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PLM在汽车零部件企业智能制造中的地位和作用

2020/5/16    来源:装备制造技术    作者:丁刚强      
关键字:PLM  汽车零部件  
PLM是汽车零部件制造企业实现智能制造的基础,是提升企业产品创新竞争力的关键,在企业信息化建设中起着重要的作用。

    当前,我国已经进入中国特色社会主义新时代,社会的主要矛盾为人民日益增长的美好生活需要和不平衡、不充分的发展之间的矛盾。人民美好生活的物质条件是由制造业提供的,人民多样化的需求表现为批量化、定制化,需要制造企业进行智能制造并快速交付。

    要继续做好两化深度融合,就是要推进智能制造,推动制造业加速向数字化、网络化、智能化方向发展。制造企业面临着全球化的市场竞争、跨区域的产品合作、日益增加的开发成本、要不断开发新产品和提高效率,而且同时还要保证质量等诸多矛盾,亟需解决。

    同时,也要清醒认识智能制造的宏观概念,如IoT(Internet of things,物联网)、CPS(CyberPhysical Systems,信息物理系统)、MES(Manufacturing Execution System,制造企业生产过程执行系统)、ERP(Enterprise Resource Planning,企业资源计划)、SCM(Supply Chain Management,供应链管理)、CRM(Customer Relationship Management,客户关系管理)、数字化、定制化、虚拟制造、智能维护等等,也要思考并解决“智能制造”如何在制造企业落地,依托什么工具提升效率及效率倍增以及具体实现途径。

    汽车零部件制造企业的智能制造实现的途径应从产品设计数据入手,打造产品的3D唯一数据源,构建产品生命周期管理(Product Lifecycle Management,PLM)的平台,实现产品设计、工艺设计、生产制造、财务管理的一体化,进行定制化、批量化的生产模式创新。

1 PLM概述

    产品生命周期管理(PLM)是一种先进的产品开发管理模式和管理理念,已经逐渐成为汽车产品协同开发的新模式。PLM以协同过程管理技术为核心,把人、过程和信息有效地结合,使产品从设计一直到报废的整个生命周期中都能支持与产品相关联的过程与系统。如支持MES、ERP等。

    PLM为虚拟范畴,是在计算机的虚拟环境下的。包括产品主数据管理、产品设计、工程生产物料清单、工艺路线管理、过程仿真等。CONTROL、MES、ERP为现实范畴,是在现实中真实存在的。其中CONTROL层包括计算机辅助制造、实时数据交换、产线自动化;MES层包括订单执行、质量管理、互锁与追溯、生产物流管理、电子操作说明书等;ERP层包括物料资源规划、采购管理、订单管理、财务与控制等。

    虚拟与现实结合,在虚拟环境下验证可行性之后,在现实世界中真实生产,并在虚拟环境同步展示,这样的数字化企业平台使一切成为可能。如图1虚拟与现实结合架构所示。

虚拟与现实结合架构

图1 虚拟与现实结合架构

2 建立PLM系统的目的

    建立PLM的目的就是实现效率提升、效益提升。企业已经在前几年就实施了ERP,但产品属性不齐全,管理粗放,数据存在“瑕疵”,工艺设计严重依赖工艺工程师的经验与技能,效率较低,导致产品开发周期长。为缩短新产品的开发周期,提高产品设计与工艺设计的重用率,减少投资失误,在虚拟阶段引入PLM就提到了日程上。

    国内的北京汽车、长安马自达、奇瑞、吉利、福田雷沃、重庆小康等有先见之明和有实力的汽车制造公司都已经在实施PLM系统。PLM也正成为全球制造业信息系统建设的大趋势。

3 PLM系统的目标

    目的已经明确,就是要树立目标,开展建立PLM的工作。根据公司实施多年的信息化的基础与现实情况,制定出建立PLM系统要实现的如下几个目标:

    (1)实现PDM(产品数据管理)。建设产品3D设计平台,规范设计流程,保证产品数据本身和数据更改过程的准确性、完整性和一致性;实现多形态BOM输出,以及产品和车型关联输出;产品3D模型能够与VR/AR系统对接,实现设计产品3D模型基于VR/AR技术的实时同步显示;提高产品研发效率,缩短开发周期。

    (2)实现CAPP(工艺数据化管理)。建立数字化制造的工艺设计和工艺部署模式,快速、准确的实现产品设计到工艺设计无缝衔接,提高工艺设计效率,缩短工艺设计周期;实现工艺从设计到部署的流程化、信息化、系统化,建立工厂模型和数字化工艺模型BOP,以及与MES系统、VR/AR系统接口。

    (3)实现工艺仿真。基于生产线&设备、辅助设备及其他必须展示对象的3D设计数模(或STP格式),通过轻量化处理、修复及格式转换,输出轻量化的、并能够在PDPS中完整打开的JT文件,实现3D模式下的生产线工艺设计验证和工艺仿真,能够与VR/AR系统对接,实现基于VR/AR技术的工艺设计验证和工艺仿真可视化,提升工艺设计质量,降低制造过程中的试制成本。

