e-works数字化企业网  »  文章频道  »  产品创新数字化(PLM)  »  PDM/PLM

建设数字化研发平台,推进豫新公司智能化转型

2022/1/13    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:PLM案例  e-works年度盘点  智能制造  豫新公司  
本文为“2021年度中国智能制造最佳应用实践奖”参评案例。本次活动将评选出2021年度,为中国智能制造领域带来突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业推进智能制造的步骤、重点与难点、获得效益等,分享建设过程中的经验,供广大制造业行业企业学习供鉴。
一、企业简介

       航空工业新航豫新汽车热管理科技有限公司(以下简称:豫新公司)位于河南省新乡市,公司成立于1993年,前身为豫新机械厂,隶属于中国航空工业新航集团。公司现有员工1600余人,其中专业技术人员300余名。豫新公司主要经营范围为各类汽车热管理系统的生产和销售。公司已为上汽乘用车、东风乘用车、东风日产、郑州日产、中联重科、三一、比亚迪、长城等客户批量供货,并与国内多家主车厂达成战略合作。豫新牌汽车热管理系统产品稳居国内自主品牌前五名。

       豫新公司是国内知名汽车热管理系统供应商,2019年被认定为国家高新技术企业,拥有国家级企业技术中心、省级工程技术研究中心及国家认可的实验中心。公司2018年承接国家工信部节能汽车电动空调智能制造新模式应用项目,2020年承接河南省郑洛新自创区新能源汽车动力电池热管理系统研发及产业化项目。公司连续16年荣获全国百佳汽车零部件供应商,是国家两化融合试点示范企业、河南省知识产权优势企业。2021年依托公司智能化建设和发展,获得了国家智能制造优秀场景、河南省质量标杆企业、河南省智能工厂、河南省智能制造标杆企业、河南省新一代信息技术融合新模式应用等荣誉称号。

航空工业新航豫新汽车热管理科技有限公司

图1 航空工业新航豫新汽车热管理科技有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

       豫新公司智能制造建设主要涵盖了智能设计、智能经营和智能生产,通过工业网络的构建和安全保障体系的完善实现MES与PLM、ERP的系统高效协同集成。

       通过PLM系统的实施,实现了产品、工艺和质量检验策划设计为一体的系统,管理产品研发的全过程,可有效降低设计周期和试验成本;通过设计、工艺数据库不断完善,实现设计的智能化,最终达到缩短产品升级周期和降低产品设计不良率的效果。

       在智能生产方面,通过弧焊焊接机器人、转运机器人、自动激光切割机、全自动装配机、视觉检测防错系统、柔性智能装配线等应用,实现自动化、智能化生产。同时,以MES系统为核心,通过视觉传感器、RFID、条码等数据采集系统装备进行产品的过程数据采集实现产品的质量追溯,降低不良产品的流出和减少召回造成的损失;通过智能上下料系统、AGV等智能物流仓储的应用,减少工序间的等待、提高产品的物流顺畅度、满足产品先进先出的质量要求和减少人员配送的等待;通过MES与智能装备、智能物流仓储等的无缝对接进行生产计划、生产准备、物料管理和设备运维管理等,降低企业的运营成本,提高企业的核心竞争力。

       目前,豫新公司已实现全价值链系统集成:通过PLM与ERP、MES集成;PLM与CAx系统集成;ERP与MES集成;MES数据集成;实现产品全生命周期的高效管理,提高产品质量。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

       1.项目背景介绍

       在实施智能化改造以前,豫新公司研发设计主要靠单机进行,所有研发数据进行纸质存档与管理,同时缺少设计仿真与验证,全部依靠产品样件试验来验证产品性能参数,研发效率低下,研发周期较长,不能够满足主车厂的开发需求。公司自2018年起开始推进研发平台数字化智能化转型。并进行智能设计的总体规划,全面开展CAD、CAPP等系统的应用,实现基于模型定义(MBD)的设计,实施PLM系统,实现产品设计、工艺、采购、生产、物流、服务全生命周期管理;通过产品全生命周期管理,提高数据应用对设计的支持作用;实施CAE,进行产品仿真,并对零部件和产成品试验验证,与仿真结果对比。

