長沙汽電汽車零部件有限公司系一家汽車電機(jī)電器研發(fā)與制造企業(yè)。公司有機(jī)械加工、沖壓、鑄造、熱處理等生產(chǎn)線,擁有各種生產(chǎn)設(shè)備和測試儀器600多臺(套),具有一支高素質(zhì)的研發(fā)、管理和生產(chǎn)人員隊伍。
隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展,以信息化技術(shù)為標(biāo)志的現(xiàn)代化管理手段紛至沓來,計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)、計算機(jī)輔助工藝(CAPP)、計算機(jī)輔助工程分析(CAE)、計算機(jī)輔助制造(CAM)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)、企業(yè)資源計劃管理(ERP)等技術(shù),使得產(chǎn)品從構(gòu)思到批量生產(chǎn)的周期縮短。面對日益激烈的市場競爭,公司意識到“創(chuàng)新是公司發(fā)展的靈魂,而CAD/CAE/CAM/PDM等技術(shù)的應(yīng)用是創(chuàng)新的切入點”。為此,利用公司進(jìn)行技改的良機(jī),實施了“長沙汽電汽車零部件有限公司CAD/CAE/CAM/PDM/ERP系統(tǒng)集成”項目,從根本上提高公司設(shè)計手段和管理水平,縮短產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)周期,把公司建設(shè)成為用先進(jìn)信息化技術(shù),將產(chǎn)品設(shè)計、工藝、圖紙管理和各種數(shù)據(jù)管理完整集成的現(xiàn)代化企業(yè),增強(qiáng)企業(yè)對市場的反應(yīng)能力和競爭能力。
1 信息化單元應(yīng)用技術(shù)
1.1 三維CAD系統(tǒng)
公司早在20世紀(jì)90年代采用二維CAD系統(tǒng)完成了甩圖板工程,但二維CAD設(shè)計難以完成設(shè)計干涉檢查,裝配圖與零件圖修改不能進(jìn)行關(guān)聯(lián)更新,二維圖紙也不能直接用于各種應(yīng)力校核、運(yùn)動分析和數(shù)控加工。
如今,三維技術(shù)已成為企業(yè)產(chǎn)品信息系統(tǒng)集成的基礎(chǔ),如采用SolidWorks實體建模,除能夠進(jìn)行“無差錯、高效率”設(shè)計外,建立的模型可以直接用于仿真分析和工藝分析。同時,三維模型可以傳遞到制造部門,為加工中心所利用。并且,三維建模技術(shù)與文檔動畫插件結(jié)合制作產(chǎn)品演示和產(chǎn)品文檔,在項目申報中節(jié)約70%以上的申報資料準(zhǔn)備時間,通過模擬裝配進(jìn)行員工培訓(xùn)和工藝卡制作,也相比傳統(tǒng)的二維圖紙方式效果更好。三維CAD系統(tǒng)的應(yīng)用免去了多部門的圖紙轉(zhuǎn)化與重建的過程,縮短了生產(chǎn)周期。
1.2 CAM系統(tǒng)
公司擁有多臺數(shù)控加工中心及其配套設(shè)備,組建了一個數(shù)控加工車間。CAM(計算機(jī)輔助加工)系統(tǒng)是充分發(fā)揮數(shù)控加工中心效率的工具,如CAMWorks、Powermill、Cimatron系統(tǒng)等都是常用的CAM軟件,可以和SolidWorks等設(shè)計軟件無縫集成。設(shè)計部門設(shè)計的3D零件模型通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到數(shù)控車間,由數(shù)控車間的技術(shù)人員用CAM系統(tǒng)生成數(shù)控代碼傳給機(jī)床,并對產(chǎn)品設(shè)計的工藝性進(jìn)行審核,加快了產(chǎn)品從設(shè)計到生產(chǎn)的制造過程。
1.3 三維工藝卡系統(tǒng)
傳統(tǒng)的工藝卡只適合于某一版本的產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù),不能自動跟蹤產(chǎn)品設(shè)計更改或設(shè)計版本的變化,需要工藝人員隨時根據(jù)設(shè)計更改通知單進(jìn)行工藝卡的更新。通過在SolidWorks建立各類基于3D的工藝模板卡,結(jié)合PDM產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理功能,實現(xiàn)了基于三維的工藝卡管理系統(tǒng)。基于三維的工藝卡,既面向三維CAD,實現(xiàn)產(chǎn)品模型進(jìn)行三維參數(shù)化的工藝模型定義,將產(chǎn)品的工藝設(shè)計過程進(jìn)化為三維數(shù)字制造階段,充分體現(xiàn)三維設(shè)計給企業(yè)帶來的品質(zhì)和效率,又發(fā)揮其擴(kuò)展性,與PDM、ERP等系統(tǒng)緊密集成。三維工藝卡在PDM系統(tǒng)中的流程,通過可視化的工作流圖形象地描述了產(chǎn)品的加工過程,流程節(jié)點表示加工工序,工藝人員可方便地交互定義零件的工藝流程。
