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工艺数据结构化管理的实践与思考

—— TCM模块在TC系统中应用

2017/11/25    来源:e-works    作者:王招航      
关键字:工艺数据  智能制造  
数字化、信息化是智能制造的基础,CAD的普及推动了PDM系统应用的普及。近年来企业在逐步构建以TeamCenter系统为基础的设计、工艺一体化的产品生命周期数据管理系统平台,把更多的与产品研发有关的数据集中到PLM平台统一管理。
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    0 前言
 
    数字化、信息化是智能制造的基础,CAD的普及推动了PDM系统应用的普及。近年来企业在逐步构建以TeamCenter系统为基础的设计、工艺一体化的产品生命周期数据管理系统平台,把更多的与产品研发有关的数据集中到PLM平台统一管理。作为制造企业产品研发的重要组成部分,过程开发(有些企业习惯叫工艺设计)如何与产品设计协同,如何应用数字化信息系统进行工艺设计,如何实现工艺数据与设计数据的关联,如何对工艺设计要素结构化......也是很多企业正在考虑和寻找的答案。
 
    笔者所在的企业,很多年前就选择了NX(当时叫UG)和PDM软件产品,由于在企业组织架构上,产品设计工程师和工艺设计工艺师都隶属于技术中心,所以,很长时间以来,企业的工艺设计也是利用PDM平台进行,用NX画工序图,用OFFICE软件完成其它工艺文件的输出。从形式上看,早已实现了工艺数字化。但从内容上看,工艺知识的积累,工艺数据的重用,工艺设计与产品设计的数据协同仍然存在较多问题。
 
    在上述背景下,2014年,企业开始了基于TCM模块的工艺数据结构化管理实施项目。
 
    1 工艺设计系统平台的选择
 
    曾经,企业工艺部门也尝试利用国产某CAPP系统,进行定制化工艺设计,虽然最初使用时也体现出用户界面友好,工艺文件输出效率高的优势,但由于CAPP系统与PDM系统相互独立,CAPP系统无法与企业的CAD软件UG集成,工艺数据与产品设计数据没有关联等原因,短期试用后最终还是放弃了。
 
    企业从长远规划着想,最终选择了基于现有的TeamCenter系统的TCM工艺制造模块。主要考虑的因素有:企业原先的工艺设计、工装设计已经在TC系统中完成(文件夹组织管理),工艺设计师熟悉TC的使用;工艺数据需要结构化管理,需要与产品设计数据关联;企业今后将考虑PLM与ERP、MES系统的集成;BOM数据转换和传递的需要;TCM已经是较为成熟的制造数据管理平台等。
 
数字化制造管理平台
图1.数字化制造管理平台
 
    2 TCM的主要应用功能
 
    TCM的实施也是按照长远规划,分期实施的策略推进。初期的主要目标是搭建工作框架平台和工艺要素数据结构化,同时积累数据,优化用户体验,为后续的深化应用打基础。过去几年我们企业主要做了以下的一些探索。
 
3P1R示意图
图2.3P1R示意图
 
    2.1 3P1R的工艺设计要素结构化
 
    工艺设计(Process)考虑的主要因素包括加工的产品对象(Product)、加工的场所工厂或车间(Plant)、加工过程中用到的制造资源(Resource),包括各类工装、设备、材料等,将3P1R的工艺要素结构化管理,如图2。
 
    2.2 工艺标准化工作
 
    工艺统一设计平台后,对各类工艺文档模板的数量、样式、版本都做了定义明确,加强了规范化和标准化管理。对于企业的工艺类型也进行了梳理,明确将工艺分分为装配、机加、锻造、热处理四大工艺类型。
 
    此外,工艺过程件编码、工装编号也同步作了规范。
 
制造过程件编码示例
图3.制造过程件编码示例
 
    2.3 工艺开发流程固化
 
    企业的工艺开发流程大致包括三部分,前期的工艺策划相关工作,随后的产品零件工艺设计相关工作,以及最终具体的工艺文档形成和输出。
 
    2.3.1 工艺策划
 
    这部分具体包括工艺立项、方案评审、PBOM构建、制造策略定义、PBOM审批、工艺任务指派等系列流程。在TCM系统中主要体现为PBOM的构建与审批、自制或采购的制造策略、自制件的工艺任务指派,通过TCM系统还可以将工作的先后顺序固化。
 
PBOM构建示意图
图4.PBOM构建示意图
 
工艺任务指派示例
图5.工艺任务指派示例
 
    2.3.2 工艺开发
   
    工艺制造工程师(ME)接收任务后,根据各自的工艺模块进行专业工艺过程开发工作。
 
TCM机加工艺BOP设计示例
图6.TCM机加工艺BOP设计示例
 
    2.3.3 工艺输出
 
    最终的工艺文档输出,通过定制功能菜单或二次开发功能菜单,自动完成部分工艺文档的输出。 对于机加工艺,系统读取工艺下级工序,按顺序输出工艺过程。
 
    2.4 BOM数据转换与传递
 
    在我们企业,技术中心作为ERP系统物料主数据的源头,需要负责ERP系统物料主数据的创建、EBOM结构的维护、工艺路线的维护、工程更改引发的物料数据更新等工作。TCM应用之前,主要靠人工维护完成EBOM到MBOM数据的转换工作。借助于TCM模块和二次开发,初步实现EBOM——PBOM——MBOM清单的转换和输出工作,在TCM导出的MBOM基础上,经过简单校核工作,即可直接导入ERP系统,完成工程部门的MBOM数据维护工作。在ERP系统中,再经过其它职能部门的相关数据维护,从而形成企业完整的MBOM。TCM的应用为今后PLM系统与ERP系统的集成打下基础。
 
