跨越設計到制造的鴻溝

竇守鵬　曹潤澤

本文基于離散制造業(yè)在制造過程中充分利用設計數(shù)據(jù)的管理需求，闡述了通過 SOLIDWORKS Enterprise PLM產(chǎn)品生命周期管理解決方案，如何以三維模型驅(qū)動的研發(fā)管理平臺為構(gòu)架，實現(xiàn)從三維設計數(shù)據(jù)，經(jīng)過工藝規(guī)劃、物料維護及物料編碼相關制造過程管理環(huán)節(jié)，輸出滿足生產(chǎn)制造所需的準確基礎數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)以快捷有效的方法跨越設計數(shù)據(jù)與制造數(shù)據(jù)之間的鴻溝，為企業(yè)打造設計與生產(chǎn)數(shù)據(jù)閉環(huán)提供借鑒。

離散制造型企業(yè)不僅需要面對來自市場日趨激烈的競爭，以及用戶個性化需求越來越多等壓力。同時，由于自身有著產(chǎn)品種類規(guī)格多、生產(chǎn)流程多變、快速響應市場需求等諸多特點，因此，如何突破設計到制造瓶頸，實現(xiàn)設計數(shù)據(jù)與制造數(shù)據(jù)的集成管理，對于企業(yè)實現(xiàn)信息化管理具有重要意義。目前，越來越多的企業(yè)借助PDM、ERP等單元系統(tǒng)實現(xiàn)上游研發(fā)設計數(shù)據(jù)管理、下游企業(yè)資源計劃管理，但是在設計環(huán)節(jié)與制造環(huán)節(jié)間，產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享存在壁壘，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)從設計到制造的平滑過渡。

一、企業(yè)產(chǎn)品制造過程數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀

經(jīng)過在多家離散制造企業(yè)中的項目經(jīng)歷，結(jié)合企業(yè)信息化系統(tǒng)應用現(xiàn)狀及業(yè)務流程的調(diào)研情況，筆者發(fā)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)在設計至制造環(huán)節(jié)中存在以下幾點問題。

1.數(shù)據(jù)分散獨立，無法同步更新

企業(yè)產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)依托于 PDM系統(tǒng)進行管理，ERP系統(tǒng)所需要的制造基礎數(shù)據(jù)，只是存放個結(jié)果，而且大部分時候也是手工輸入或者導入，在設計數(shù)據(jù)向制造數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過程中，缺少信息化平臺進行管理，導致數(shù)據(jù)無法形成一個整體。

2.數(shù)據(jù)質(zhì)量無法保障

系統(tǒng)間無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，導致產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)向制造數(shù)據(jù)變換過程中，需要依靠人員手工錄入、維護，數(shù)據(jù)的時效性、準確性無法得到把控，且數(shù)據(jù)在變更過程中無法得到監(jiān)管、追溯，造成企業(yè)制造經(jīng)驗得到不到積累，知識資產(chǎn)得不到傳承。

3.數(shù)據(jù)維護工作效率低

PDM系統(tǒng)與 ERP系統(tǒng)之間無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，導致企業(yè)人員只能依靠傳統(tǒng)方式維護數(shù)據(jù)，既要維護 PDM系統(tǒng)中的產(chǎn)品研發(fā)設計數(shù)據(jù)，也要在ERP系統(tǒng)中重復產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)的基礎上，再對制造數(shù)據(jù)進行維護。這就造成企業(yè)一方面人員工作效率低、重復性工作多，導致運營成本增加；另一方面也導致企業(yè)在標準化體系建設進展緩慢。

二、企業(yè)產(chǎn)品制造過程數(shù)據(jù)管理需求分析

針對于上文中離散制造企業(yè)現(xiàn)狀分析，結(jié)合前期的調(diào)研和項目實施經(jīng)驗積累，筆者將企業(yè)對于產(chǎn)品制造過程數(shù)據(jù)的管理需求歸納為以下幾方面。

