现代模具企业的信息化实现

大老虎

现代模具企业的信息化实现
现代模具行业的管理模式是怎样的，她存在哪些问题，需要如何改善？这种管理模式对信息化有什么需求，是否有相对明确的需求指导企业进行信息化建设？模具行业的信息化实施普遍存在哪些问题，她是怎样与本行业的其他信息化项目如何实现互联互通呢？管理信息化工作应该如何帮助模具企业实现一体化制造？上述问题是模具行业信息化建设过程中众多的决策者普遍遇到的问题，那么模具行业应当如何解决这个问题呢？我们结合北汽福田潍坊模具厂信息化建设情况，探讨现代模具企业的信息化实现。
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; i" ~# s* q! b4 p+ w: P一、模具行业信息化需求

( X4 Q4 W/ D8 C: X作为典型的离散制造产品，单件、无重复性是模具企业最鲜明的生产特点，设计、制造之间的并行工程应用非常广泛，设计过程反复、制造过程反复、生产计划准确性差、设计与生产数据的传递易出错等问题。特别是由于模具的制造周期长，沉积的数据量庞大，如何管理好这些数据并保证数据的版本是现代模具行业面临的一个课题。
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要改善这些管理中的问题，保证企业的顺畅运转，不仅需要先进的管理理念，还需要在理顺现有管理流程的基础上，针对实际情况进行合理的再造，通过应用先进的软件系统实现管理的信息化。
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% _. j# K. _4 Q, W8 }4 _. d1 z模具行业的信息化需求与其他行业基本相同，差别在于模具行业对于数据的知识管理、并行的需求以及对庞大数据量的管理：产品设计对知识管理的需求；产品设计数据版本管理的需求；设计、制造并行的需求；大数据量的管理需求；数据传输的需求；生产计划管理的需求；生产进度反馈的需求。

二、模具行业信息化实施存在的问题及解决方案
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8 {7 \( U4 S3 x4 P在模具行业信息化应用初期，企业在技术开发上大量采用了先进的设计、加工、分析软件，在管理上也采用了众多的进销存软件管理物流，但是这些企业大部分往往仅在局部实现了信息化，却没有一个整体的解决方案。在实际应用中，存在着以下突出问题：（1）产品设计数据大量掌握在设计人员个人手中，不能形成知识管理；（2）产品设计数据版本管理混乱，容易造成人为错误；（3）设计并行、制造并行、设计与制造并行之间容易出现协同失误；（4）独立的管信息系统容易形成信息孤岛，造成数据传递时出现失误；（5）生产计划和车间执行情况缺乏控制。
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对于上述问题，北汽福田潍坊模具厂针对性的实现了高度集成的信息化整体解决方案。
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" o# N- V4 {, n. T8 \/ v; o3 e北汽福田潍坊模具厂是福田公司设在山东的一个车身开发装备事业部，模具的设计与制造水平已达到较高水准，企业自建厂之初一直将其作为企业技术进步的重要手段。2001年企业承担了国家863项目《产品及其模具的协同设计与制造》，先后完成了福田模具PDM产品数据管理系统、福田模具CAPP系统、福田模具ERP系统，目前正在进行MES车间制造执行系统和BI企业集成信息平台的建设。

& t( a+ A/ e. n" j' A6 p1.PDM平台可以实现产品设计的知识管理和产品数据的有效控制
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模具产品具有非常鲜明的特点，以前的模具开发方式大都沿用顺序设计，遵循“概念设计→详细设计→工艺设计→加工制造→试验验证→设计修改”大循环，通过应用PDM产品数据管理平台，可以为企业搭建一个协同、并行的开发环境。
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潍坊模具厂以Teamcenter Engineering系统作为协同设计的集成框架，建立统一的产品信息模型，实现数据、信息共享，与分布应用工具实现集成，提供了一个实现项目管理的环境。它集数据库的数据管理能力、网络的通讯能力以及过程的控制能力于一体，实现了在分布式环境中设计和制造活动的信息交换与共享，并对设计和制造过程进行动态的调整和监控，支持各子系统协同工作和资源优化配置。

