丁剛強

（廣西汽車集團柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007）

當前，我國已經(jīng)進入中國特色社會主義新時代，社會的主要矛盾為人民日益增長的美好生活需要和不平衡、不充分的發(fā)展之間的矛盾。人民美好生活的物質(zhì)條件是由制造業(yè)提供的，人民多樣化的需求表現(xiàn)為批量化、定制化，需要制造企業(yè)進行智能制造并快速交付。要繼續(xù)做好兩化深度融合，就是要推進智能制造，推動制造業(yè)加速向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。制造企業(yè)面臨著全球化的市場競爭、跨區(qū)域的產(chǎn)品合作、日益增加的開發(fā)成本、要不斷開發(fā)新產(chǎn)品和提高效率，而且同時還要保證質(zhì)量等諸多矛盾，亟需解決。同時也要清醒認識智能制造的宏觀概念，如 IoT（Internet of things，物聯(lián)網(wǎng)）、CPS（Cyber-Physical Systems，信息物理系統(tǒng)）、MES（Manufacturing Execution System，制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)）、ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計劃）、SCM（Supply Chain Management，供應(yīng)鏈管理）、CRM（Customer Relationship Management，客戶關(guān)系管理）[1]、數(shù)字化、定制化、虛擬制造、智能維護等等，也要思考并解決“智能制造”如何在制造企業(yè)落地，依托什么工具提升效率及效率倍增以及具體實現(xiàn)途徑。

汽車零部件制造企業(yè)的智能制造實現(xiàn)的途徑應(yīng)從產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)入手，打造產(chǎn)品的3D唯一數(shù)據(jù)源，構(gòu)建產(chǎn)品生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）的平臺，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、生產(chǎn)制造、財務(wù)管理的一體化，進行定制化、批量化的生產(chǎn)模式創(chuàng)新。

1 P L M概述

產(chǎn)品生命周期管理（PLM）是一種先進的產(chǎn)品開發(fā)管理模式和管理理念，已經(jīng)逐漸成為汽車產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)的新模式。PLM以協(xié)同過程管理技術(shù)為核心，把人、過程和信息有效地結(jié)合，使產(chǎn)品從設(shè)計一直到報廢的整個生命周期中都能支持與產(chǎn)品相關(guān)聯(lián)的過程與系統(tǒng)。如支持MES、ERP等。

PLM為虛擬范疇，是在計算機的虛擬環(huán)境下的。包括產(chǎn)品主數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品設(shè)計、工程生產(chǎn)物料清單、工藝路線管理、過程仿真等。

CONTROL、MES、ERP為現(xiàn)實范疇，是在現(xiàn)實中真實存在的。其中CONTROL層包括計算機輔助制造、實時數(shù)據(jù)交換、產(chǎn)線自動化；MES層包括訂單執(zhí)行、質(zhì)量管理、互鎖與追溯、生產(chǎn)物流管理、電子操作說明書等；ERP層包括物料資源規(guī)劃、采購管理、訂單管理、財務(wù)與控制等。

虛擬與現(xiàn)實結(jié)合，在虛擬環(huán)境下驗證可行性之后，在現(xiàn)實世界中真實生產(chǎn)，并在虛擬環(huán)境同步展示，這樣的數(shù)字化企業(yè)平臺使一切成為可能。如圖1虛擬與現(xiàn)實結(jié)合架構(gòu)所示。

圖1 虛擬與現(xiàn)實結(jié)合架構(gòu)

2 建立P L M系統(tǒng)的目的

建立PLM的目的就是實現(xiàn)效率提升、效益提升。

企業(yè)已經(jīng)在前幾年就實施了ERP，但產(chǎn)品屬性不齊全，管理粗放，數(shù)據(jù)存在“瑕疵”，工藝設(shè)計嚴重依賴工藝工程師的經(jīng)驗與技能，效率較低，導(dǎo)致產(chǎn)品開發(fā)周期長。為縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計與工藝設(shè)計的重用率，減少投資失誤，在虛擬階段引入PLM就提到了日程上。

國內(nèi)的北京汽車、長安馬自達、奇瑞、吉利、福田雷沃、重慶小康等有先見之明和有實力的汽車制造公司都已經(jīng)在實施PLM系統(tǒng)。PLM也正成為全球制造業(yè)信息系統(tǒng)建設(shè)的大趨勢。

