基于模块化的PLM系统设计研究
导读：本文研究(jiu)针对(dui)运(yun)用Teamcenter数据(ju)管理平台(tai)进(jin)行PLM系(xi)(xi)统(tong)完善，构建基于Teamcenter模块(kuai)化的PLM三维模型的设(she)(she)(she)计(ji)(ji)研发管理平台(tai)。通过(guo)基于模块(kuai)化PLM系(xi)(xi)统(tong)的建设(she)(she)(she)，从各工(gong)业(ye)系(xi)(xi)统(tong)集成、产品设(she)(she)(she)计(ji)(ji)、产品研发、工(gong)艺、仿真分析平台(tai)搭建、BOM管理新方法(fa)等方面进(jin)行PLM系(xi)(xi)统(tong)设(she)(she)(she)计(ji)(ji)研究(jiu)，通过(guo)项(xiang)目管理、流程(cheng)管理和系(xi)(xi)统(tong)集成，对(dui)产品数据(ju)进(jin)行统(tong)一管理，提高效(xiao)率(lv)。
随着互联网、大数(shu)据(ju)、云(yun)计算以(yi)及物(wu)联网(IoT)等技术(shu)的(de)蓬勃发(fa)展(zhan)，制造业(ye)在最(zui)近几年发(fa)生(sheng)了重大转(zhuan)(zhuan)变，产品(pin)研发(fa)型(xing)企(qi)业(ye)更(geng)是站(zhan)在数(shu)字化(hua)转(zhuan)(zhuan)型(xing)的(de)浪尖上(shang)。PLM，是一种(zhong)管理策略(lve)，可(ke)(ke)以(yi)在一个产品(pin)全(quan)生(sheng)命周期里统筹所(suo)有信息资源，可(ke)(ke)以(yi)保证产品(pin)数(shu)据(ju)的(de)完整(zheng)性、正确性、一致性，可(ke)(ke)以(yi)解(jie)决企(qi)业(ye)产品(pin)设计研发(fa)过(guo)(guo)程的(de)过(guo)(guo)度变更(geng)、追溯性差等问题(ti)，可(ke)(ke)以(yi)实现研发(fa)部(bu)(bu)门(men)、工(gong)程技术(shu)部(bu)(bu)门(men)、公司各业(ye)务相(xiang)关部(bu)(bu)门(men)，甚至企(qi)业(ye)间对产品(pin)数(shu)据(ju)的(de)协同应用，真正做到了“删繁化(hua)简(jian)”。
随着公(gong)司产(chan)品(pin)、业务(wu)的(de)不断发展，产(chan)品(pin)结构越来越复(fu)杂，竞(jing)争不断加剧，产(chan)品(pin)的(de)交付周(zhou)期(qi)愈来愈短(duan)，公(gong)司也(ye)面临许(xu)多外(wai)在的(de)考验(yan)、挑战。PLM系(xi)统(tong)可以(yi)实现产(chan)品(pin)设计、工艺设计、制造(zao)等过程(cheng)中紧密协作(zuo)；实现以(yi)BOM为核心的(de)工艺信息(xi)化管(guan)理(li)，在工艺设计过程(cheng)中运用(yong)仿真和(he)(he)动画达到预期(qi)效果。PLM系(xi)统(tong)就是打造(zao)一个管(guan)理(li)产(chan)品(pin)生命周(zhou)期(qi)中各(ge)类数据、过程(cheng)和(he)(he)应用(yong)的(de)协同管(guan)理(li)平台，以(yi)提升公(gong)司生产(chan)效率和(he)(he)竞(jing)争力。
建立(li)与(yu)ERP、BPM、MES、MOM等系(xi)统和CAD软件高(gao)度集成的(de)(de)(de)数(shu)据(ju)(ju)(ju)管(guan)理(li)系(xi)统，实现(xian)对产(chan)品数(shu)据(ju)(ju)(ju)全生命周(zhou)期的(de)(de)(de)管(guan)理(li)。通过(guo)PLM系(xi)统实现(xian)对产(chan)品技术(shu)状态(tai)的(de)(de)(de)管(guan)控、产(chan)品设计与(yu)工艺设计的(de)(de)(de)协同、产(chan)品设计数(shu)据(ju)(ju)(ju)传递(di)(di)到CAPP中、产(chan)品设计数(shu)据(ju)(ju)(ju)传递(di)(di)到ERP中；通过(guo)PLM系(xi)统，建立(li)三维数(shu)字模型的(de)(de)(de)应用环(huan)境，将(jiang)产(chan)品设计数(shu)据(ju)(ju)(ju)管(guan)理(li)、技术(shu)状态(tai)控制、研(yan)制过(guo)程(cheng)管(guan)理(li)进行集成。
