浅论制造业PDM技术的应用与实施

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一、引言 鉴于当前国际国内制造业科技发展形势和我国中小企业发展的实际情况，从长期全局角度考虑，有必要加快我国中小企业数字信息化建设的步伐，以适应日新月异、突飞猛进的现代国防工业科技发展速度。 早在1994年，美国波音飞机公司在推出波音777大型双发运输机的时候，从设计、分析、制造、装配、管理等各个环节都已经全部实现全过程无纸化。 波音公司在767-X项目上，总结过去的试验经验，选用CAD/CAM系统作为设计工具，使设计员在计算机上以三维方式设计全部零件，进行电子预装配。这样，从工程部门到使用部门都可以共享这些设计模型，可以尽早获得有关技术集成、可靠性、可维护性、工艺性、便于服务等方面的反馈信息。 CAD/CAM技术已经显示出，在计算机上很容易构造零件的三维数字化模型、修改模型、配合检查和实现模型信息的共享。利用快速共享产品几何数据和修改零件定义的能力以及计算机高度自动化的优点，很容易实现飞机设计过程中的任何改变。已有的实践经验告诉我们，系统的零件配合干涉检查功能的最大贡献是减少设计变更、错误和返工。 所以，767-X的战略是集中公司的计算机设备和有关专家，把767-X的所有零件定义成三维实体模型。并在零件设计发放以前，在计算机上完成所有零件、工装和装配件的数字化预装配工作。 波音公司从767-X项目开始，采取一系列重大技术措施来改进设计几何定义，并以提高飞机制造质量、降低成本和缩短周期为目标。这一开创性工作的核心体现在三个主要设计方面：百分之百产品数字化定义、三维实体模型数字化预装配和并行方式的产品定义。 其公司约有6800台工作站，其中1800台HP工作站、1800台IBM/RISC-6000工作站、2000~3000台SUN工作站，其他是一些SGI工作站，还有几百台主机系统和几万台微机。在如此众多的硬件平台上大约运行着800多个不同的应用软件。怎样使这些运行在不同硬件平台上的软件系统实现系统信息集成，实现基于并行工程思想基础上的对多种产品（从民品到军品）的无纸设计制造技术，其关键是采用产品数据管理系统，使庞大的公司的一切业务活动处于有序可控之中。因此飞机的设计/制造工作既要具有很大的柔性（适应性），又要使企业管理简化，以便提高效率，降低成本（25%），缩短产品设计/制造周期（50%），提高产品质量，最大限度地满足用户市场的需要。 我国中小企业应当向美国波音飞机公司学习先进的成功经验，努力向此方向发展，紧跟世界顶级企业的发展步伐。 # b, B* G' }2 P6 |+ }$ d, d6 j0 t目前我国中小企业的现状是：厂内已建立局域网，初步实现数据、资源共享。所使用的设计软件主要是美国AUTODESK公司的二维AUTOCAD软件和少部分三维CAD/CAM/CAE软件。 5 Z4 C! e& A  ~! L* Y3 S2 X- K二维AUTOCAD软件只是一种电子图板，其优点是二维绘图功能强大。其缺点是显而易见的：所有的设计均为平面设计，无法进行三维零件设计、三维工装模具设计、装配设计、 静态干涉检查、有限元分析、运动分析、平衡分析、数控机床的NC加工编程和产品数据管理PDM及企业资源计划ERP。 . P' N# F) `" d" X; T5 r+ ?4 TCimatron4.0三维CAD/CAM软件，是当今国内先进的三维中端CAD/CAM/CAE软件之一，其优点是设计功能强大，模块众多，可以提供完整的世界一流的数字化仿真解决方案，帮助用户优化产品开发的全过程，以满足产品严格的质量和性能要求。 " Z" A7 [2 v+ W二、加快企业发展从根本实施长期解决方案 ( k1 n6 t5 J- C  a首先技术管理人员应人手一台电脑。配置先进的三维CAD/CAM/CAE软件和PDM产品数据管理软件及ERP企业资源计划软件。根据我国中小企业的实际情况，绝大部分零件是高难度的复杂零件，要求精度较高，加工方法困难，而少数是简单零件。故可采取如下软件配置方案： 4 F# \2 t( j6 t$ V# {' N1、CAD/CAM/CAE软件   s( f* U+ r* }) r% |' u+ R目前，世界上较好的三维中端CAD软件主要有：Solid Edge、Solidworks和Cimatron等。