3 P L M系統(tǒng)的目標

目的已經(jīng)明確，就是要樹立目標，開展建立PLM的工作。根據(jù)公司實施多年的信息化的基礎(chǔ)與現(xiàn)實情況，制定出建立PLM系統(tǒng)要實現(xiàn)的如下幾個目標：

（1）實現(xiàn)PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）。建設(shè)產(chǎn)品3D設(shè)計平臺，規(guī)范設(shè)計流程，保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)本身和數(shù)據(jù)更改過程的準確性、完整性和一致性；實現(xiàn)多形態(tài)BOM輸出，以及產(chǎn)品和車型關(guān)聯(lián)輸出；產(chǎn)品3D模型能夠與VR/AR系統(tǒng)對接，實現(xiàn)設(shè)計產(chǎn)品3D模型基于VR/AR技術(shù)的實時同步顯示；提高產(chǎn)品研發(fā)效率，縮短開發(fā)周期。

（2）實現(xiàn)CAPP（工藝數(shù)據(jù)化管理）。建立數(shù)字化制造的工藝設(shè)計和工藝部署模式，快速、準確的實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計到工藝設(shè)計無縫銜接，提高工藝設(shè)計效率，縮短工藝設(shè)計周期；實現(xiàn)工藝從設(shè)計到部署的流程化、信息化、系統(tǒng)化，建立工廠模型和數(shù)字化工藝模型BOP，以及與MES系統(tǒng)、VR/AR系統(tǒng)接口。

（3）實現(xiàn)工藝仿真?；谏a(chǎn)線&設(shè)備、輔助設(shè)備及其他必須展示對象的3D設(shè)計數(shù)模（或STP格式），通過輕量化處理、修復(fù)及格式轉(zhuǎn)換，輸出輕量化的、并能夠在PDPS中完整打開的JT文件，實現(xiàn)3D模式下的生產(chǎn)線工藝設(shè)計驗證和工藝仿真，能夠與VR/AR系統(tǒng)對接，實現(xiàn)基于VR/AR技術(shù)的工藝設(shè)計驗證和工藝仿真可視化，提升工藝設(shè)計質(zhì)量，降低制造過程中的試制成本。

（4）構(gòu)建知識庫。建立產(chǎn)品研發(fā)、工藝、流程規(guī)范、總結(jié)、FEMA文檔知識庫，減少設(shè)計、工藝環(huán)節(jié)中的低水平重復(fù)設(shè)計，提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)準確率、重用率。實現(xiàn)產(chǎn)品和工藝設(shè)計過程的FEMA庫管理，實現(xiàn)與質(zhì)量平臺的數(shù)據(jù)對接，結(jié)合項目管理保證已有的FEMA在新產(chǎn)品設(shè)計、工藝中必須執(zhí)行，知識庫有助于研發(fā)效率倍增。其中在產(chǎn)品設(shè)計階段所使用的產(chǎn)品知識庫的構(gòu)成圖如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品知識庫構(gòu)成圖

（5）實現(xiàn)項目管理。在設(shè)計、工藝一體化平臺中融入項目管理功能，實現(xiàn)整個項目研發(fā)過程中的工作任務(wù)分級分解、交付物匯總收集和分級管理、各級任務(wù)工作負荷統(tǒng)計分析、項目進度跟蹤等功能，提高項目管理的精細度、實時性和準確度[2]。

4 P L M與其它系統(tǒng)的關(guān)系

4.1 P L M與PDM的關(guān)系

簡單的說，PDM（Product Data Management，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）管控的是靜態(tài)的數(shù)據(jù)，而PLM則管控整個研發(fā)過程的數(shù)據(jù)。PLM包含PDM，PDM是PLM的功能之一。PDM只是產(chǎn)品研發(fā)階段的數(shù)據(jù)管理，PLM包含了除此之外的全生命周期的數(shù)據(jù)管理與跨越供應(yīng)鏈的所有信息的管理。

4.2 P L M與CA PP的關(guān)系

借助于CAPP系統(tǒng)，完成零件從毛胚到成品的設(shè)計、制造的過程，CAPP的深度應(yīng)用還需要有效地總結(jié)行業(yè)工藝“設(shè)計經(jīng)驗”和“設(shè)計知識”，提高重用率，解決對有經(jīng)驗的工藝工程師的依賴。完整的數(shù)據(jù)流，是智能制造實現(xiàn)的基礎(chǔ)。PDM、CAPP、CAD、CAM四者的關(guān)系圖如圖3所示。