PLM系统(tong)工程(cheng)设(she)(she)计(ji)(ji)(ji)采用(yong)西门(men)子(zi)的(de)(de)(de)Teamcenter系统(tong)，进(jin)行产(chan)品数(shu)据(ju)(ju)、设(she)(she)计(ji)(ji)(ji)模(mo)(mo)板(ban)的(de)(de)(de)规范(fan)化定义实现(xian)三维模(mo)(mo)型的(de)(de)(de)全(quan)寿命周(zhou)期的(de)(de)(de)管理。Teamcenter中所有设(she)(she)计(ji)(ji)(ji)数(shu)据(ju)(ju)和(he)工艺(yi)数(shu)据(ju)(ju)保证了单一数(shu)据(ju)(ju)源(yuan)，直接使用(yong)产(chan)品设(she)(she)计(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)数(shu)据(ju)(ju)进(jin)行工艺(yi)设(she)(she)计(ji)(ji)(ji)，实现(xian)与产(chan)品设(she)(she)计(ji)(ji)(ji)和(he)制(zhi)造资源(yuan)关联的(de)(de)(de)数(shu)据(ju)(ju)结构(gou)。针对产(chan)品设(she)(she)计(ji)(ji)(ji)、工艺(yi)业务需求(qiu)提出PLM系统(tong)建设(she)(she)方案，通过对产(chan)品、资源(yuan)和(he)工厂的(de)(de)(de)数(shu)据(ju)(ju)集成(cheng)管理，实现(xian)产(chan)品从设(she)(she)计(ji)(ji)(ji)到制(zhi)造的(de)(de)(de)全(quan)过程(cheng)信(xin)息(xi)支(zhi)持。PLM系统(tong)总(zong)体(ti)设(she)(she)计(ji)(ji)(ji)方案如下(xia)图所示(shi)。
图1 PLM系统总体设计方案
2 PLM系统建设
2.1 基于MBD的设计
(1)三(san)(san)维(wei)(wei)建模(mo)、三(san)(san)维(wei)(wei)标注。三(san)(san)维(wei)(wei)模(mo)型(xing)(xing)是实现全三(san)(san)维(wei)(wei)快(kuai)速(su)设计(ji)和(he)制造的(de)(de)基础和(he)源头(tou)，高质(zhi)量的(de)(de)三(san)(san)维(wei)(wei)模(mo)型(xing)(xing)能(neng)保(bao)证后续工序的(de)(de)正确性，提(ti)高产(chan)品的(de)(de)质(zhi)量。采用(yong)NX CAD三(san)(san)维(wei)(wei)设计(ji)软件实现全参数化(hua)建模(mo)，并利用(yong)三(san)(san)维(wei)(wei)标注模(mo)块根据MBD规范标准在产(chan)品的(de)(de)三(san)(san)维(wei)(wei)模(mo)型(xing)(xing)上完成各类产(chan)品信息（尺(chi)寸标注、文字注释、几何形位公(gong)差等(deng)）的(de)(de)定义。
(2)三(san)维(wei)(wei)模(mo)型(xing)(xing)质量检查。三(san)维(wei)(wei)模(mo)型(xing)(xing)的(de)模(mo)型(xing)(xing)数据以(yi)及PMI数据的(de)合(he)(he)规性和可(ke)制(zhi)造性，是三(san)维(wei)(wei)设计的(de)关键。检查的(de)内容主要包括建模(mo)合(he)(he)规性、装配(pei)合(he)(he)规性、几何(he)对象合(he)(he)规性、文件结构合(he)(he)规性。