PDM产品数据管理平台对模具开发应用具有以下优点：（1）通过项目管理，实现模具项目组的有效管理；（2）通过PDM协同工具，为模具的开发提供完善的并行工作环境；（3）通过数据封装，集成不同设计软件和办公软件，确保与上下游企业和协作企业的交流；（4）统一完整的数据发布，实现PDM与CAPP、CAE、ERP的有效集成；（5）应用标准数据库和技术知识，个人经验转化为企业的知识——此项应用对于人力资源流动频繁的模具行业来说意义非凡；(6)可以方便的搭建管理包括客户要求、设计、质量、制造、交付的管理信息的集成平台，实现对模具全生命周期数据的管理。

图1 PDM产品数据管理平台

) v- ?: f+ v& \: {2.基于PDM平台进行三维实体设计
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  d/ O; x; r6 {' a  c对潍坊模具厂来说，企业在实施PDM系统之前先后两次推进三维实体设计模式，但最后都无疾而终。随着PDM产品数据管理系统的应用，三维实体设计技术有了依托，企业模具设计轻松实现了全三维实体建模技术。

( F' T5 N# I0 R/ E) Z7 [3 c在PDM平台上，依照日本三住和三协标准建立完整的标准件库——利用ug/part familily快速建立，使用Excel进行控制相近拓扑关系的标准件模型，快速生成模具所需要的标准件。标准件库的维护工作简单、方便，标准件参数的修改或者标准件规格的增加，直接修改Excel表格数据或者增加行，通过数据驱动，就可以添加新的标准件。通过使用完全参数化的标准模架数据库，模具外形关键参数长、宽、高尺寸由模具装配prt文件控制，当改变数学表达式中有关变量的取值时，与之相关零件模型中的相应尺寸标注值亦发生变化，通过尺寸驱动模块处理后即可生成新的模型。针对模具设计的特点，应用三维实体设计模板，设计时采用相近的三维实体模板，通过更改相关参数、更换点面，即可快速的设计出规范、标准的模具。通过应用PDM系统中的产品结构与配置功能，三维实体数据可以自动生成模具结构明细表。这些应用，都是提高设计效率和设计质量的有效手段。

% z! R/ P- R, U' i图2 三维实体建模

* C! y  ~- l, r4 [3.三维实体加工提高企业制造水平

三维实体设计最终的效益体现在加工，潍坊模具厂基于PDM系统开展了三维实体编程，模具泡沫实型实现了全型面数控加工，一套模具实型制作由10天减少到4天，降低了实型制作成本40%以上，提高实型工作效率50%。

泡沫实型三维实体加工的核心在于数控编程，潍坊模具厂三维实体加工编程的基本思路是实体剖切分层，翻转加工。第一步是膨胀，将铸件的膨胀余量考虑在内，然后审查其可加工性，接着分层、编程、下料、编制程序单，通过固定编程操作顺序，减少编程出错率。

. J8 y* n. @& P4 X& X: Q' A$ A& X三维实体加工应用，是模具行业实现企业全面信息化的一个突破点，无图纸制造、无纸化加工、数字化制造，乃至数字化工厂的实现，都必将由此开始。

( G8 }, Q1 t# G2 {) h( }2 R图3 三维实体加工编程

4 F9 ~; {9 C3 y3 N2 [1 l/ @# K+ f4.CAPP系统与PDM平台的集成

$ N6 L$ [! V6 _# c& x( R6 j( q潍坊模具厂工艺编制工作原来由每位设计人员进行，设计人员既是设计者又是工艺编制者，不仅工艺标准不统一，还时常耽误车间工艺，多样的工作也严重影响设计进度。应用CAPP系统以后，通过典型工艺等模块的应用，工艺编制规范、准确，工艺编制人员减少到一名。其中：典型工艺管理积累了经验，模具工艺经验转化为工艺知识管理；利用集成接口可以方便地浏览ERP库存、设备信息，保证模具信息传递流畅。最重要的是，数据信息的一致性得到了保障，从PDM、CAPP到ERP，数据流转顺畅、准确，保证了管理的高效性。

图4 CAPP系统

+ a6 y; R3 V: ~5.ERP系统与PDM、CAPP无缝集成

PDM、CAPP系统可以看作是一个基础的数据平台，ERP系统则是一个三维数据、信息的综合利用环境，是验证PDM、CAPP系统是否成功的一个标准，也是企业信息技术产生效益的最终体现。潍坊模具厂在在成功实施完成PDM和CAPP系统之后，设计管理实现了有效的管理，为了提高企业管理水平，工厂实施ERP系统。由于源头数据全部来自于PDM管理平台，整个模具项目从合同签订、主生产计划编制、物料需求计划运算、标准件与物资的采购管理、模具多工序与单工序外协管理、库存管理、生产车间管理可以全部在ERP系统中实现管理。

