檢測方案；產(chǎn)品的銷售不再單向進(jìn)行，客戶的使用意見及改進(jìn)要求將會(huì)再次反饋到設(shè)計(jì)部門，為新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，這使產(chǎn)品的生命周期可以循環(huán)進(jìn)行，并不斷發(fā)展。MX的小五金制造業(yè)的PLM規(guī)則見圖5。

圖5 MX的小五金制造業(yè)的PLM規(guī)劃

5 總結(jié)

    在市場的發(fā)展需求及工業(yè)發(fā)展的推動(dòng)下，小五金制造業(yè)建立基于PLM的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售一體化模式，通過參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件的無縫連接，以數(shù)據(jù)的流動(dòng)作為工業(yè)活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，可以迅速響應(yīng)市場需求的變化，維持生產(chǎn)力的可持續(xù)發(fā)展。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：PLM技術(shù)及其在小五金制造業(yè)的應(yīng)用

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