1.4 PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)系統(tǒng)
企業(yè)以SolidWorks PDM作為企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理及信息系統(tǒng)集成平臺,解決企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和信息系統(tǒng)集成問題,實現(xiàn)設(shè)計、制造、管理的全面信息化構(gòu)想,實現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計直到生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)通道。
PDM的電子倉庫提供多種安全模式,有效地保證了企業(yè)技術(shù)資料的安全性。PDM的電子倉庫結(jié)構(gòu)通?煞譃榘次臋n類型和按產(chǎn)品種類等分類方式來構(gòu)建。根據(jù)對企業(yè)文檔類型的分析,可分為:設(shè)計模型、分析數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、數(shù)控加工圖形、數(shù)控加工程序、生產(chǎn)文件等。PDM的應(yīng)用將原先單一的信息化應(yīng)用單元有效地整合為一個系統(tǒng)。工藝從PDM系統(tǒng)中讀取3D設(shè)計模型信息,組織工藝和建立工藝模型,并把工藝信息傳回PDM系統(tǒng)進(jìn)行管理。加工車間通過PDM系統(tǒng)瀏覽自制件,生成加工代碼,讀取裝配BOM,進(jìn)行裝配。
1.5 ERP系統(tǒng)
通過ERP系統(tǒng)將訂單轉(zhuǎn)化為企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)需求和采購需求,制定生產(chǎn)計劃和采購計劃,提高計劃準(zhǔn)確性、及時性。ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源主要從PDM系統(tǒng)中導(dǎo)入。
2 產(chǎn)品信息系統(tǒng)集成框架
長沙汽電汽車零部件有限公司是以研發(fā)與生產(chǎn)為主體的企業(yè),服務(wù)產(chǎn)品創(chuàng)新是企業(yè)產(chǎn)品信息化系統(tǒng)集成的主導(dǎo)方向。因此,公司采用了以PDM作為企業(yè)產(chǎn)品信息化系統(tǒng)集成的樞紐,將CAD/CAM/CAPP/ERP緊密聯(lián)系成一個整體過程的主要集成模式,如圖1所示。
圖1 基于PDM的企業(yè)產(chǎn)品信息系統(tǒng)集成框架
在集成框架下,產(chǎn)品信息化建設(shè)的首要任務(wù)是PDM與CAD的集成,CAD生成3D模型,成為最原始的數(shù)據(jù)源,是企業(yè)產(chǎn)品信息集成的基礎(chǔ)對象。PDM為設(shè)計提供知識庫,讀取3D模型內(nèi)在裝配關(guān)系,建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)(EBOM)。三維工藝卡系統(tǒng)從PDM中調(diào)用發(fā)布的3D模型,提取零部件模型和零部件屬性,完成三維工藝卡編輯,再把工藝過程卡和工藝路線(PBOM)上傳至PDM系統(tǒng),PDM系統(tǒng)匯總材料定額、工時定額。CAM系統(tǒng)主要獲取3D零部件模型及其加工工藝文件,通過CAM系統(tǒng)建立加工毛坯模型,確定加工參數(shù)、刀具選擇、走刀路線等程序項目,與編譯后的數(shù)控加工NC代碼回傳至PDM,以便數(shù)控機(jī)床共享調(diào)用。然后,PDM系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)的集成,從PDM系統(tǒng)將主物料、EBOM/PBOM傳輸至ERP系統(tǒng),同時,ERP系統(tǒng)的庫存信息、成本信息及工藝資源庫傳入到PDM中為設(shè)計提供參考,打通設(shè)計至生產(chǎn)的通道。
該產(chǎn)品信息系統(tǒng)集成模式特點是充分發(fā)揮基于三維的設(shè)計模式,貫穿三維在設(shè)計、工藝、制造中的應(yīng)用,同時,使PDM能夠?qū)?zhǔn)確的數(shù)據(jù)源傳遞到下游。
3 基于SolidWorks PDM的信息系統(tǒng)集成應(yīng)用