    (4)构建知识库。建立产品研发、工艺、流程规范、总结、FEMA文档知识库,减少设计、工艺环节中的低水平重复设计,提高产品数据准确率、重用率。实现产品和工艺设计过程的FEMA库管理,实现与质量平台的数据对接,结合项目管理保证已有的FEMA在新产品设计、工艺中必须执行,知识库有助于研发效率倍增。其中在产品设计阶段所使用的产品知识库的构成图如图2所示。

产品知识库构成图

图2 产品知识库构成图

    (5)实现项目管理。在设计、工艺一体化平台中融入项目管理功能,实现整个项目研发过程中的工作任务分级分解、交付物汇总收集和分级管理、各级任务工作负荷统计分析、项目进度跟踪等功能,提高项目管理的精细度、实时性和准确度。

4 PLM与其他系统的关系

    4.1 PLM与PDM的关系

    简单的说,PDM(Product Data Management,产品数据管理)管控的是静态的数据,而PLM则管控整个研发过程的数据。PLM包含PDM,PDM是PLM的功能之一。PDM只是产品研发阶段的数据管理,PLM包含了除此之外的全生命周期的数据管理与跨越供应链的所有信息的管理。

    4.2 PLM与CAPP的关系

    借助于CAPP系统,完成零件从毛胚到成品的设计、制造的过程,CAPP的深度应用还需要有效地总结行业工艺“设计经验”和“设计知识”,提高重用率,解决对有经验的工艺工程师的依赖。完整的数据流,是智能制造实现的基础。PDM、CAPP、CAD、CAM四者的关系图如图3所示。

PDM、CAPP、CAD、CAM四者的关系图

图3 PDM、CAPP、CAD、CAM四者的关系图

    4.3 PLM与ERP的关系

    PLM和ERP是相互补充的两个系统。产品的信息是存在于PLM中的,而不是存在于ERP系统中的。ERP系统不仅要引用产品数据,还要在处理业务的各个阶段使用这些数据,以提高效率。PLM系统和ERP系统需要相互协同地工作。

    4.4 PLM与MES的关系

    MES(制造执行系统)将产品的订单、BOM表、工具、工装、主物料、刀具、NC程序、辅助物料、设备运行维护、技术文档、劳动工时、质量以及依从性的管理横向的集中在一个平台上,生产订单执行过程中的车型、配置、质量管理需要的产品数据、互锁与追溯、生产物流拉动配送管理、电子操作说明书等数据都需要从PLM中即使获取当前唯一、准确的信息。

    如没有PLM,这些数据则由人为录入,但由于熟练程度、表单的表达不清晰、录入的数据存在瑕疵。新产品上线生产时,BOM的手工录入的瑕疵都要较长时间的修正才能生产。

    PLM提供了唯一的3D数据源,MES需要的产品数据从唯一的存储位置自动获取,有效地避免了人工录入的瑕疵问题。PLM是实现MES(制造执行系统)的数据基础,也是智能制造的数据基础。

5 实现PLM的五大技术基础

    PLM不是一种现成的工具,要与企业的具体情况结合起来。概括起来,企业实现PLM的基础有:

    (1)以流程为核心进行业务流程优化 PLM的实施必然带来角色的定义、职能的重新确定,如PE(产品工程师)要对产品设计负责,ME(制造工程师)要对工艺设计负责,PE与ME职能要明确定义,再有如进行MBD(基于模型的定义),需要PE、ME、QE一起来评审设计。在设计阶段就能对产品的全过程有一个全景的了解。

    (2)协同环境 产品的全部数据信息共享,设计数据存取方式,实现公司异地协同与公司外部协同。

    (3)知识库 建立资源库,并不断完善资源库,实现标准化作业、信息化制造的底层数据基础。

    (4)知识管理 在信息时代,知识已经是最主要的财富来源。建立能被同事重用的知识资产,使操作者能大大提高工作效率。

    (5)系统环境实施PLM需要可靠、有力的硬件和软件的支撑,海量存储、高性能工作站、稳定的计算机操作系统、支持PLM的OFFICE、3D软件的版本等都是必备的。

6 结束语

    中国制造业在世界上占有越来越重要的地位,智能制造2025的发展趋势就是“智能化、柔性化、标准化、模块化、数字化、数据化、协同化、共享化”。智能制造已经是国家战略,是制造企业未来保持竞争优势的唯一途径。发展智能制造是中国制造业转型升级的主要路径。国家鼓励科技创新,随着智能制造的稳步推进,在已经建设完成的ERP的基础上再引入PLM,打造智能制造的3D数据流,快速向数字化企业转型,真正实现基于模型的设计、工艺、制造、试验、仿真、服务的数字化研发协同,智能制造才能落地生根。

责任编辑:程玥
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