       结合豫新公司的发展目标,制定了相关目标如下:

       1)缩短研制周期

       进行BOM配置管理,提高产品设计和工艺设计的可重用性,缩短订单BOM设计时间;

       将PLM、CAD、CAPP进行集成,实现设计工艺一体化,开展设计和工艺设计并行工程,缩短研制时间;

       建立设计、工艺知识库,实现产品设计和工艺设计的共用共享,缩短设计时间。

       2)提高产品性能

       使用CAE及计算机仿真技术,进行设计计算,对空调产品进行多方面仿真,进行试验验证,提高其性能。

       3)提高设计的协同能力

       使用PLM系统的协同平台,实现合作伙伴、团队内部可视化操作;

       使用PLM系统,实现产品研发和工艺设计的协同与反馈。

       2.项目实施与应用情况详细介绍

       1)实施思路

       设计平台化以PLM系统为核心,全面开展CAD、CAPP等系统的应用,实现基于模型定义(MBD)的设计,实施PLM系统,实现产品设计、工艺、采购、生产、物流、服务全生命周期管理;通过产品全生命周期管理,提高数据应用对设计的支持作用;实施CAE,进行产品仿真,并对零部件和产成品试验验证,与仿真结果对比。

       (1)PLM系统开发。通过实施PLM系统实现了研发和工艺方面的信息化提升。

PLM总体建设框架

图2 PLM总体建设框架

       研发信息化业务优化提升:实现研发数据结构化提取、产品结构报表管理、图纸版本管控和历史追溯、电子流程管理、电子签名管理、角色权限管理等功能。

研发数据结构化管理

图3 研发数据结构化管理

       开发PDM与CAPP深度集成,实现产品BOM一键转换工艺BOM,工作效率提升8倍,数据准确率提升至100%,PDM系统将人员、角色及权限信息通过数据库交互的集成方式传递至CAPP系统,实现人员、角色、权限信息等数据实时共享。

人员、角色、权限数据共享

图4 人员、角色、权限数据共享

       (2)CAXA、PLM与CATIA深度集成

       建模过程规范化:《三维建模规范》企业标准,规定“CATIA软件中三维结构树层级搭建必须准确,有结构树层级的零部件必须有数模;零件代号和实例名称必须填写,保证一物一码对应;利用宏命令的方式对三维属性进行添加(与二维图标题栏和明细表属性信息一致)”等内容,保证三维数模数据的完整性和准确性。在CATIA软件中的建模规范化和三位属性添加。

建模规范化和三维属性

图5 建模规范化和三维属性

       (3)三维数字化设计和仿真系统

       线上协同设计:CATIA与PLM集成,集成模块功能:登录CATIA软件后,通过软件内置工具条,可以浏览产品结构树、文档树所有数据,实现CATIA软件调用PLM软件的内容,达到线上协同设计的功能,线上协同设计:同时可将CATIA软件中属性信息和层级结构提取至PDM系统中,达到BOM层级生成和属性数据映射等功能。

线上协同设计

图6 线上协同设计

3D数据提取

图7 3D数据提取

       三维数模的数字化设计:新项目实施方案研讨,对软模数据和硬模数据分阶段管控,通过增加函数的方式,对零部件关键尺寸进行系列化汇总分析,实现三维数模的数字化设计,提高三维数模的共享效率,同时促进三维数模与二维图纸数据一致性,2020年7月份新项目全面推广。

数字化研发

图8 数字化研发

       产品仿真分析:采用了Dymola多学科仿真建模、FLUENT流体仿真、Ansys强度仿真平台等CAE软件,对设计产品关键承载件及产品整体做不同类型的分析,工程师可以修改结构参数,经过计算就能直观地判断和分析各构件是否满足设计和实际工程要求,并实现零部件和整体结构的优化,节约用材,降低产品成本。

       2)平台化设计实施与应用情况

       (1)PLM与MES、ERP系统的高效协同与集成

       以PLM为信息为核心技术数据,其中PLM与ERP双向集成主要包括设计信息与物料信息;PLM与MES单向集成主要包括工艺信息;ERP与MES集成主要包括生产订单与产成品入库。MES和仓储物流的集成实现物料实时追踪和预警,将物料信息与ERP的供应商管理系统进行信息共享;PLM将产品的工艺路线、参数等信息与MES进行互通,进行换型、物料、工艺等生产准备;通过系统集成,打通空调系统产品制造从计划层、控制层到设备层的数据链,实现制造全流程资源要素信息交互,设备、物料、人员等资源通过现场网络进行动态配置,实现工厂的智能生产。