(3)建立常(chang)用(yong)资(zi)(zi)源库。在(zai)产品的(de)(de)研发(fa)过程中，有大量的(de)(de)工作资(zi)(zi)源是大家(jia)都要重复利用(yong)的(de)(de)，三维(wei)数(shu)字化(hua)开发(fa)平台必须为(wei)大家(jia)提(ti)供这些资(zi)(zi)源，以提(ti)高工作的(de)(de)协(xie)调性、数(shu)据(ju)的(de)(de)可交换(huan)性和标(biao)准(zhun)化(hua)程度(du)，从而(er)提(ti)高三维(wei)数(shu)字化(hua)开发(fa)平台的(de)(de)可用(yong)度(du)和可推广性，资(zi)(zi)源库内容主(zhu)要包括(kuo)二维(wei)制图(tu)符号库、用(yong)户自定义特征库、标(biao)准(zhun)件库。
(4)建立应用标准规(gui)范(fan)。合理(li)的(de)(de)标准规(gui)范(fan)能(neng)引(yin)导和(he)管理(li)基(ji)于MBD的(de)(de)三维设计(ji)，设计(ji)的(de)(de)一致性(xing)和(he)规(gui)范(fan)性(xing)能(neng)够促进(jin)基(ji)于MBD的(de)(de)三维设计(ji)的(de)(de)快速推广和(he)普(pu)及，实现设计(ji)的(de)(de)国标化(hua)(hua)、规(gui)范(fan)化(hua)(hua)、流(liu)程(cheng)(cheng)化(hua)(hua)、自动化(hua)(hua)，方便快捷地完(wan)成各流(liu)程(cheng)(cheng)的(de)(de)设计(ji)与定(ding)义(yi)。
2.2 知识库的创建
采(cai)用Teamcenter设计管理软件建立(li)知识库，该知识库的(de)创建是基于(yu)大(da)量产(chan)品设计经验(yan)，总结各个(ge)专业的(de)知识和(he)经验(yan)，在(zai)系统(tong)中(zhong)通过分类(lei)库、工(gong)艺资源库等形式固化(hua)下来，并(bing)提(ti)(ti)供(gong)给相(xiang)关人员参(can)考和(he)借鉴，减少重复错误，提(ti)(ti)高设计能(neng)力和(he)设计质量，缩短研发周(zhou)期。
知(zhi)识(shi)库(ku)(ku)(ku)(ku)(ku)需能储(chu)存多种形式的知(zhi)识(shi)，包(bao)括电(dian)子(zi)表(biao)格、手册、公(gong)式、数据(ju)库(ku)(ku)(ku)(ku)(ku)，以(yi)及经验规则(ze)、专用程(cheng)序等(deng)。获(huo)得的知(zhi)识(shi)既(ji)可以(yi)是型(xing)(xing)(xing)号数据(ju)，也可以(yi)是共性(xing)(xing)资(zi)源数据(ju)。型(xing)(xing)(xing)号数据(ju)包(bao)括型(xing)(xing)(xing)号的技(ji)(ji)术(shu)要求、三(san)维(wei)(wei)模型(xing)(xing)(xing)、工(gong)程(cheng)图纸、技(ji)(ji)术(shu)文(wen)档、仿(fang)真(zhen)数据(ju)、工(gong)艺(yi)数据(ju)、工(gong)装数据(ju)、加工(gong)数据(ju)、检验数据(ju)、试验数据(ju)和维(wei)(wei)护数据(ju)等(deng)；共性(xing)(xing)资(zi)源数据(ju)主要包(bao)括技(ji)(ji)术(shu)参数库(ku)(ku)(ku)(ku)(ku)、特征零(ling)部件(jian)库(ku)(ku)(ku)(ku)(ku)、典(dian)型(xing)(xing)(xing)图样(yang)库(ku)(ku)(ku)(ku)(ku)、标准(zhun)件(jian)库(ku)(ku)(ku)(ku)(ku)、外(wai)购件(jian)库(ku)(ku)(ku)(ku)(ku)、工(gong)艺(yi)模板、典(dian)型(xing)(xing)(xing)工(gong)艺(yi)、材料(liao)库(ku)(ku)(ku)(ku)(ku)、工(gong)装库(ku)(ku)(ku)(ku)(ku)、设备库(ku)(ku)(ku)(ku)(ku)、质量规范、可靠性(xing)(xing)实验库(ku)(ku)(ku)(ku)(ku)、性(xing)(xing)能实验库(ku)(ku)(ku)(ku)(ku)、故障库(ku)(ku)(ku)(ku)(ku)，以(yi)及科技(ji)(ji)文(wen)献(xian)、科技(ji)(ji)成(cheng)果、战略情报等(deng)等(deng)。
2.3 设计仿真分析与管理