（1）支持設計數(shù)據(jù)與制造數(shù)據(jù)集成共享。

（2）設計 BOM到工藝 BOM、制造 BOM的快速轉(zhuǎn)換。

（3）標準、高效的工藝數(shù)據(jù)維護，自動計算定額銷售。

（4）支持制造 BOM數(shù)據(jù)維護，輸出完整制造BOM。

以下筆者將描述這幾個方面的管理需求，對于不同的用戶可能存在的幾方面細化或擴展。

1.支持設計數(shù)據(jù)與制造數(shù)據(jù)集成共享

設計數(shù)據(jù)主要包含設計 BOM數(shù)據(jù)，由企業(yè)的產(chǎn)品設計部門組織和管理產(chǎn)品所需要的零部件物料清單，它是在研發(fā)設計人員在完成產(chǎn)品設計過程后獲得的。對于其他的制造數(shù)據(jù)（工藝 BOM數(shù)據(jù)和制造 BOM數(shù)據(jù)），是在設計BOM的基礎上，根據(jù)制造過程的需要，進行工藝數(shù)據(jù)和制造數(shù)據(jù)的維護后形成的。所以，設計 BOM、工藝 BOM和制造 BOM的集成共享顯得尤為重要。

基于該種應用模式，可實現(xiàn)設計與制造環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的無縫對接，應用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，避免了人為操作，減少了冗余數(shù)據(jù)產(chǎn)生。

完成設計 BOM數(shù)據(jù)平滑過渡至制造環(huán)節(jié)，有以下幾個步驟。

（1）通過 SOLIDWORKS EnterprisePDM管理SOLIDWORKS裝配體中完整的設計 BOM數(shù)據(jù)。

（2）實現(xiàn) SOLIDWORKS設計 BOM數(shù)據(jù)工作流程審批。

（3）提供信息化手段實現(xiàn)發(fā)布狀態(tài)的設計 BOM數(shù)據(jù)平滑過渡到制造數(shù)據(jù)維護環(huán)節(jié)。

通過上述步驟，形成基于單一設計源頭的 BOM數(shù)據(jù)，由設計環(huán)節(jié)輸出至制造環(huán)節(jié)，保障了數(shù)據(jù)的唯一性、時效性和準確性，形成了數(shù)據(jù)的閉環(huán)式共享應用，避免人為操作過程中不必要的錯誤。

2.提供標準的、高效的工藝路線數(shù)據(jù)維護

離散制造企業(yè)的工藝環(huán)節(jié)是建立在設計 BOM的基礎上，由工藝技術人員在生產(chǎn)能力基礎之上，進行以工序、工時、物料等工藝數(shù)據(jù)的設計和維護，以此完成產(chǎn)品設計向產(chǎn)品制造的過渡。基于傳統(tǒng)的工藝 BOM數(shù)據(jù)維護方式，一方面，無法實現(xiàn)設計 BOM數(shù)據(jù)的直接應用；另一方面，不利于企業(yè)對于工藝設計經(jīng)驗積累和對標準化、通用化的建設。因此，通過信息化手段幫助企業(yè)實現(xiàn)工藝環(huán)節(jié)的管控至關重要。

實現(xiàn)工藝環(huán)節(jié)信息化管理的需求，主要有以下幾點內(nèi)容。

（1）提供信息化平臺，承載設計環(huán)節(jié)中輸出 BOM數(shù)據(jù)。

（2）實現(xiàn)企業(yè)工藝數(shù)據(jù)的標準化、通用化管理。

（3）在工藝 BOM數(shù)據(jù)設計過程中，應用標準化、通用化工藝數(shù)據(jù)。

通過上述步驟，使工藝設計人員在統(tǒng)一的平臺中，基于一致的設計 BOM數(shù)據(jù)，應用企業(yè)標準、通用的工藝數(shù)據(jù)，實現(xiàn)標準可控，應用高效的工藝維護，為企業(yè)在產(chǎn)品制造的工藝過程中，實現(xiàn)工藝人員應用統(tǒng)一的標準，減少工藝設計工作量，壓縮工藝設計時間。

