离散制造业产品全生命周期管理PLM应用研究

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,产品生命周期管理PLM已成为企业发展的必经之路。


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引言


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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。


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产品全生命周期管理平台的架构


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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。


智能制造


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。


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数字孪生模型的发展与应用


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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。


离散制造业


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。


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产品全生命周期管理平台与其他系统的集成


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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。


产品全生命周期管理


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。

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结论


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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。