3.1 SolidWorks PDM與CAD集成
三維CAD的特點是其文檔間的關(guān)聯(lián)性、傳遞性、參考性,這是與以往的二維設(shè)計的重要區(qū)別,PDM與三維CAD軟件的集成不再是鏈接文檔本身、提取文檔屬性變量,更重要的是管理裝配體與零件、零件與零件、零件與特征、零部件與工程圖等之間關(guān)聯(lián)性,提取文檔內(nèi)在的結(jié)構(gòu)關(guān)系。SolidWorks PDM可以自動提取SolidWorks模型中的內(nèi)部信息,自動識別產(chǎn)品結(jié)構(gòu),并維護(hù)裝配體、零件及其工程圖之間的相互關(guān)系,如圖2所示。基于SolidWorksPDM的設(shè)計庫管理,實現(xiàn)了設(shè)計庫的多用戶訪問、權(quán)限控制,及其各功能單元的版本管理、狀態(tài)管理等。也實現(xiàn)了直接將PDM中設(shè)計庫配置到SolidWorks軟件環(huán)境下,通過以拖放的方式直接引用企業(yè)設(shè)計庫元素的操作。
圖2 SolidWorks PDM與CAD集成界面
3.2 SolidWorks PDM與3D工藝卡集成
3D工藝卡集成于SolidWorks CAD中,是延伸三維設(shè)計,充分利用三維設(shè)計的模型和信息,直接面向三維模型,以工藝模型及數(shù)據(jù)來進(jìn)行工藝設(shè)計。在工藝設(shè)計中每道工序的加工尺寸及公差,全部在產(chǎn)品模型中拾取,工序之間是通過“加工余量”進(jìn)行關(guān)聯(lián)的,如圖3所示。SolidWorks PDM管理每一模型與其對應(yīng)多道3D工藝卡之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性,形成關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu),如圖4所示,當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計發(fā)生修改,工藝模型文件也可以自動進(jìn)行修改。
圖3 三維工藝卡
圖4 SolidWorks PDM管理3D模型關(guān)聯(lián)的全過程工藝卡
3.3 SolidWorks PDM與CAM集成
SolidWorks PDM提供了開放式的數(shù)據(jù)庫操作方式,在不離開CAM軟件界面的情況下,能直接下載調(diào)用PDM電子倉庫中的3D模型,進(jìn)行基于三維的加工,如圖5、圖6、圖7所示。CAM軟件形成的加工項目及NC代碼也可直接上傳保存到PDM電子倉庫中,并且,PDM為NC代碼指派對應(yīng)的屬性卡片,說明代碼適用的零件、版本、數(shù)控機(jī)床型號等,為以后的調(diào)用提供了方便。
圖5 基于三維的電刷端蓋型腔分模
圖6 SolidWorks PDM與CAM集成
圖7 SolidWorks PDM與CAM集成應(yīng)用
3.4 SolidWorks PDM與ERP集成
PDM與ERP系統(tǒng)集成最主要是主物料和物料清單(BOM),ERP直接通過PDM的BOM模塊獲取審核發(fā)布后的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及零部件裝配數(shù)量,如圖8所示,能夠快速完成生產(chǎn)計劃和采購計劃等。
圖8 SolidWorks PDM與ERP BOM集成模塊
4 結(jié)論
目前,國內(nèi)絕大多數(shù)汽車電器生產(chǎn)企業(yè)早已完成了基于三維的CAD,也有部分企業(yè)已經(jīng)建立了規(guī)范的ERP系統(tǒng),但是,在眾多的產(chǎn)品數(shù)據(jù)中,數(shù)據(jù)信息如何有效地管理,仍然處于比較原始的階段。長沙汽電汽車零部件有限公司在國內(nèi)的汽車電器生產(chǎn)企業(yè)中,率先建立起了基于三維的CAD/CAM/PDM/ERP系統(tǒng)的集成系統(tǒng),從根源上解決了企業(yè)產(chǎn)品信息流的集成問題,貫徹了三維數(shù)據(jù)在設(shè)計、工藝與制造全過程應(yīng)用模式,激活了ERP的潛力,打通了企業(yè)從開發(fā)到生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)通道。
我公司的PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的集成應(yīng)用,經(jīng)過半年來的運(yùn)行實踐,規(guī)范了企業(yè)數(shù)據(jù)流管理,文檔重用得到了明顯的提高,企業(yè)從設(shè)計到開發(fā)的業(yè)務(wù)流程更加流暢。
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