       PLM与ERP双向集成:PLM系统中的物料编码及物料结构录入到U8系统中,PLM系统中的工时录入到U8编码的自定义项中,PLM系统中增加分工判别标识,对应U8系统中的仓库名称、领料部门名称。U8系统中的库存、库位、保管员信息,体现在PLM系统中图纸的基本属性页面。

       PLM到MES单向集成:PLM系统中CAPP模块的工艺BOM信息写入到MES系统的基础数。

       ERP与MES双向集成:ERP系统中的生产订单信息写入到MES系统。MES系统中的产成品报工入库信息写入到ERP系统,生成待审核的入库单。

       (2)产品全生命周期管理软件(PLM)应用情况

       公司PLM系统分三期进行开发,通过实施PLM系统实现了研发和工艺方面的信息化提升。

       (3)计算机辅助工艺设计(CAPP)

       我司2019年导入应用CAPP系统,通过配置工艺卡片关联性,提高工艺文件的齐套率,通过新建工艺知识库,提高工艺文件编制效率,通过高级报表的功能,自动导出特殊特性清单和工艺装配清单,数据自动传递和共享,提高工艺资料的准确性。

CAPP软件框架

图9 CAPP软件框架

       (4)三维模型设计(CAD)

       项目应用的具体产品案例,说明我司的快速设计应用计算机辅助设计(CAD)。

       为了提高新产品研发效率,缩短新产品研制周期,公司引进了计算机辅助设计CAD软件(CAXACAD、CATIA、Pro-E),开发三维数模自动生成EBOM、三维数模线上浏览、三维数字化研发等功能,实现产品的快速设计。

       A.开发CATIA与PLM集成,实现PLM系统中所有三维数据的协同与共享。

       B.开发CATIA三维数模在线浏览功能,通过服务器端自动生成轻量化文件,实现PLM系统中的三维数模快速浏览。

       C.开发数字化研发功能,通过CATIA软件函数定义零件的关键特征尺寸,实现参数化建模,通过知识工程模块,实现批量数模一键解析,解决通用零件重复建模和设计效率低的问题。

       (5)计算机辅助工程(CAE)

       采用了Dymola多学科仿真建模、FLUENT流体仿真、Ansys强度仿真平台等CAE软件,对设计产品关键承载件及产品整体做不同类型的分析,工程师可以修改结构参数,经过计算就能直观地判断和分析各构件是否满足设计和实际工程要求,并实现零部件和整体结构的优化,节约用材,降低产品成本。

       A.Dymola一维仿真

       Dymola是一个可以实现多物理场联合仿真的一维软件,涉及机械、流体、电子电气、电磁、控制、传热等多个工程领域。Dymola在开发设计初级阶段能快速对产品和整个系统进行方案设计和验证,从而子系统的合理匹配。我公司基于Dymola仿真技术,结合产品开发需求,开发了不同类型的基于Dymola软件的仿真项目:1、冷凝器、蒸发器性能仿真项目用于不同设计方案的性能预测和验证;2、中冷器、水箱、暖风芯体和油冷器等散热器性能仿真项目用于设计初期设计方案的性能预测和验证;3、空调系统性能及部件匹配仿真项目用于部件参数匹配和系统优化。

Dymola一维仿真

图10 Dymola一维仿真

       B.结构仿真

       为提高换热器强度,减少换热器在整车环境中的振动失效,在换热器研发前期即利用三维建模软件CATIA对换热器进行数据建模,并将建模数据导入有限元分析软件中进行模态分析与随机振动分析。通过模态分析,研究换热器的固有振动特性,满足客户设计要求。另外,通过对换热器的随机振动分析,研究了换热器在不同频率和幅值的载荷引起的结构响应,为换热器的进一步优化设计提供理论依据,在设计前期即对换热器进行模态和随机振动分析,可预测产品的结构强度和薄弱环节,减少样件的制作,替代部分振动试验,缩短产品的研发周期,降低研发成本;在空调箱设计的初始阶段为了保证产品成型后的NVH性能满足设计要求,同样需要做模态分析,识别出系统的模态参数,为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。

