离散制造业产品全生命周期管理PLM应用研究
引言
离散制造业在我国工业领域长期占据重要位置,但是传统的离散型制造企业在创新能力、生产效率和 效益、生产模式、信息化建设、研发能力等方面仍有待提高
这些因素制约着智能制造模式在我国工业中的 快速发展。产品数据管理平台PDM技术已在很多制造行业中得到广泛应用。
由于离散制造行业产品品种多、批量小,在离散制造行业中产品数据管理 PDM 的功能依然以管理设计图纸模型数据为主。
随着智能制造的提出和相关技术的不断发展,传统PDM已无法满足离散制造行业的发展。作为PDM的扩展,产品生命周期管PLM已成为企业发展的必经之路。
离散制造行业基于订单进行设计,设计周期长,出错率高,同时仿真复杂,设计与产品使用脱节,产品交付后往往难以追踪。
通过PLM平台的建设,可以实现设计、工艺仿真、制造一体化,使得产品设计周期和设计质量得到大幅提升,产品升级改进周 期大大缩短。
现代产品生命周期管理平台中的内容相当丰富,为智能制造提供了许多信息化工具,其主要功能如图1所示。
工厂层:通过对工厂整体工艺规划、生产设备布局、生产过程进行仿真,确保产品生产过程顺利进行。
离散制造由于生产节拍不一致,各生产工位之间、生产工位与物流系统之间都需要协同,因此在建厂或者工艺改造时,应充分考虑各种因素,避免工厂工艺节拍失调和投资浪费。
产品设计层:在产品设计时利用三维参数化设计工具、设计成本控制、产品性能仿真等手段
在缩短设计周期的同时保证设计质量,并从设计端控制设计成本,实现目标成本管理功能。
工艺设计层:工艺包含结构化三维工艺、三维加工仿真、三维装配仿真等内容。
通过结构化的三维工艺, 将工艺数据传递给下游MES系统,指导各工位按工艺要求进行相应工序内容。
通过三维加工仿真与三维装配仿真,确保产品工艺设计的合理性和准确性。
制造层:将制造所需数据通过WEB、3D-PDF等形式进行分发展示,使得车间生产员工更直观地看到产品和工艺内容,
将工艺人员编写的加工程序发送给现场数控设备,并将现场数控设备的最终程序保存至PLM系统。
售后层:通过现场采集的数据对产品进行不断改进,通过售后数据的整理分析,实现产品售后追踪,解决产品存在的问题,进行更新换代。
平台层:通过项目管理、资源库管理、知识库管理、BOM管理、协同管理以及集成接口等,实现平台与设 计分析工具软件以及各系统的互联互通并对平台内的数据进行归档分析,保证数据传递的正确性和及时性。
与此同时,实现企业内部设计到制造、企业外部上下游企业对模型的重用和同一平台协同,达到提质增效和知识积累的目的。
随着PLM技术的不断发展,西门子公司提出了数字孪生模型的概念。
数字孪生模型不是一种全新的技术,它具有现有的虚拟制造、数字样机等技术的特征,并以这些技术为基础发展而来,如图2所示。
虚拟制造技术以虚拟现实和仿真技术为基础,对产品的设计、生产过程统一建模
在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用及回收整个生命周期的模拟和仿真,从而无需进行样品制造,
在产品的设计阶段就可以模拟出产品及其性能和制造流程,以此来优化产品的设计质量和制造流程,优化生产管理和资源规划,达到产品开发周期和成本的最小化、
产品设计质量的最优化和生产效率最高化,从而形成企业的市场竞争优势。
将数字孪生模型应用于离散制造业,建立基于模型的企业(Model Based Enterprise,MBE ),是满足离散制造多品种、小批量的制造新模式。
MBE在整个企 业以及上下游的供应商之间建立一个集成的工作环境,各业务环节均在全三维产品定义的基础上开展工作,有效地缩短了整个产品的研制周期,提高了产品质量和生产效率。
在MBE技术实施过程中,在产品设计、生产、管理各环节所使用的数据全部在三维模型上体现,使产品工厂数据的结构特征增强,数字化程度不断提高。
MBE建立在全三维产品定义上的集成和协同环境,并能在整个产品生命周期内共享,保证从概念设计到产品实现的快速性、准确性和经济可承受性。
MBE使下游用户在三维模型基础上增加3D产品定义数据,以保证模型重用的准确性。
模型中包含产品需要的所有信息,可以被非设计人员查阅或自动提取信息,取代传统的图纸文档。
企业将其在产品生命周期所需要的数据、信息和知识进行整理,结合信息系统,建立便于系统继承和应用的产品模型和过程模型,
通过模型进行多学科、跨部门、跨企业的产品协同设计、制造和管理,通过模型支持技术创新、大批量定制和绿色制造。
基于模型,整个企业实现精细管理、敏捷制造和知识共享。
产品全生命周期管理平台与其他系统的集成
产品全生命周期管理平台与其他主要业务系统的集成内容如图3所示。
PLM与客户关系管理(Customer Relationship Management,CRM)系统的集成:
客户可实时了解项目的设计进度,根据技术协议中的节点时间审查项目重要资料,并对评审结果进行记录;项目交付时,可以通过系统直接将项目交付资料进行发送。
PLM与企业资源计划(Enterprise Resource Planning,ERP)系统的集成:
ERP系统将订单信息中与设计相关的关键信息发送给PLM平台生成设计项目,PLM平台将设计结果中的工艺路线和产品BOM发送至ERP系统进行MRPII运算,保证项目按计划 节点顺利进行。
PLM与供应商关系管理(Supplier Relationship Management,SRM) 系统的集成:
可以让供应商在 PLM平台中进行协同设计,对供应商的设计进度与设计内容进行审查和考核,同时对供应商的交付资料进 行统一管理,保证供货质量。
PLM与制造执行系统(Manufacturing Execution System,MES)的集成:将基于模型的工艺指导书下发到车间各工位,内容可以是PDF、网页、视频,充分展示工艺内容
PLM中CAM编写的NC程序可以通过MES传递到数控设备,并将数控设备修改过的NC程序传回PLM进行备份留档;
同时,生产过程中遇到的问题可以通过PLM反馈到设计人员,帮助产品改进。
PLM与售后平台系统的集成:
售后平台将产品运行记录的分析结果、故障信息分析结果以及产品的实时运行关键数据记录通过PLM平台传递给产品研发和设计人员,促使产品研发的不断进步。
结论
随着智能制造的高速发展,越来越多的信息化系统加入到智能制造的框架当中。数据的准确性成为制约各信息化系统顺畅运行的关键因素。
产品全生命周期管理平台作为产品数据的源头和唯一数据源,其重要性不言而喻。
通过不断加强产品全生命周期管理平台的功能和数据范围,并对细节功能和系统集成不断完善,才能为智能制造的长远发展提供数据保障,为企业知识积累提供数据平台。
作者:王鸿儒 | 来源:机械工程与自动化
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