圖3 PDM、CA PP、CA D、CA M四者的關(guān)系圖

4.3 P L M與E RP的關(guān)系

PLM和ERP是相互補充的兩個系統(tǒng)。產(chǎn)品的信息是存在于PLM中的，而不是存在于ERP系統(tǒng)中的。ERP系統(tǒng)不僅要引用產(chǎn)品數(shù)據(jù)，還要在處理業(yè)務(wù)的各個階段使用這些數(shù)據(jù)，以提高效率。PLM系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)需要相互協(xié)同地工作。

4.4 P L M與M E S的關(guān)系

MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）將產(chǎn)品的訂單、BOM表、工具、工裝、主物料、刀具、NC程序、輔助物料、設(shè)備運行維護、技術(shù)文檔、勞動工時、質(zhì)量以及依從性的管理橫向的集中在一個平臺上，生產(chǎn)訂單執(zhí)行過程中的車型、配置、質(zhì)量管理需要的產(chǎn)品數(shù)據(jù)、互鎖與追溯、生產(chǎn)物流拉動配送管理、電子操作說明書等數(shù)據(jù)都需要從PLM中即使獲取當前唯一、準確的信息。如沒有PLM，這些數(shù)據(jù)則由人為錄入，但由于熟練程度、表單的表達不清晰、錄入的數(shù)據(jù)存在瑕疵。新產(chǎn)品上線生產(chǎn)時，BOM的手工錄入的瑕疵都要較長時間的修正才能生產(chǎn)。

PLM提供了唯一的3D數(shù)據(jù)源，MES需要的產(chǎn)品數(shù)據(jù)從唯一的存儲位置自動獲取，有效地避免了人工錄入的瑕疵問題。PLM是實現(xiàn)MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也是智能制造的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5 實現(xiàn)P L M的五大技術(shù)基礎(chǔ)

PLM不是一種現(xiàn)成的工具，要與企業(yè)的具體情況結(jié)合起來。概括起來，企業(yè)實現(xiàn)PLM的基礎(chǔ)有：

（1）以流程為核心進行業(yè)務(wù)流程優(yōu)化

PLM的實施必然帶來角色的定義、職能的重新確定，如PE（產(chǎn)品工程師）要對產(chǎn)品設(shè)計負責，ME（制造工程師）要對工藝設(shè)計負責，PE與ME職能要明確定義，再有如進行MBD（基于模型的定義），需要PE、ME、QE一起來評審設(shè)計。在設(shè)計階段就能對產(chǎn)品的全過程有一個全景的了解。

（2）協(xié)同環(huán)境

產(chǎn)品的全部數(shù)據(jù)信息共享，設(shè)計數(shù)據(jù)存取方式，實現(xiàn)公司異地協(xié)同與公司外部協(xié)同。

（3）知識庫

建立資源庫，并不斷完善資源庫，實現(xiàn)標準化作業(yè)、信息化制造的底層數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（4）知識管理

在信息時代，知識已經(jīng)是最主要的財富來源。建立能被同事重用的知識資產(chǎn)，使操作者能大大提高工作效率。

（5）系統(tǒng)環(huán)境

實施PLM需要可靠、有力的硬件和軟件的支撐，海量存儲、高性能工作站、穩(wěn)定的計算機操作系統(tǒng)、支持PLM的OFFICE、3D軟件的版本等都是必備的。

6 結(jié)束語

中國制造業(yè)在世界上占有越來越重要的地位，智能制造2025的發(fā)展趨勢就是“智能化、柔性化、標準化、模塊化、數(shù)字化、數(shù)據(jù)化、協(xié)同化、共享化”。智能制造已經(jīng)是國家戰(zhàn)略[3]，是制造企業(yè)未來保持競爭優(yōu)勢的唯一途徑。發(fā)展智能制造是中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主要路徑。國家鼓勵科技創(chuàng)新，隨著智能制造的穩(wěn)步推進，在已經(jīng)建設(shè)完成的ERP的基礎(chǔ)上再引入PLM，打造智能制造的3D數(shù)據(jù)流，快速向數(shù)字化企業(yè)轉(zhuǎn)型，真正實現(xiàn)基于模型的設(shè)計、工藝、制造、試驗、仿真、服務(wù)的數(shù)字化研發(fā)協(xié)同，智能制造才能落地生根。