制造资源库样例
图7制造资源库样例
 
    2.5 完善了制造资源分类管理
 
    通过TCM实施,进一步完善了企业制造资源分类管理(如图7),对企业所有的工装,统一纳入制造资源分类库,并给予物料编号后维护进入ERP系统。
 
    2.6 初步建立了工艺资源库(知识库)
 
    通过建立典型工艺、工序库,提供工艺借用和重用,提高工艺设计效率。
 
    3 TCM实施效果与问题总结
 
    经过两年多的项目建设,TCM项目终于上线应用,初步实现了工艺数据结构化管理,工艺数据管理更加清晰。从工艺制造工程师的反馈来看,虽然有点繁琐,但经过培训和详细的用户手册指导,加上实施方技术支持的及时跟进,上线后在操作上倒是没有太多的抱怨。系统上线应用后的进展,与预期有差距,这个差距不是项目功能目标没有实现,主要痛点还是在应用上,影响TCM应用的因素有:
 
    3.1 新老工艺数据问题
 
    按最初的设想,新老划断,老的工艺设计模式停用,老数据仅供查阅调用。但实际上全新数据量有限,多数工艺还是在原有数据基础上的修订工作。因为工艺模板、工艺模式变化较大,转换数据的工作量很大,在工作进度不能因项目受到影响的前提下,最终妥协成新老工艺模式并存的局面。
 
    3.2 基础数据短板制约问题
 
    3.2.1 EBOM的结构化问题
 
    原本以为,企业应用PDM多年,又是西门子产品TC+NX的无缝集成组合,CAD-BOM与TC-BOM集成联动,EBOM应用能够支持TCM的后续工作。实际上,TCM上线后遇到的第一个难题就是EBOM结构化问题。根据TCM应用框架,TCM与产品设计的衔接是从EBOM到PBOM的转换开始。非结构化的EXCEL文件形式的EBOM无法转换,需要TC系统结构管理器构建的EBOM。因为企业还没有严格采用自顶而下的设计方式,部分产品总成没有搭建结构化的EBOM。为此,TCM上线后,又花了几个月的时间,专门盯着产品设计工程师对EBOM进行结构化补缺工作。
 
    3.2.2 数模缺失或不规范问题
 
    按照项目启动前设想,零件工序数模通过设计数模WAVE过来,装配数模直接借用总成数模,但实际工作中发现,在TC系统中,那些外来设计的产品几乎都只有二维图纸没有数模,但对工艺来说,所有的自制件都要工艺设计。
 
    3.2.3 工艺编码问题
 
    企业生产规模的扩大和制造策略的调整,也给工艺设计带来编码和管理问题。TCM上线后,遇到了一些新的实际需求,如:某一零件有多个加工工艺方案,产生了工艺多方案编号与管理问题;同一工艺中的工序多方案并存时的编码与管理问题等。
 
    3.3 跨部门数据维护问题
 
    在我们企业,工艺设计主体在技术中心,但工作区域、制造设备的数据维护涉及制造工厂和规划部门,相关数据的维护出现了滞后现象。
 
    4 未来展望
 
    尽管上线后遇到了一些意料之外的问题,但作为未来数字化工厂和工业4.0的基础数据,企业不仅要继续优化和深化现有工艺数据结构化工作,构建全息数字化工艺,今后还将进一步深化工艺制造数据的管理和应用:
 
    4.1 推进工艺数据可视化
 
    TC系统的可视化功能十分强大,特别是象我们这样的企业,NX是所有工程技术人员的基本CAD工具,工艺的工序图模板和工具也是用NX软件。
 
    4.2 逐步应用工艺仿真功能
 
    仿真技术早已不局限于产品设计,工艺仿真也是今后考虑的重点方向。结合可视化数据推广,电子工艺指导书也将随着企业信息化工作的深入而纳入选项。
 
    4.3 工艺内容结构化是发展趋势
 
    从工艺设计要素结构化,到工艺内容的结构化管理是一个从粗到细的精细化管理的过程。从当前TC系统功能来看,工艺设计的重要文档PFMEA、控制计划、检验计划已经有比较成熟的结构化数据管理方案,这个方案的应用正在论证中。
 
    4.4 与MES的集成
 
    这个可能还比较遥远,但工艺与现场制造密切相关,数据关联应该是支持未来数字化工厂建设的基础。
 
    结论
 
    利用TeamCenter的TCM模块,实现工艺设计数据结构化,可以打通上下游数据,为今后的工艺仿真和数字化工厂打下基础。但TCM的实施本身,也需要做好相关的基础工作,否则徒有其表,只能中看不中用,反而会引起工艺制造工程师的反感,不利于推动工艺设计的数字化和结构化工作。
 
责任编辑:李欢
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