! m+ J! g2 j! IERP系统接到订单以后录入订单信息，计划人员编制生产计划，设计完成后PDM和CAPP将设计BOM、工艺BOM发布到ERP，ERP系统根据生产计划、设计BOM和工艺BOM自动计算出采购计划、外协计划和自制计划，计划充分靠了库存信息、在途信息和占用信息，可以帮助企业实现仓库的零库存管理。

$ m5 T( A& ^/ m$ k2 F图5 ERP主界面

* f5 k9 K. H- [( ?6.系统集成

企业在实施不同的信息化项目时，极易出现信息孤岛。潍坊模具厂在推进信息化应用时，秉承“总体规划、分步实施，顺序实现、数据集成”的原则，按照数据的流转方向按顺序实施，从PDM系统到CAPP系统，再到ERP系统和MES系统，乃至整个的企业集成信息平台，由上倒下、由粗到细，全面的实现信息化管理，同时各个系统全部以PDM系统为核心，完全实现了一体化制造的目标。

; k8 N  @- ~+ g4 m图6 系统集成

+ x( K8 g8 C6 q- f+ e系统应考虑使用统一的数据库底层平台，保证PDM、CAPP、ERP、MES以及BI系统的完全集，保证模具在整个设计制造过程中信息流转准确、迅速，达到缩短制造周期、降低成本的目的。
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四、模具行业信息化工作实现企业一体化制造的方向
- M3 u2 N- `9 C6 ]* o% N, \5 F  A模具行业信息化建设是近几年借鉴其他行业基础上快速发展起来的，目前众多的模具企业开始实施PDM系统、ERP系统以及MES系统，但是在系统的应用上面都没有充分考虑信息的集成，没有一个全局的应用概念，结合潍坊模具厂系统应用情况，我们的经验和目前的应用方向如下：
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1.按数据流转顺序，分步进行系统实施
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目前很多模具企业在实施信息系统时往往不是从数据的源头开始，从系统接口来说会给后续系统造成更大的工作量。从图7可以看出，按照数据流转的顺序进行信息系统实施，可以大大减少各系统之间数据接口的开发，保证数据信息的统一，实现完美的集成。反之，则需要开发更多的系统输入接口。

图7 系统及系统间的接口

图8 逆数据流转实施系统后的接口

2.数据集成

不同系统之间的无缝集成，是企业推进信息化建设时需要首先考虑的一个重点，特别是对于搞技术含量、数据量庞大的模具行业来说，数据的手工传递、数据误差等小错误，对模具的精度控制来说无疑都是灾难性的。
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; M5 K& i' @! ]  }/ V8 ]8 K+ s7 e3.无图纸制造应用
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无图纸加工是目前许多模具企业流行的应用技术，在普遍采用数控加工设备的基础上，利用三维实体设计、CAM精细化编程和精细化仿真，模具型面采用数字化加工，实现无图纸加工应用，确保一次性达到图纸的技术标准要求，可以提高模具的加工效率和加工质量，使企业获得更好的经济效益。

4.集成平台建设

随着企业信息化建设的深入，PDM、CAPP、ERP、MES、OA应用以后，各个系统虽然后台数据库是无缝集成的，但是前台软件仍需要单独登录。同时由于各系统大多是基于C/S结构，需要安装客户端运行，这样就会影响系统的使用范围。另外，各个系统之间的数据也需要一个共享平台展示出来，因此需要搭建一个集成的信息平台，以实现：一次登录进入多系统；信息系统实现WEB方式应用，简化安装，减少硬件制约，扩大应用范围；信息实现单点录入，多点共享；取消纸介质和电子文档信息传递，实现数据在平台内部流动。
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5.数字化制造
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数字化制造首先是敏捷制造，它是未来制造系统的模式，是指在由客户个性化需求驱动的动态市场环境中能够予以快速响应，创造机会的一种能力，也是模具企业快速应对多变的开发环境的重要手段；其次是无钳工装配，目前少数发达国家已经在部分模具零部件开发上实现了模具的无钳工装配，无钳工化加工的核心技术就是实现全数字化的加工，通过前期的精细化编程以及数控加工直接保证模具达到装配和冲压技术标准要求，减少人工的参与，实现模具制造一体化——这是模具企业制造模式的终极目标。