3.支持制造 BOM數(shù)據(jù)維護

在設計 BOM數(shù)據(jù)、工藝 BOM數(shù)據(jù)以外，企業(yè)需要使用制造 BOM數(shù)據(jù)來決定最終產(chǎn)品制造方法，組成產(chǎn)品制造的物料清單。同時，產(chǎn)品核算部門基于制造 BOM確定最終產(chǎn)品的成本和產(chǎn)品成本的維護。因此，企業(yè)需要在設計 BOM、工藝 BOM基礎之上，進行可能與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)沒有直接關系的物料及物料屬性等數(shù)據(jù)維護，最終完成制造BOM數(shù)據(jù)輸出。endprint

為此，實現(xiàn)該需求應主要包含以下幾點內(nèi)容。

（1）提取設計和工藝環(huán)節(jié) BOM數(shù)據(jù)，并在此基礎上維護制造 BOM數(shù)據(jù)。

（2）實現(xiàn)物料編碼功能，提供可配置的物料編碼方案。

（3）支持 BOM中零部件的父子結(jié)構(gòu)關系調(diào)整。

（4）導出包含制造BOM數(shù)據(jù)的完整視圖。

通過集成設計 BOM、工藝 BOM和制造 BOM數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)在產(chǎn)品制造過程數(shù)據(jù)管理中數(shù)據(jù)的可繼承性，使企業(yè)制造數(shù)據(jù)在不同業(yè)務環(huán)節(jié)中形成閉環(huán)鏈接，令管理更為順暢，集成更為緊密，真正實現(xiàn)企業(yè)制造過程數(shù)據(jù)管理平臺。

三、集成產(chǎn)品制造過程數(shù)據(jù)管理最佳實踐

SOLIDWORKS在三維 CAD系統(tǒng)與 SOLIDWORKS EnterprisePDM系統(tǒng)平臺化應用基礎之上，提出了產(chǎn)品生命周期管理解決方案，由產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)管理擴展到制造數(shù)據(jù)管理，整合了設計 BOM輸出、工藝路線管理和物料數(shù)據(jù)維護等制造數(shù)據(jù)管理功能模塊，實現(xiàn)了由設計至制造環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的平滑過渡，為企業(yè)提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)集成管理最佳方案。主要包含以下幾個方面。

1.完整的設計 BOM提取

通過 SOLIDWORKS Enterprise PDM管理 SOLIDWORKS數(shù)據(jù)，不但可以在檢入檢出過程中進行 PDM與設計工具的雙向互動，并可以提取 SOLIDWORKS中的完整設計 BOM信息。同時，實現(xiàn)設計 BOM數(shù)據(jù)的版本管理及輸出（圖 1）。

2.設計 BOM數(shù)據(jù)平滑過渡至制造環(huán)節(jié)

在 SOLIDWORKS Enterprise PDM端實現(xiàn)SOLIDWORKS三維設計 BOM數(shù)據(jù)管理基礎之上，通過企業(yè) BOM管理功能模塊實現(xiàn)設計 BOM數(shù)據(jù)的可視化瀏覽，并通過“設計 BOM →工藝 BOM”、“設計 BOM →制造BOM”的功能按鈕，實現(xiàn)設計 BOM向工藝 BOM、制造BOM的平滑過渡（圖 2）。

3.原材料數(shù)據(jù)維護

產(chǎn)品制造過程數(shù)據(jù)將包含設計 BOM數(shù)據(jù)及物料數(shù)據(jù)兩方面內(nèi)容，SOLIDWORKS EnterprisePLM系統(tǒng)集成有物料管理模塊，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)過程中物料數(shù)據(jù)的管理，有利于在統(tǒng)一的平臺中實現(xiàn)對于產(chǎn)品制造過程數(shù)據(jù)的維護。同時，該功能將實現(xiàn)物料編碼，與生產(chǎn)制造管理系統(tǒng)中物料數(shù)據(jù)同步（圖 3）。

4.物料編碼管理

SOLIDWORKS EnterprisePLM系統(tǒng)中可實現(xiàn)物料編碼管理，通過識別物料特征，匹配對應的編碼規(guī)則，以實現(xiàn)單一編碼或批量編碼。同時，企業(yè)可根據(jù)業(yè)務需求，進行編碼方案的自定義（圖 4）。

