（中國工程物理研究院 核物理與化學(xué)研究所，綿陽 621999）

0 引言

在機(jī)械生產(chǎn)制造過程中，隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品復(fù)雜程度的不斷增加信息系統(tǒng)的規(guī)模和容量急劇增加，為了改善企業(yè)部門的數(shù)據(jù)管理，提高產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)效率，產(chǎn)品全生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）平臺(tái)應(yīng)用而生。預(yù)計(jì)到2019年，中國PLM市場仍將保持較快發(fā)展勢頭，預(yù)計(jì)年復(fù)合增長率為14.6%。目前最為廣泛使用的PLM軟件是西門子公司開發(fā)的Teamcenter，法國達(dá)索公司開發(fā)的Enovia，美國PTC公司開發(fā)的windchill等[1]。

本文主要分析了Teamcenter平臺(tái)的核心能力和體系結(jié)構(gòu)，以某設(shè)計(jì)制造車間的PLM項(xiàng)目為典型案例，在二維軟件 CAD和三維軟件NX與Teamcenter無縫連接的辦公環(huán)境中進(jìn)行了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)等流程操作實(shí)踐。Teamcenter平臺(tái)將設(shè)計(jì)、工藝和制造等部門在設(shè)計(jì)制造過程中的各環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互共享，組織項(xiàng)目任務(wù)及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)并進(jìn)行文檔管理和工作流程管理。本文分析了PLM項(xiàng)目的實(shí)施方法，過程及在使用過程中面臨的一些關(guān)鍵問題，并提出了未來發(fā)展的方向。

1 Teamcenter的核心能力

Teamcenter支持在產(chǎn)品全生命周期中不同階段之間相互交換和管理BOM，將整個(gè)產(chǎn)品生命周期統(tǒng)一起來，讓不同階段、不同區(qū)域和不同系統(tǒng)之間的信息實(shí)現(xiàn)交換，使得用戶能夠消除地理、部門和技術(shù)之間的障礙和壁壘，從而可以縮短產(chǎn)品的生命周期，提高生產(chǎn)率。

針對交流途徑不暢帶來的信息壁壘，Teamcenter提供了一個(gè)很好的解決方案。在這個(gè)協(xié)同開發(fā)平臺(tái)中，所有參與產(chǎn)品生命周期的人員都能共享各種產(chǎn)品信息。產(chǎn)品生命周期的參與者能夠彼此進(jìn)行實(shí)時(shí)的協(xié)作交流，能夠連接用戶異構(gòu)的應(yīng)用系統(tǒng)，并使它們的產(chǎn)品數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同步，可以很好地支持企業(yè)整個(gè)產(chǎn)品生命周期中的流程持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。

2 典型設(shè)計(jì)制造用戶的應(yīng)用分析

2.1 典型生產(chǎn)制造車間的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過程

某典型生產(chǎn)制造車間具備從設(shè)計(jì)到工藝、下料、焊接、機(jī)加、表面處理、裝配和檢驗(yàn)的一整套綜合生產(chǎn)加工能力。車間在產(chǎn)品研制過程中經(jīng)歷了設(shè)計(jì)策劃，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)，工藝研究與論證，工藝工裝準(zhǔn)備與設(shè)計(jì)，生產(chǎn)制造準(zhǔn)備，產(chǎn)品制造與裝配，產(chǎn)品檢驗(yàn)與測試等環(huán)節(jié)。整個(gè)產(chǎn)品要經(jīng)過設(shè)計(jì)，工藝，調(diào)度和質(zhì)量等方面的多層次論證和考察。在產(chǎn)品的生產(chǎn)項(xiàng)目確定之前，設(shè)計(jì)部門人員需要與客戶溝通交流并進(jìn)行調(diào)研，在多方參與的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)可行性論證與評審。經(jīng)評審合格后的型號(hào)項(xiàng)目得以立項(xiàng)。在項(xiàng)目立項(xiàng)之后，計(jì)劃管理部門下發(fā)項(xiàng)目研制計(jì)劃，確定各部門的參與人員及工作節(jié)點(diǎn)。項(xiàng)目通常由不同專業(yè)人員構(gòu)成產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造團(tuán)隊(duì)，具體工作則由其在所在項(xiàng)目中的角色來決定。

