離散制造業(yè)產(chǎn)品全生命周期管理PLM應用研究
隨著智能制造的提出和相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳 統(tǒng) PDM已無法滿足離散制造行業(yè)的發(fā)展。作為PDM的擴展，產(chǎn)品生命周期管理PLM已成為企業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。
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引言
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離散制造業(yè)在我國工業(yè)領(lǐng)域長期占據(jù)重要位置，但是傳統(tǒng)的離散型制造企業(yè)在創(chuàng)新能力、生產(chǎn)效率和 效益、生產(chǎn)模式、信息化建設(shè)、研發(fā)能力等方面仍有待提高，這些因素制約著智能制造模式在我國工業(yè)中的 快速發(fā)展。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺PDM技術(shù)已在很多制造行業(yè)中得到廣泛應用。
由于離散制造行業(yè)產(chǎn)品品種多、批量小，在離散制造行業(yè)中產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 PDM 的功能依然以管理設(shè)計圖紙模型數(shù)據(jù)為主。隨著智能制造的提出和相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)PDM已無法滿足離散制造行業(yè)的發(fā)展。作為PDM的擴展，產(chǎn)品生命周期管PLM已成為企業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。
離散制造行業(yè)基于訂單進行設(shè)計，設(shè)計周期長，出錯率高，同時仿真復雜，設(shè)計與產(chǎn)品使用脫節(jié)，產(chǎn)品交付后往往難以追蹤。通過PLM平臺的建設(shè)，可以實現(xiàn)設(shè)計、工藝仿真、制造一體化，使得產(chǎn)品設(shè)計周期和設(shè)計質(zhì)量得到大幅提升，產(chǎn)品升級改進周 期大大縮短。
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產(chǎn)品全生命周期管理平臺的架構(gòu)
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現(xiàn)代產(chǎn)品生命周期管理平臺中的內(nèi)容相當豐富，為智能制造提供了許多信息化工具，其主要功能如圖1所示。
工廠層：通過對工廠整體工藝規(guī)劃、生產(chǎn)設(shè)備布局、生產(chǎn)過程進行仿真，確保產(chǎn)品生產(chǎn)過程順利進行。離散制造由于生產(chǎn)節(jié)拍不一致，各生產(chǎn)工位之間、生產(chǎn)工位與物流系統(tǒng)之間都需要協(xié)同，因此在建廠或者工藝改造時，應充分考慮各種因素，避免工廠工藝節(jié)拍失調(diào)和投資浪費。
產(chǎn)品設(shè)計層：在產(chǎn)品設(shè)計時利用三維參數(shù)化設(shè)計工具、設(shè)計成本控制、產(chǎn)品性能仿真等手段，在縮短設(shè)計周期的同時保證設(shè)計質(zhì)量，并從設(shè)計端控制設(shè)計成本，實現(xiàn)目標成本管理功能。
工藝設(shè)計層：工藝包含結(jié)構(gòu)化三維工藝、三維加工仿真、三維裝配仿真等內(nèi)容。通過結(jié)構(gòu)化的三維工藝， 將工藝數(shù)據(jù)傳遞給下游MES系統(tǒng)，指導各工位按工藝要求進行相應工序內(nèi)容。通過三維加工仿真與三維裝配仿真，確保產(chǎn)品工藝設(shè)計的合理性和準確性。
制造層：將制造所需數(shù)據(jù)通過WEB、3D-PDF等形式進行分發(fā)展示，使得車間生產(chǎn)員工更直觀地看到產(chǎn)品和工藝內(nèi)容，將工藝人員編寫的加工程序發(fā)送給現(xiàn)場數(shù)控設(shè)備，并將現(xiàn)場數(shù)控設(shè)備的最終程序保存至PLM系統(tǒng)。
售后層：通過現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行不斷改進，通過售后數(shù)據(jù)的整理分析，實現(xiàn)產(chǎn)品售后追蹤，解決產(chǎn)品存在的問題，進行更新?lián)Q代。
平臺層：通過項目管理、資源庫管理、知識庫管理、BOM管理、協(xié)同管理以及集成接口等，實現(xiàn)平臺與設(shè) 計分析工具軟件以及各系統(tǒng)的互聯(lián)互通，并對平臺內(nèi)的數(shù)據(jù)進行歸檔分析，保證數(shù)據(jù)傳遞的正確性和及時性。與此同時，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部設(shè)計到制造、企業(yè)外部上下游企業(yè)對模型的重用和同一平臺協(xié)同，達到提質(zhì)增效和知識積累的目的。
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數(shù)字孿生模型的發(fā)展與應用
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隨著PLM技術(shù)的不斷發(fā)展，西門子公司提出了數(shù)字孿生模型的概念。數(shù)字孿生模型不是一種全新的技術(shù)，它具有現(xiàn)有的虛擬制造、數(shù)字樣機等技術(shù)的特征，并以這些技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展而來，如圖2所示。
虛擬制造技術(shù)以虛擬現(xiàn)實和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，對產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)過程統(tǒng)一建模，在計算機上實現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計、加工和裝配、檢驗、使用及回收整個生命周期的模擬和仿真，從而無需進行樣品制造，在產(chǎn)品的設(shè)計階段就可以模擬出產(chǎn)品及其性能和制造流程，以此來優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和制造流程，優(yōu)化生產(chǎn)管理和資源規(guī)劃，達到產(chǎn)品開發(fā)周期和成本的最小化、產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的最優(yōu)化和生產(chǎn)效率最高化，從而形成企業(yè)的市場競爭優(yōu)勢。