采用西门子的(de)Teamcenter和NX CAE模块搭建设(she)计仿真分(fen)析和管理平台(tai)。实现如下功能：
(1)设(she)(she)计(ji)(ji)和仿(fang)真(zhen)统(tong)一平(ping)台(tai)，提高仿(fang)真(zhen)效率，提升设(she)(she)计(ji)(ji)质量。NX CAE仿(fang)真(zhen)模(mo)(mo)块实(shi)现与(yu)CAD的(de)高度集成，设(she)(she)计(ji)(ji)模(mo)(mo)型的(de)信(xin)息全部带入(ru)分(fen)(fen)析(xi)(xi)中设(she)(she)计(ji)(ji)模(mo)(mo)型修(xiu)改与(yu)更新(xin)，分(fen)(fen)析(xi)(xi)模(mo)(mo)型可(ke)以自动捕捉(zhuo)到(dao)设(she)(she)计(ji)(ji)的(de)变化，可(ke)控的(de)自动更新(xin)分(fen)(fen)析(xi)(xi)模(mo)(mo)型。基(ji)于(yu)TC和NX CAE仿(fang)真(zhen)分(fen)(fen)析(xi)(xi)模(mo)(mo)块搭建(jian)集成的(de)仿(fang)真(zhen)分(fen)(fen)析(xi)(xi)数据(ju)管理(li)(li)平(ping)台(tai)，实(shi)现仿(fang)真(zhen)分(fen)(fen)析(xi)(xi)数据(ju)在TC中进行管理(li)(li)。
(2)广泛(fan)的(de)(de)数据(ju)开放性(xing)。支(zhi)持(chi)许多种(zhong)格式(shi)(shi)的(de)(de)CAD几(ji)何(he)模(mo)型(xing)，直接(jie)编辑和(he)理想化功能都可(ke)以(yi)用于(yu)所有这些格式(shi)(shi)的(de)(de)几(ji)何(he)模(mo)型(xing)。支(zhi)持(chi)的(de)(de)几(ji)何(he)模(mo)型(xing)格式(shi)(shi)包(bao)括：NX、CATIA V4和(he)v5、PRO/E、SolidWorks、SolidEDGE，支(zhi)持(chi)通用格式(shi)(shi)几(ji)何(he)文件(jian)，比(bi)如Parasolid、STEP、STEP、IGES等数据(ju)格式(shi)(shi)。
(3)快速(su)(su)、高效、智能化建模能力。前后处理除了能快速(su)(su)的(de)获取几何，在(zai)模型简化和网格(ge)生成方面也有她非常(chang)独特的(de)技术，包括几何体提(ti)取、抽取中面、自动区域网格(ge)划分技术、相似网格(ge)、焊缝/筋提(ti)取等。
(4)多(duo)学科(ke)多(duo)场所协同(tong)分析(xi)平(ping)台(tai)。基于搭建的(de)仿真(zhen)平(ping)台(tai)环境(jing)，能够提供多(duo)学科(ke)仿真(zhen)的(de)广泛分析(xi)能力(li)，无论在执行结构分析(xi)、热分析(xi)、流体分析(xi)、运动分析(xi)，还是许(xu)多(duo)其他类型的(de)分析(xi)，都是统一的(de)用户界面，并(bing)采用相(xiang)同(tong)的(de)文(wen)件结构和管(guan)理模式(shi)。
(5)通过仿(fang)(fang)真(zhen)管理系统(tong)，实现(xian)(xian)产品(pin)研(yan)制(zhi)过程中各个阶段、总体(ti)到分(fen)系统(tong)的(de)仿(fang)(fang)真(zhen)项目(mu)、各种仿(fang)(fang)真(zhen)分(fen)析工(gong)(gong)(gong)具(ju)、仿(fang)(fang)真(zhen)数据、仿(fang)(fang)真(zhen)工(gong)(gong)(gong)具(ju)之(zhi)间的(de)接口、仿(fang)(fang)真(zhen)数据查(cha)询等各个方面进行协(xie)同，最终建(jian)立(li)一(yi)套规范的(de)虚拟(ni)样(yang)机开发环境来(lai)解决目(mu)前各种仿(fang)(fang)真(zhen)工(gong)(gong)(gong)具(ju)、仿(fang)(fang)真(zhen)数据零散，仿(fang)(fang)真(zhen)项目(mu)和过程不受控制(zhi)，总体(ti)与(yu)分(fen)系统(tong)的(de)仿(fang)(fang)真(zhen)数据难以复用等问题，从(cong)而(er)真(zhen)正实现(xian)(xian)设计、工(gong)(gong)(gong)艺(yi)、仿(fang)(fang)真(zhen)一(yi)体(ti)化。