具體說來，整個(gè)項(xiàng)目從設(shè)計(jì)，工藝，調(diào)度，質(zhì)檢四個(gè)方面著手。設(shè)計(jì)組通過客戶需求和市場調(diào)研完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。該過程中設(shè)計(jì)人員與用戶、工藝部門協(xié)調(diào)，通過設(shè)計(jì)評審進(jìn)行詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)提供相關(guān)技術(shù)文件，完成詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案圖紙和技術(shù)文件編制，經(jīng)過校對、審簽、工藝會(huì)簽等過程將項(xiàng)目轉(zhuǎn)到協(xié)調(diào)管理部門。項(xiàng)目協(xié)調(diào)管理人員在確定相關(guān)生產(chǎn)型號(hào)及時(shí)間節(jié)點(diǎn)后，將設(shè)計(jì)圖紙及技術(shù)文件下發(fā)到工藝設(shè)計(jì)部門。工藝設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)文件要求，進(jìn)行每個(gè)零部件的工藝和工裝設(shè)計(jì)。在工藝文件制定并經(jīng)審核合格后，生產(chǎn)調(diào)度人員則根據(jù)產(chǎn)品圖樣和相關(guān)工藝文件，確定產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)計(jì)劃。另外，調(diào)度部門負(fù)責(zé)整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中的人力、財(cái)力和物力的調(diào)度工作，質(zhì)檢部門負(fù)責(zé)跟蹤、檢驗(yàn)和監(jiān)督整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品質(zhì)量，與此相關(guān)的管理部門則負(fù)責(zé)產(chǎn)品相關(guān)技術(shù)文件和圖紙及其他文件的歸檔、借閱等工作。

2.2 車間產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中的若干問題

車間在生產(chǎn)制造過程中通常會(huì)面臨如下問題[3]：

1）各部門之間信息交流不暢通，導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)效率低下。例如，設(shè)計(jì)部門在進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)榕c工藝部門和生產(chǎn)準(zhǔn)備部門之間信息交流不暢，從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)的相關(guān)圖紙?jiān)诠に囆约吧a(chǎn)準(zhǔn)備方面存在無法實(shí)現(xiàn)等諸多問題。

2）電子數(shù)據(jù)利用率較低。在整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)流程中，因?yàn)闊o法直接使用電子數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)及工藝編制人員常常需要重復(fù)多次地進(jìn)行圖紙繪制及數(shù)據(jù)整理工作。由于電子數(shù)據(jù)分散，車間設(shè)計(jì)部門與工藝部門在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中形成的電子數(shù)據(jù)不能互相引用，形成了信息孤島，降低了整個(gè)工作效率。

3）紙介質(zhì)數(shù)據(jù)流動(dòng)過程中可能出現(xiàn)損壞，圖紙或相關(guān)文件丟失等情況。在紙介質(zhì)數(shù)據(jù)流動(dòng)過程中，圖紙丟失問題頻繁發(fā)生。

4）頻繁而突發(fā)的變更累積影響整個(gè)生產(chǎn)效率。頻繁而突變的變更無法進(jìn)行電子數(shù)據(jù)的及時(shí)匯編和整理，對下一次電子數(shù)據(jù)引用有一定影響。

5）缺乏有效的流程跟蹤及監(jiān)督的有效手段。項(xiàng)目相關(guān)的管理人員及技術(shù)人員對產(chǎn)品生產(chǎn)流程的監(jiān)控性很差，通常很難了解產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)度，相關(guān)環(huán)節(jié)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)也很難集中管理，導(dǎo)致產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息不充分、不全面，形成信息“孤島”。

2.3 車間基于Teamcenter設(shè)計(jì)制造協(xié)同平臺(tái)的應(yīng)用

車間在PLM項(xiàng)目實(shí)施的過程中，將CAD、NX與Teamcenter實(shí)現(xiàn)無縫連接，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互共享，并對整個(gè)流程進(jìn)行管理。在具體的實(shí)際應(yīng)用中，項(xiàng)目參與人員可以在Teamcenter協(xié)同平臺(tái)上進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)管理、項(xiàng)目任務(wù)管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、文檔管理、工作流程管理、變更管理、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)、報(bào)表管理、分類資源管理和歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)入等操作。

如圖1所示，針對車間的終端用戶需求，Teamcenter提供了一個(gè)多站點(diǎn)的設(shè)計(jì)制造協(xié)同平臺(tái)，通過以二維設(shè)計(jì)集成軟件CAD與三維設(shè)計(jì)集成軟件NX協(xié)同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，可以構(gòu)建企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)，包括組、角色、用戶和人員的創(chuàng)建方法，創(chuàng)建、編輯、保存和查看產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建及維護(hù)文檔對象等。用戶可以實(shí)時(shí)將CAD中的數(shù)據(jù)傳入到Teamcenter中進(jìn)行操作，如圖2所示。實(shí)現(xiàn)二維和三維數(shù)據(jù)與產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)的結(jié)合。項(xiàng)目相關(guān)人員將數(shù)據(jù)提交到工作流程后予以發(fā)布，相關(guān)管理人員選擇審簽、接收，并進(jìn)行處理。當(dāng)文檔中的數(shù)據(jù)發(fā)生變更時(shí)，系統(tǒng)將重新生成新的版本，變更管理關(guān)系，控制變更流程。在完成相關(guān)的流程后，系統(tǒng)將對所形成的報(bào)表進(jìn)行分類管理。

