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(shì)，軍工制造業(yè)是我國(guó)制造業(yè)的重要組成部分，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和整體的技術(shù)進(jìn)步具有重要推動(dòng)作用，因此在軍工企業(yè)中推行數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)模型的數(shù)字化產(chǎn)品制造平臺(tái)，打通從設(shè)計(jì)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(jì)、工藝和制造的一體化應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、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(shí)現(xiàn)一體化的、基于三維的管理設(shè)計(jì)、工藝、制造過(guò)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(shì)。

    通力凱頓（北京）系統(tǒng)集成有限公司（以下簡(jiǎn)稱“通力有限公司”）作為國(guó)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(xiàng)目實(shí)施方法論為指導(dǎo)，結(jié)合眾多軍工制造業(yè)企業(yè)的實(shí)際產(chǎn)品研發(fā)及工藝制造過(guò)程和生產(chǎn)過(guò)程管理特點(diǎn)，基于全球先進(jìn)的PLM/MES系統(tǒng)平臺(tái)，以國(guó)防行業(yè)最佳實(shí)踐為參考，在北京長(zhǎng)空機(jī)械公司取得了該項(xiàng)目的成功試點(diǎn)。

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(jì)、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(jì)平臺(tái)和車間級(jí)生產(chǎn)管理平臺(tái)，以打通設(shè)計(jì)、工藝、制造和底層自動(dòng)化設(shè)備間的斷層問(wèn)題，實(shí)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(tái)總體上應(yīng)包括前端的CAD/CAE/CAM產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)劃系統(tǒng)(ERP)等，并基于產(chǎn)品生命周期管理(PLM)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息化全過(guò)程的貫通。通過(guò)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(tái)，并在此平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了工藝分工和基于三維的工藝設(shè)計(jì)、工藝變更、工藝文件管理等功能；通過(guò)MES監(jiān)控車間的生產(chǎn)計(jì)劃和執(zhí)行過(guò)程，基于條碼方式完成生產(chǎn)任務(wù)的報(bào)工和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量監(jiān)控和跟蹤等；并在TCM和MES兩個(gè)系統(tǒng)上進(jìn)行專項(xiàng)客戶化開發(fā)建立TEM，實(shí)現(xiàn)專用工裝的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃管理，以及工裝的生產(chǎn)和出入庫(kù)、借用、報(bào)廢管理等。最終，通過(guò)數(shù)字化產(chǎn)品制造平臺(tái)的實(shí)施，縮短制造周期時(shí)間，降低或消除資料進(jìn)入的時(shí)間，減少在制品，改善產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)全面的精細(xì)化過(guò)程管理和質(zhì)量管理等。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    3.1 構(gòu)建企業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造協(xié)同工作環(huán)境

    TCM將基于Teamcenter的Manufacturing作為管理平臺(tái)，方便在原有Teamcenter的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)工藝內(nèi)部的工作協(xié)同，同時(shí)要與設(shè)計(jì)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(jì)管理平臺(tái)

    采用全三維基于特征的產(chǎn)品表述方法，建立了一個(gè)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(jì)數(shù)據(jù)的唯一性。設(shè)計(jì)模型不僅描述設(shè)計(jì)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(gè)模型即可獲取全部信息，減少了對(duì)其他信息系統(tǒng)的過(guò)度依賴，使設(shè)計(jì)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(wèn)題。圖2為基于MBD的單一數(shù)據(jù)源產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)。

    圖2 基于MBD的單一數(shù)據(jù)源產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)

    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(shí)現(xiàn)車間的數(shù)字化和透明化管理，將車間各項(xiàng)制造訂單、計(jì)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(guò)車間看板系統(tǒng)和綜合查詢分析系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)信息分析和展示，為管理人員提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的決策依據(jù)，同時(shí)大量實(shí)時(shí)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(jì)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(jì)、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(gè)閉環(huán)，為產(chǎn)品的質(zhì)量?jī)?yōu)化奠定了基礎(chǔ)，圖3為MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)平臺(tái)總體架構(gòu)圖。

    圖3 MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)平臺(tái)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(diǎn)，建設(shè)一個(gè)以工藝數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以計(jì)劃管理為驅(qū)動(dòng)，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(tái)，該平臺(tái)包括的功能模塊有基礎(chǔ)建模管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理、調(diào)度派工管理、車間物料管理、現(xiàn)場(chǎng)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(jí)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(diǎn)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(dòng)本應(yīng)用；條碼標(biāo)識(shí)和RFID射頻技術(shù)的應(yīng)用；三維工藝文件在現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)指導(dǎo)和執(zhí)行；各類形位公差特征符號(hào)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(jì)工藝管理、工裝生產(chǎn)制造管理、工裝庫(kù)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(gè)部門，實(shí)現(xiàn)由訂單提請(qǐng)-工裝設(shè)計(jì)-工藝編制-生產(chǎn)制造-庫(kù)房管理-返修報(bào)廢全生命周期工裝管理。

    企業(yè)通過(guò)實(shí)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(jì)PLM端和產(chǎn)品制造MES端及產(chǎn)品庫(kù)存端的信息，通過(guò)條碼化電子標(biāo)識(shí)手段可逐步取代傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)模式以及傳統(tǒng)“卡片、賬本”生產(chǎn)管理模式和庫(kù)房賬本管理模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)、精益化制造管理、全面化資源共享的整體目標(biāo)。

    3.5 實(shí)現(xiàn)工裝設(shè)計(jì)與制造管理信息集成

    基于Teamcenter和Camstar Manufacturing各自的設(shè)計(jì)工藝管理功能和庫(kù)存管理功能以及兩者的信息集成，實(shí)現(xiàn)專用工裝的設(shè)計(jì)工藝過(guò)程管理，并與企業(yè)整體工藝規(guī)劃過(guò)程融合，形成設(shè)計(jì)任務(wù)、生產(chǎn)任務(wù)和交付完成的全過(guò)程信息互動(dòng)，提高了工裝設(shè)計(jì)和制造配套的效率，取消了傳統(tǒng)的工裝卡片管理方式，實(shí)現(xiàn)工裝庫(kù)信息化，動(dòng)態(tài)記錄現(xiàn)有工裝庫(kù)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(shí)準(zhǔn)確地傳遞給ERP\MES\DNC系統(tǒng)，貫通了設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)信息流。同時(shí)，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(yǔ)

    數(shù)字化設(shè)計(jì)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(lái)獲得更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力就必須通過(guò)不斷的創(chuàng)新來(lái)實(shí)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(jì)、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(shí)現(xiàn)信息的高度共享和集成，逐步實(shí)現(xiàn)以PLM為核心的基于三維設(shè)計(jì)的ERP、CAPP/MPM、MES、DNC等信息化系統(tǒng)集成，最終可打造從設(shè)計(jì)到工藝再到制造和服務(wù)的全生命周期信息化。

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本文標(biāo)題：基于PLM的三維數(shù)字化車間整體解決方案

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