2.4 产品设计管理
通过Teamcenter设计管(guan)理软件实现(xian)产品的设计管(guan)理要求，主要包(bao)括(kuo)以下方面的内容：
(1)实现(xian)图(tu)文(wen)(wen)(wen)档(dang)(dang)管(guan)理(li)建(jian)立(li)(li)图(tu)文(wen)(wen)(wen)档(dang)(dang)分类与查(cha)(cha)询功能，根据产品类型(xing)、文(wen)(wen)(wen)档(dang)(dang)编号(hao)等属(shu)性(xing)直(zhi)接(jie)找到文(wen)(wen)(wen)档(dang)(dang)，而且还可对这些条(tiao)件(jian)组合(he)查(cha)(cha)询，查(cha)(cha)询条(tiao)件(jian)可以保(bao)存(cun)备(bei)用(yong)。建(jian)立(li)(li)文(wen)(wen)(wen)档(dang)(dang)模板，让用(yong)户在创(chuang)建(jian)文(wen)(wen)(wen)档(dang)(dang)时(shi)可以自动调(diao)用(yong)相应(ying)的模板。实现(xian)文(wen)(wen)(wen)档(dang)(dang)版(ban)本管(guan)理(li)、文(wen)(wen)(wen)档(dang)(dang)可视化(hua)及文(wen)(wen)(wen)档(dang)(dang)齐套性(xing)检查(cha)(cha)。
(2)实(shi)现与CAD软件(jian)集成(cheng)。Teamcenter可以同CAD软件(jian)高度(du)集成(cheng)科研通(tong)过(guo)专门(men)的API（应用编程接(jie)口）用来创建零(ling)件(jian)对象、产品(pin)结构(gou)和将(jiang)三维(wei)CAD数据转换成(cheng)轻(qing)量化的JT格式实(shi)现Teamcenter与AUTOCAD集成(cheng)、三维(wei)CAD集成(cheng)、NX三维(wei)建模软件(jian)集成(cheng)。
(3)产(chan)(chan)品结(jie)构化管理。在(zai)Teamcenter中，通过产(chan)(chan)品结(jie)构管理为(wei)设计和生产(chan)(chan)等(deng)业务的需要创建和操(cao)纵BOM表(biao)，并(bing)以(yi)可视化的方式(shi)提(ti)供(gong)产(chan)(chan)品结(jie)构。实现零部件关联(lian)查询、配套管理、产(chan)(chan)品结(jie)构比较、BOM可视化展(zhan)示等(deng)功(gong)能。
(4)工作流(liu)(liu)程(cheng)管理。工作流(liu)(liu)管理是整个系统的(de)重要组成部分，通过电子化(hua)的(de)方(fang)式使(shi)任务分配、接(jie)收、文档审核与发放快速进(jin)行，大幅(fu)度加快集团化(hua)工作流(liu)(liu)程(cheng)的(de)进(jin)度以及提(ti)高(gao)工作效率(lv)。
(5)变(bian)更管(guan)(guan)理。要想管(guan)(guan)理好整个变(bian)更过程，对(dui)于复杂(za)的(de)(de)情况必须能够做(zuo)到使变(bian)更管(guan)(guan)理跨越(yue)整个产品(pin)(pin)的(de)(de)生命周期(qi)，为了达到这样一个目标，基于CMII标准的(de)(de)变(bian)更管(guan)(guan)理规范应运而生。Teamcenter能够支持(chi)基于CMII的(de)(de)变(bian)更管(guan)(guan)理，也就是说变(bian)更管(guan)(guan)理可贯穿整个产品(pin)(pin)生命周期(qi)。
(6)物料清单(dan)管(guan)(guan)理(li)。物料清单(dan)(BOM)管(guan)(guan)理(li)是(shi)产品结构管(guan)(guan)理(li)的补充(chong)，也是(shi)实现设计、工(gong)艺、制造协同(tong)的重(zhong)要数据基础。
