1 引言
航空發(fā)動機(jī)模具是發(fā)動機(jī)生產(chǎn)中重要而特殊的工藝裝備,其設(shè)計和制造過程占整個發(fā)動機(jī)設(shè)計制造周期的30%,對發(fā)動機(jī)的制造質(zhì)量、生產(chǎn)周期、制造成本產(chǎn)生直接影響,并且具有結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、種類多、批量小、設(shè)計制造質(zhì)量要求高的特點。因此如何提高模具的設(shè)計、制造質(zhì)量,縮短其設(shè)計制造周期是當(dāng)前必須盡快解決的重大瓶頸問題。
國外發(fā)動機(jī)公司在發(fā)動機(jī)的并行設(shè)計過程中,在產(chǎn)品設(shè)計階段就展開了模具設(shè)計活動,進(jìn)行可制造性分析,從而大大縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。另外,在發(fā)動機(jī)主模型技術(shù)、性能仿真、多學(xué)科設(shè)計和快速原型仿制方面廣泛采用數(shù)字化技術(shù),采取并行設(shè)計團(tuán)隊的形式開發(fā)新產(chǎn)品,采用PDM管理發(fā)動機(jī)全生命周期內(nèi)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和流程,取得顯著效益。
與國外模具設(shè)計相比,我國的模具設(shè)計主要存在以下問題:
(1)數(shù)字化模型的管理不規(guī)范:目前雖然采用了CAD/CAM系統(tǒng),但是從產(chǎn)品零件模型到模具設(shè)計模型、制造模型的管理,基本上處于用戶自己的文件管理下,沒有統(tǒng)一在PDM下進(jìn)行模型管理,造成模型的數(shù)據(jù)各自管理,各自使用,即“信息孤島”問題;
(2)設(shè)計過程不規(guī)范:模具設(shè)計依賴于設(shè)計經(jīng)驗,缺乏對模具設(shè)計經(jīng)驗的總結(jié)與提煉,設(shè)計流程沒有詳細(xì)分析和優(yōu)化;
(3)缺乏模具設(shè)計分析工具:現(xiàn)有的模具設(shè)計大多數(shù)憑借已有的知識,沒有采用仿真工具對模具設(shè)計質(zhì)量進(jìn)行分析;
(4)缺乏設(shè)計過程的并行性和協(xié)同性:目前的設(shè)計基本上是串行設(shè)計,未形成基于并行設(shè)計的項目團(tuán)隊的組織模式,產(chǎn)品模型的簽署、發(fā)布、更改流程尚未統(tǒng)一在PDM管理下進(jìn)行有效優(yōu)化。
因此,本文針對PDM環(huán)境下模具的協(xié)同設(shè)計與制造問題,研究了以主模型為核心的模型管理方法,對航空發(fā)動機(jī)模具的數(shù)據(jù)管理和模具設(shè)計制造流程的建模、優(yōu)化與管理方法進(jìn)行了探索和研究。
2 PDM應(yīng)用實施整體框架
PDM系統(tǒng)管理所有與產(chǎn)品相關(guān)信息,包括產(chǎn)品規(guī)范、電子文件、CAD文檔、掃描圖像、審批信息等;還管理與規(guī)范跟產(chǎn)品相關(guān)的過程,包括工作流程、圖紙審批與發(fā)放、工程更改等,從而實現(xiàn)基于單一數(shù)據(jù)源的產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)管理與共享。雖然PDM軟件的功能越來越豐富,但目前企業(yè)實施PDM還是主要集中在其基本功能上,包括文檔管理、人員組織管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理、工作流程管理以及應(yīng)用集成與封裝等。
Teamcenter Engineering是基于WEB的完整的協(xié)同產(chǎn)品解決方案,是包含眾多復(fù)雜模塊的軟件包。通過對其系統(tǒng)功能和層次結(jié)構(gòu)的分析和研究,可以分為四層,如圖1所示:
圖1 PDM系統(tǒng)整體框架
其中系統(tǒng)服務(wù)層為以TCP/IP協(xié)議為主的各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供支持;核心服務(wù)層提供面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型的描述與實現(xiàn),以及各種應(yīng)用接口和技術(shù)服務(wù);應(yīng)用服務(wù)層實現(xiàn)PDM的各種功能,包括:文檔管理、產(chǎn)品配置、工作流管理及項目管理等;系統(tǒng)集成層則實現(xiàn)了與其他系統(tǒng)的集成,并可進(jìn)行二次開發(fā)。
本項目根據(jù)企業(yè)具體情況,采用Oracle數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)庫管理平臺,并對相應(yīng)的軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的配置。
3 航空發(fā)動機(jī)模具的數(shù)據(jù)管理
3.1 人員組織管理模型
人員組織管理模型也稱為組織一角色一權(quán)限模型,它規(guī)定了PDM實施范圍中的人員組織、角色、操作權(quán)限及操作命令表,是設(shè)置PDM工作環(huán)境的基礎(chǔ)。
本項目中的工作組包括綜合辦公室、質(zhì)量控制室、技術(shù)部和生產(chǎn)部,角色分為設(shè)計員、工藝員、項目主管、主任及技術(shù)工人。根據(jù)不同的角色和項目,設(shè)置其相應(yīng)的操作權(quán)限,以保證數(shù)據(jù)的有效性和安全性。PDM中的角色定義還可以根據(jù)實際需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,一個成員也可以同時擁有多個角色。
3.2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織
PDM實施的目的就是為了對產(chǎn)品在設(shè)計生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)有效的管理,從而實現(xiàn)“在正確的時間把正確的數(shù)據(jù)傳遞給正確的人。”PDM中的數(shù)據(jù)包括所有與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)和設(shè)計、生產(chǎn)、支持產(chǎn)品的過程。這些數(shù)據(jù)定義不同,經(jīng)常存在許多版本,有多重關(guān)系和語義。要對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行組織,就要建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織的模型。采用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹作為數(shù)據(jù)組織和管理的框架,是PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織的主要方式。