较好的三维高端CAD/CAM/CAE软件主要有：ug、PRO/E、CATIA等。 建议配置以三维中端CAD/CAM/CAE软件为主，三维高端CAD/CAM/CAE软件为辅，两者相结合，逐步淘汰二维AUTOCAD软件。三维中端CAD软件的特点是易学易用，价格低廉，具备三维高端CAD/CAM/CAE软件的绝大部分功能，可以满足我公司及其他国有企业普遍部门的使用要求。绝大多数设计和工艺部门配置三维中端CAD软件，少部分设计和工艺部门及加工中心应配置三维高端CAD/CAM/CAE软件。 2、PDM产品数据管理软件 产品数据管理PDM（Product Date Management）是90年代初才开始在国际市场上形成软件产品的一种新技术。由于它起源于CAD系统的文件管理，所以早期的PDM应用重点是工程技术变更的管理，如各种图纸、文件的审查批准等，目前已有重大发展。PDM将管理从概念设计、计算分析、详细设计、工艺流程设计、制造加工、文档信息、销售维护至产品消亡的整个生命周期内及其各阶段的相关数据，使产品数据在整个生命周期内保持一致、最新、共享及安全，成为真正实现并行工程、无纸化设计制造的基础。 5 S% }0 O$ o0 m( H: V实现成功的产品数据管理需要经历下列四个步骤。 4 _+ i% Z" u5 P/ Q2 {2 ?9 [2.1 文档控制（Document Control） 使所有CAD文件在PDM控制下； * X! T' t, u% g给零件和文件赋以特性，作为跟踪产品的规范； ) `5 B0 n7 O; W  \% _建立用户表，同时赋给他们存取权限； 把非CAD工程数据也置于PDM控制之下； 开发进行工作和发放文件标准； 2 s# `" x5 ]& x3 P准备一套标准的数据有效范围的报告； 制定一套数据备份规则。 2.2 设计评审管理（Design Review Management） 建立项目设计和管理组； , N' L0 Q9 ]' y$ I  \0 Z确定设计过程并描述工作流； + y) A3 L' j- I! O4 B# W制订成功的完工标准； 建立通告表； ' R+ Z& r8 U8 C2 c; v( [2 J* V通过系统强化所需的特性信息。 2.3 更改管理（Change Management） 5 w& a8 h5 w% H5 r$ W) q* T扩充评审手续到相关系统； # {; W, ]6 n7 Z& P: Y' s确定工程更改指令ECO（Engineering Change Order）处理方法； 7 L9 O- f' G, r9 `5 j授权工程更改指令工作组； ! t# }& f, |% R; }9 ^! A' m/ e3 ~建立版本更新标准； 4 ~2 G. o! o/ K9 D% P# i- [  B确定ECO通告规则； 使PDM消息发放与电子邮件（E-mail）系统集成； 设计与MRP和其他系统的接口。 / [$ a! b/ Q: q4 k. I1 `4 M4 j5 F2.4 构形管理（Configuration Management） 2 y  Y) B' h+ o+ i8 o7 `: m+ H# [确定处理标准材料表BOM（Bill Of Material）的方法； ) B& x% G! {. ]; b2 F/ J1 G定义产品生命周期里的数据要求； 测试多功能任务工作组； 制订各阶段实现计划。 3、从零件设计、装配设计、动静态干涉检查、有限元分析、运动分析、工装和模具设计、工艺设计、数控机床的加工编程和产品数据管理PDM及企业资源计划ERP全部在计算机上完成，尽可能实现全过程无纸化。从而缩短产品设计、生产、交货周期，进一步满足用户小批量、多品种、短周期的订货要求。另外，由于数据的共享，可以最大限度地避免各个部门之间毫无意义的重复性劳动，从而节省大量的人力、物力、财力和时间资源，进一步提高劳动生产率。 这一战略性计划主要体现在以下三方面： 3.1、所有零件在CAD/CAM系统上进行三维设计，而不在图板上进行； ! z0 ^% c* w4 N  J3 w7 [4 N& V3.2、所有零件在计算机上进行三维数字化预装配； * \, K; h' A/ i# O3.3、在进行产品数字化设计时，并行进行结构的详细设计、系统安排、分析计算、工艺计划和工装设计等工作。 