將數(shù)字孿生模型應用于離散制造業(yè)，建立基于模型的企業(yè)（Model Based Enterprise，MBE )，是滿足離散制造多品種、小批量的制造新模式。MBE在整個企 業(yè)以及上下游的供應商之間建立一個集成的工作環(huán)境，各業(yè)務環(huán)節(jié)均在全三維產(chǎn)品定義的基礎(chǔ)上開展工作，有效地縮短了整個產(chǎn)品的研制周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
在MBE技術(shù)實施過程中，在產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、管理各環(huán)節(jié)所使用的數(shù)據(jù)全部在三維模型上體現(xiàn)，使產(chǎn)品工廠數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特征增強，數(shù)字化程度不斷提高。MBE建立在全三維產(chǎn)品定義上的集成和協(xié)同環(huán)境，并能在整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)共享，保證從概念設(shè)計到產(chǎn)品實現(xiàn)的快速性、準確性和經(jīng)濟可承受性。
MBE使下游用戶在三維模型基礎(chǔ)上增加3D產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)，以保證模型重用的準確性。模型中包含產(chǎn)品需要的所有信息，可以被非設(shè)計人員查閱或自動提取信息，取代傳統(tǒng)的圖紙文檔。企業(yè)將其在產(chǎn)品生命周期所需要的數(shù)據(jù)、信息和知識進行整理，結(jié)合信息系統(tǒng)，建立便于系統(tǒng)繼承和應用的產(chǎn)品模型和過程模型，通過模型進行多學科、跨部門、跨企業(yè)的產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計、制造和管理，通過模型支持技術(shù)創(chuàng)新、大批量定制和綠色制造。基于模型，整個企業(yè)實現(xiàn)精細管理、敏捷制造和知識共享。
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產(chǎn)品全生命周期管理平臺與其他系統(tǒng)的集成
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產(chǎn)品全生命周期管理平臺與其他主要業(yè)務系統(tǒng)的集成內(nèi)容如圖3所示。
PLM與客戶關(guān)系管理（Customer Relationship Management，CRM)系統(tǒng)的集成：客戶可實時了解項目的設(shè)計進度，根據(jù)技術(shù)協(xié)議中的節(jié)點時間審查項目重要資料，并對評審結(jié)果進行記錄；項目交付時，可以通過系統(tǒng)直接將項目交付資料進行發(fā)送。
PLM與企業(yè)資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP)系統(tǒng)的集成：ERP系統(tǒng)將訂單信息中與設(shè)計相關(guān)的關(guān)鍵信息發(fā)送給PLM平臺生成設(shè)計項目，PLM平臺將設(shè)計結(jié)果中的工藝路線和產(chǎn)品BOM發(fā)送至ERP系統(tǒng)進行MRPII運算，保證項目按計劃 節(jié)點順利進行。
PLM與供應商關(guān)系管理（Supplier Relationship Management，SRM) 系統(tǒng)的集成：可以讓供應商在 PLM平臺中進行協(xié)同設(shè)計，對供應商的設(shè)計進度與設(shè)計內(nèi)容進行審查和考核，同時對供應商的交付資料進 行統(tǒng)一管理，保證供貨質(zhì)量。
PLM與制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES)的集成：將基于模型的工藝指導書下發(fā)到車間各工位，內(nèi)容可以是PDF、網(wǎng)頁、視頻，充分展示工藝內(nèi)容；PLM中CAM編寫的NC程序可以通過MES傳遞到數(shù)控設(shè)備，并將數(shù)控設(shè)備修改過的NC程序傳回PLM進行備份留檔；同時，生產(chǎn)過程中遇到的問題可以通過PLM反饋到設(shè)計人員，幫助產(chǎn)品改進。
PLM與售后平臺系統(tǒng)的集成：售后平臺將產(chǎn)品運行記錄的分析結(jié)果、故障信息分析結(jié)果以及產(chǎn)品的實時運行關(guān)鍵數(shù)據(jù)記錄通過PLM平臺傳遞給產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計人員，促使產(chǎn)品研發(fā)的不斷進步。
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結(jié)論
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隨著智能制造的高速發(fā)展，越來越多的信息化系統(tǒng)加入到智能制造的框架當中。數(shù)據(jù)的準確性成為制約各信息化系統(tǒng)順暢運行的關(guān)鍵因素。產(chǎn)品全生命周期管理平臺作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)的源頭和唯一數(shù)據(jù)源，其重要性不言而喻。通過不斷加強產(chǎn)品全生命周期管理平臺的功能和數(shù)據(jù)范圍，并對細節(jié)功能和系統(tǒng)集成不斷完善，才能為智能制造的長遠發(fā)展提供數(shù)據(jù)保障，為企業(yè)知識積累提供數(shù)據(jù)平臺。
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