產(chǎn)品設(shè)計的過程,也就是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)生成的過程。通常通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述管理。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中,零部件按照它們的裝配關(guān)系組織起來,用戶將產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)與零部件關(guān)聯(lián)起來,最終形成對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的完整描述。通過產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)關(guān)系保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)聯(lián)性。
在產(chǎn)品設(shè)計過程中,隨著任務(wù)的分解細(xì)化,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹在不斷生長。將設(shè)計過程中的信息進(jìn)行提煉,從而形成完整的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理模型如圖2所示:
圖2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理模型
航空發(fā)動機(jī)模具設(shè)計加工過程涉及的信息數(shù)據(jù)數(shù)量巨大、種類繁多,包括生產(chǎn)任務(wù)信息、葉片產(chǎn)品模型、葉片毛坯、工藝流程、模具文件、工裝目錄、質(zhì)量記錄、產(chǎn)品交付單等,其格式有文本、圖片、表格、二維和三維CAD文件等。某航空發(fā)動機(jī)葉片模具的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹模型如圖3所示,圖4為在Teamcenter中建立的本產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。另外,通過相應(yīng)的權(quán)限控制,實現(xiàn)對模具相關(guān)數(shù)據(jù)的分類管理,項目組成員對需要的文件的可以快速檢索、瀏覽及批注,而不必關(guān)心文件的具體物理位置。
圖3 某航空發(fā)動機(jī)葉片模具的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型
圖4 葉片模具在Teamcenter中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹
以后的改進(jìn)和改型設(shè)計都可以在已有的產(chǎn)品模型和配置基礎(chǔ)上進(jìn)行,從而充分利用已有知識,縮短研制周期。
4 模具設(shè)計與制造的流程管理
流程管理的目標(biāo)是實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計和修改過程的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤與控制,是PDM系統(tǒng)的重要基本功能之一。Teamcenter提供的流程管理包括工作流管理、更改管理和新產(chǎn)品開發(fā)的管理。流程管理涉及到許多部門和人員,還受到傳統(tǒng)工作習(xí)慣的影響,因此,在流程管理的實施過程中,首先要對流程進(jìn)行詳細(xì)分析,建立合理的數(shù)據(jù)發(fā)放模型,實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的提交與修改、管理和監(jiān)督、文檔的分布控制、自動通知等,還要對已有流程進(jìn)行評估優(yōu)化,剔除其中的冗余環(huán)節(jié),確保數(shù)據(jù)流向的正確性和高效性。
流程管理是指某對象在一定的規(guī)則約束下從一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程,即從不確定的狀態(tài)變?yōu)榇_定的狀態(tài)。為了進(jìn)行有效的流程管理,必須建立一個結(jié)構(gòu)化的過程模型,來描述個過程步驟在邏輯上的串、并行關(guān)系。因此,必須首先確定相關(guān)的過程步驟,并將它們抽象成基本的任務(wù)單元,通過對這些基本單元的有機(jī)連接來構(gòu)建不同的產(chǎn)品開發(fā)過程,比如設(shè)計、審批流程、更改流程等。把每一個過程步驟與功能對象也要與執(zhí)行或接受這項任務(wù)的用戶、組、角色相關(guān)聯(lián),從而建立流程模板。系統(tǒng)的流程管理模型主要包含5個方面:(1)流程名稱及適用范圍;(2)流程中工作階段的數(shù)量,先后次序及返回邏輯;(3)每個工作對應(yīng)階段的人員、角色、表決模式;(4)在每個工作階段開始或結(jié)束時需要完成的特殊任務(wù);(5)流程中每個工作階段所對應(yīng)的版本變化規(guī)則。
在Teamcenter中,流程管理的目標(biāo)對象可以是文檔或零部件。文檔包括任務(wù)書、表格、設(shè)計文檔標(biāo)準(zhǔn)等,零部件是數(shù)字化模型,包括圖形、圖像等。建立流程模板后,指定每一步驟的具體執(zhí)行人,提交對象進(jìn)入流程,流程開始執(zhí)行。當(dāng)對象處于流程中時,其他用戶不能對文件進(jìn)行編輯修改,可以查看其目前所處的步驟和狀態(tài),包括提交、等待審查及己發(fā)布,用不同顏色和形狀的圖標(biāo)表示。當(dāng)流程結(jié)束,文件發(fā)布后,任何用戶對文件只能瀏覽。圖5是在Teamcenter中對工裝設(shè)計申請和模具設(shè)計流程的并行管理圖:
圖5 工裝設(shè)計申請和模具設(shè)計流程
上圖的流程中包括編制工藝規(guī)范子流程、模具設(shè)計子流程、工裝設(shè)計申請子流程等三個并行的子流程,利用多個并行流程同時進(jìn)行工作,解決手工方式串行的問題。
5 結(jié)束語
本文針對某航空發(fā)動機(jī)葉片模具的設(shè)計、生產(chǎn),在Teamcenter的基礎(chǔ)上構(gòu)建了數(shù)據(jù)管理體系和應(yīng)用實施方法,并詳細(xì)論述了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理和工作流程管理的實施過程,實現(xiàn)了基于單一數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)組織、管理和控制,保證了數(shù)據(jù)的有效性和高效性,縮短了研制周期。
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本文標(biāo)題:面向航空發(fā)動機(jī)模具的PDM應(yīng)用實施
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