       C.流场仿真

       随着CFD技术的快速发展,在工程系统开发中,大量采用数值成型的方法,利用计算机仿真使大量的数值缺陷在物理模型成型前就得到处理,从而缩短设计开发周期,降低开发成本。我公司基于CFD仿真技术,按照产品设计开发过程中的不同需求,产生了不同类型的仿真项目。①风量配比仿真项目用于空调箱各个出风口风量配比的优化设计;②温度线性仿真项目用于各个模式下不同冷暖风门开度的出风温度仿真及线性优化;③叶轮设计优化仿真项目用于叶型等关键参数的优化设计;④蒸发器、暖风芯体进风均匀性优化仿真项目用于优化进风结构,最大限度提升换热效率;⑤换热器流阻、流量配比优化仿真项目用于优化水室结构、提升各个扁管流量配比均匀性;⑥调速模块位置优化仿真项目、风道风阻仿真项目、电机冷却进风仿真项目等。

       3.效益分析

       1)社会效益

       (1)对国产软件的带动作用

       本项目紧密结合节能汽车电动空调智能制造新模式,通过该模式的使用及其在汽车零部件行业的推广应用,带动项目相关国产核心工业软件在该行业及相关行业的创新应用,具体如下:

       PLM系统:定制开发并实施了具有汽车零部件行业特色的PLM系统,对产品全生命周期进行管理,通过实施PLM系统实现了研发和工艺方面的信息化提升,实现研发数据结构化提取、产品结构报表管理、图纸版本管控和历史追溯、电子流程管理、电子签名管理、角色权限管理等功能;开发PDM与CAPP深度集成,实现产品BOM一键转换工艺BOM。

       ERP系统:定制开发了并实施了具有汽车零部件行业特色的U8系统,对企业的生产信息、供应链信息、财务信息等进行了集成管理,完善了经营管理体系,实现了编码统一、基础数据统一、核算规则统一的经营平台,增强了企业业务与成本核算一体化管控力度。

       MES系统:定制开发并实施了具有汽车零部件行业离散型特色的MES系统,并以MES系统未核心,实现软件系统与智能装备的集成,实现对生产的高效管控。

       其他软件系统:在项目实施过程中,定制开发了人工智能系统、信息物理系统服务平台、数据加密系统等国产化软件,实现了公司经营生产的各方面需求,同时带动了国产软件的应用。

       (2)对提升单位技术创新能力的作用

       设计验证能力明显增强,项目智能设计模块的完善与提升,通过CATIA与PLM集成,实现线上协同设计功能,所有数模可实现一键调用;通过函数定义特征尺寸和知识工程库文件的方法,实现产品的数字化研发,三维数模设计效率提升30%;通过PLM与CAPP集成、定制工艺文件映射关系、新建工艺知识库等,实现设计、工艺一体化、工艺全过程在线策划等功能,工艺文件编制效率提升40%,工艺数据传递准确率达到100%;通过各项模型仿真、流场仿真、应力仿真等获得了产品性能各项参数据,最终通过实验能力的不断加强,充分验证了产品设计的各项功能,实现了产品设计全生命周期的数字化转型,缩短了产品研制周期,有效提升了本单位技术创新能力,也为类企业树立了良好的技术创新示范。

       2)经济效益

       截止2021年12月,完成PLM项目一期和二期建设,实现图文档、工作流、工艺图表、IATF16949、CATIA集成、报表汇总、编码工具等模块的应用和推广,产品数字化三维设计和三维仿真周期从之前210天左右降至135天左右,研制周期缩短31%,数字化工艺设计、仿真周期从之前30天左右降至15天左右,研制周期缩短6%。综上所述,产品升级周期从之前240天左右降至150天左右,研制周期缩短37%。
 
责任编辑:程玥
本文为e-works原创投稿文章,未经e-works书面许可,任何人不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用。如已是e-works授权合作伙伴,应在授权范围内使用。e-works内容合作伙伴申请热线:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