圖1 Teamcenter設(shè)計(jì)制造協(xié)同平臺(tái)框架圖

圖2 CAD圖紙導(dǎo)入

Teamcenter協(xié)同平臺(tái)可以協(xié)助實(shí)現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)管理和項(xiàng)目任務(wù)管理。如圖3所示，系統(tǒng)管理員可以構(gòu)建包括組、角色、用戶和人員的組織結(jié)構(gòu)，組織項(xiàng)目、任務(wù)等業(yè)務(wù)對象的創(chuàng)建和發(fā)放工作，從而保證了數(shù)據(jù)的安全性。

圖3 項(xiàng)目創(chuàng)建管理

圖4 跨系統(tǒng)流程執(zhí)行

另外，在Teamcenter設(shè)計(jì)制造協(xié)同平臺(tái)中，用戶還可以根據(jù)自己的角色分擔(dān)不同的任務(wù)。如圖4所示，用戶可以實(shí)時(shí)追蹤自己承擔(dān)項(xiàng)目的流程，進(jìn)行跨系統(tǒng)流程執(zhí)行。在工作流程跟蹤過程中，系統(tǒng)能及時(shí)對信息進(jìn)行反饋，如圖5所示，從而提高了用戶對項(xiàng)目的宏觀控制管理，提高了項(xiàng)目的完成效率。通過該平臺(tái)，用戶在工作流程執(zhí)行過程中可以完成和實(shí)現(xiàn)多種不同的操作（如圖6所示），包括創(chuàng)建、編輯、保存和查看產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，簽入、簽出、瀏覽對象，屬性查看和流程發(fā)起等。

圖5 工作流查看

2.4 車間基于Teamcenter設(shè)計(jì)制造協(xié)同平臺(tái)應(yīng)用過程中的若干問題

車間基于Teamcenter設(shè)計(jì)制造協(xié)同平臺(tái)應(yīng)用過程中的若干問題總結(jié)如下：

1）Teamcenter設(shè)計(jì)制造協(xié)同平臺(tái)系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，主要有客戶端和服務(wù)器端組成，而沒有本地客戶端，所以對網(wǎng)絡(luò)配置要求很高，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，則相關(guān)的設(shè)計(jì)制造數(shù)據(jù)將不能實(shí)時(shí)地保存到服務(wù)器端。

圖6 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理

2）軟件操作不熟練，以及操作失誤會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能完全、高效地管理。Teamcenter系統(tǒng)采用多層架構(gòu)，每一層只能和父層、子層進(jìn)行通訊，而不能跨層交流，與操作失誤相關(guān)的信息無法提取。

3）Teamcenter系統(tǒng)提供的可供二次開發(fā)的環(huán)境不能完全滿足客戶的需求，在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝規(guī)程設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)帶來操作上的若干不便利之處。

4）Teamcenter設(shè)計(jì)制造協(xié)同平臺(tái)對數(shù)據(jù)的辨識(shí)和適用性較差。該平臺(tái)要求數(shù)據(jù)模型統(tǒng)一，在設(shè)計(jì)模型與規(guī)范的基礎(chǔ)上，要求統(tǒng)一應(yīng)用系統(tǒng)，統(tǒng)一軟件系統(tǒng)版本，更深層次則需要統(tǒng)一數(shù)據(jù)的分類、編碼和組織模式等。

3 結(jié)論

該典型車間通過應(yīng)用Teamcenter設(shè)計(jì)制造協(xié)同平臺(tái)，可以顯著加強(qiáng)對數(shù)據(jù)的信息化管理，有效控制電子數(shù)據(jù)發(fā)布，保證數(shù)據(jù)安全，提高宏觀管控能力，協(xié)調(diào)建立設(shè)計(jì)、工藝和生產(chǎn)等部門之間的數(shù)字化信息交互共享，實(shí)現(xiàn)任務(wù)分配的合理高效。流程化的管理簡化了設(shè)計(jì)制造人員的工作流程，提高了工作效率，促進(jìn)了產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化，大幅度縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造周期，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，有效地降低了廢品率。