根据这一战略性计划，在所有项目中，工程部门不仅提供全部符合要求的设计，更重要的是设计人员应把所有零件设计成三维实体元件，并把它们集成到数字装配件中，以保证所有零件在装配中无干涉现象，所有配合面都协调。工程部门还应为制造计划人员做准备工作，使工艺计划和工装设计人员与设计组其他设计人员并行工作，以便在零件设计发放以前，使设计人员得到工艺性的反馈信息。 本方案的优点是数据、资源共享，文件的使用和管理权限得以控制，避免了各部门之间的重复性劳动，生产效率得以显著提高，从根本上解决产品数据管理PDM和企业资源计划ERP的问题。在公司有能力的情况下，可以一次性投资，完成逐步适应的过程。 4 h# h/ v: [" o. b+ l* c7 T; [三、鉴于我企业资源设施投资力度有限，设备管理尚未成熟，数控机床随之日益增多，数控加工工艺及加工程序的管理有待进一步加强，这种情况下可以采用短期临时解决方案 7 W& p* y. O0 Y' W1、对于已定型产品的三维零件模型及加工文件（包括装配文件、刀轨文件、加工程序及相关配置文件），必须全部备份，共备份三份。第一份硬盘备份，由计算中心保存；第二份光盘备份，也由计算中心保存；第三份光盘备份，由使用单位保存。 备份方法：由使用单位通过厂内局域网将文件传输至计算中心的服务器中指定的目录下，由计算中心进行硬盘及光盘备份。 备份介质的外标签上必须注明：使用单位，使用CAD/CAM软件名称及版本号，使用机床名称及型号，产品号（名称）、零件号（名称）和工序号（名称）。 0 m, f5 o; \( f) M- i文件夹命名规则：产品号\零件号\程序号。 程序号由4-6位阿拉伯数字构成。如：XXXX-YY，XXXX表示零件号后四位或后三位，YY表示工序号。 ; \+ h& i0 ?. i! ?' Q2、对于已定型产品的加工工艺规程，必须有刀具表，刀具表上应注明：车间、设备型号、零件号、夹具号、程序号、子程序号、编程、校对及日期。 - |% R) s2 z: ?& |/ m% F3、对于已定型产品，如因设计长期更改、工艺长期更改，而导致零件模型及加工文件相应更改，则应在本批零件生产完成，确认加工程序正确无误后，重新备份，备份文件由编程员发工艺通知单（一式两份），发送计算机中心以便重新覆盖原文件。 * ?6 M; w) @7 ^9 S& s4、关于三维零件模型及加工文件的校对，由一人建模编程另一人校对，零件模型的全部尺寸均以中差设计建模，并经首件三检合格后确认。 本方案的优点是投资少，可暂时满足工厂的短期需要。缺点是数据、资源无法及时更正，文件的使用和管理权限无法控制，各部门之间的重复性劳动难以避免，生产效率无法提高，没有从根本上解决产品数据管理PDM和企业资源计划ERP的问题。 四、结论 随着计算机应用的迅速发展，采用计算机辅助技术和先进的信息管理技术是企业更新改造、提高产品竞争力的必由之路，在实施PDM系统的整个过程中，必须针对企业目前存在的问题以及财力和技术现状，围绕企业的发展规划和远景目标来组织实施。选择合适的产品与软件供应商，制定可行的实施策略，从部分应用开始，分步骤、分阶段地制定目标，一步一步地推广实施。 % u  ]" R% Z1 B' p, N+ B附刀具表格一份： 6 T3 ]% j: E$ z, z# h5 Z) b【参考文献】   U' ]. \% _7 d/ ?3 ?6 q1．北京航空工艺研究所：《航空工艺技术》2/1996和4/1997。 5 k/ T$ r8 y% x5 ?* @2．《航空工艺技术》4/1997之P7〈产品数据管理PDM和波音公司的应用策略〉一文。 ( o& @$ K7 ^! q9 l: z9 i5 _5 u3.《航空工艺技术》4/1997之P9"波音商用飞机公司PDM应用计划"一节。 4 f  W7 s! w% U9 _
+ ?* p1 d  L6 B- U# B 刀 具 表
产品型号：	零组件号：
使用单位：	设备型号：
工 序 号：	夹 具：
程 序：	子 程 序：
编 制：	校 对：
TOOL# D# 刀 具 说 明 加工部位 加工顺序 备注 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16 T17 T18 T19 T20 T21 T22 T23 T24