2.5 超级BOM搭建
超级(ji)BOM的管(guan)理是产品(pin)结构管(guan)理的补(bu)充，超级(ji)BOM的搭(da)建(jian)包括两个方面的内容，即(ji)变(bian)量配(pei)置(zhi)和BOM多(duo)视图管(guan)理。
通过智能制(zhi)造(zao)项目(mu)中PLM系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)(tong)建(jian)设(she)，形成(cheng)了以(yi)Teamcenter为中心(xin)(xin)的(de)(de)(de)产品(pin)(pin)全生(sheng)命(ming)周期管理平台。Teamcenter不仅仅被(bei)制(zhi)造(zao)业(ye)使用，还在(zai)各(ge)种设(she)计、生(sheng)产行业(ye)广泛运(yun)用，Teamcenter将PLM系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)(tong)进行模块化(hua)组合，使他能够(gou)切实(shi)地满足各(ge)类客户(hu)的(de)(de)(de)各(ge)种需求(qiu)。利用Teamcenter系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)(tong)本身强(qiang)大的(de)(de)(de)功能和(he)(he)特定(ding)的(de)(de)(de)接口(kou)集成(cheng)，实(shi)现(xian)设(she)计软(ruan)件(jian)(CAD)、设(she)计仿(fang)真(zhen)软(ruan)件(jian)(CAE)、工艺仿(fang)真(zhen)软(ruan)件(jian)(Tecnomatix)、BPM编(bian)码管理系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)(tong)、通讯软(ruan)件(jian)(RTX)和(he)(he)Teamcenter系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)集成(cheng)，增强(qiang)各(ge)部门间的(de)(de)(de)协(xie)同研发能力(li)，全面提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)设(she)计研发效率(lv)，加强(qiang)数据(ju)管理；通过ERP-SAP系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)(tong)、MOM和(he)(he)Teamcenter系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)无(wu)缝(feng)集成(cheng)，提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)产品(pin)(pin)生(sheng)产准备效率(lv)，缩短产品(pin)(pin)交(jiao)(jiao)货周期。通过模块化(hua)PLM系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)实(shi)施应用，开展三维工艺设(she)计与管理系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)统(tong)(tong)(tong)(tong)建(jian)设(she)打通了设(she)计工艺仿(fang)真(zhen)制(zhi)造(zao)一体化(hua)道路，让设(she)计数据(ju)与制(zhi)造(zao)数据(ju)能够(gou)实(shi)时连接起来(lai)，确保数字化(hua)制(zhi)造(zao)过程进行有效的(de)(de)(de)信息(xi)共享与交(jiao)(jiao)互，提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)了科(ke)研管理的(de)(de)(de)效率(lv)，提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)了公司核(he)心(xin)(xin)竞争力(li)，促(cu)进公司可持(chi)续、绿(lv)色发展。