5.實現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)標準化建設

系統(tǒng)將提供平臺以實現(xiàn)企業(yè)在工藝設計環(huán)節(jié)標準化、通用化數(shù)據(jù)的維護。通過制造過程功能模塊中標準工藝路線建設，幫助企業(yè)按類別定義工藝路線，結(jié)合工序、物料等制造基礎數(shù)據(jù)，最終完成工藝路線標準化、通用化建設（圖5）。

6.支持定額公式計算管理

在制造過程數(shù)據(jù)維護中，將提供定額公式管理模塊實現(xiàn)定額領料、標準工時計算需求。通過定額公式的配置，實現(xiàn)企業(yè)制造過程數(shù)據(jù)維護過程中的標準化定義（圖 6）。

7.實現(xiàn)工藝 BOM數(shù)據(jù)維護

在產(chǎn)品設計 BOM數(shù)據(jù)基礎上，支持自動或手工創(chuàng)建工藝路線信息，并實現(xiàn)以公式定額的方式計算出標準工藝用料和標準工時用量。以此實現(xiàn)更加高效的工藝數(shù)據(jù)維護，避免了設計 BOM向工藝 BOM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中不必要的錯誤。同時，幫助企業(yè)實現(xiàn)工藝環(huán)節(jié)標準化管控，使工藝數(shù)據(jù)具備可繼承性（圖 7）。

公式定額可支持用戶輸入動態(tài)參數(shù)，以更好地匹配企業(yè)在定額公式應用上的業(yè)務需求（圖 8）。

8.實現(xiàn)制造 BOM數(shù)據(jù)維護

在設計 BOM或工藝 BOM數(shù)據(jù)應用基礎之上，進行制造 BOM數(shù)據(jù)維護。將實現(xiàn)添加并掛接物料數(shù)據(jù)、物料編碼、BOM父子結(jié)構(gòu)關系調(diào)整及數(shù)據(jù)輸出（圖 9和圖 10）。

四、成功案例

成都雙虎實業(yè)有限公司，始建于 1989年，產(chǎn)品始建于1989年產(chǎn)品遍及全國 31個省、市、自治區(qū)，覆蓋國內(nèi)主要城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)，是集家具設計、研發(fā)、制造、銷售和服務于一體的現(xiàn)代化大型家具企業(yè)。

作為一家全國性的大型家具制造企業(yè)，該企業(yè)體現(xiàn)出了豐富的產(chǎn)品線及規(guī)格型號；訂單式與庫存式業(yè)務模式并存；工藝環(huán)節(jié)任務多、工作量大；產(chǎn)品趨于部件標準化、模塊化及拆裝化等特點。同時，在企業(yè)發(fā)展過程中，也面臨著如何集中管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)，如何打通設計、工藝及制造BOM數(shù)據(jù)管理等發(fā)展瓶頸。

企業(yè)成長離不開強大的管理支撐，雙虎實業(yè)于 2013年選擇 SOLIDWORKS EnterprisePLM產(chǎn)品生命周期解決方案，集成 OA、PDM和 ERP等信息化管理系統(tǒng)，打造信息化管理平臺，走上了 IT整體運營管理的發(fā)展道路。

通過實施 SOLIDWORKS EnterprisePLM系統(tǒng)，該企業(yè)實現(xiàn)了由過去的二維設計平臺向設計平臺過渡，加深了三維CAD 數(shù)據(jù)的覆蓋面，修訂了三維設計數(shù)據(jù)規(guī)范，實現(xiàn)了從二維至三維的華麗轉(zhuǎn)身。在此基礎上，該企業(yè)還實現(xiàn)了設計BOM 數(shù)據(jù)向工藝BOM、制造BOM 數(shù)據(jù)遷移，靈活編輯工藝路線數(shù)據(jù)，增加/ 刪除工序數(shù)據(jù)，以及通過定額公式，自動計算出物料定額和工時定額，使工藝設計工作變得可視化、標準化；通過物料數(shù)據(jù)的管理和編碼的實現(xiàn)，完成制造BOM 數(shù)據(jù)管理。最終，將完整的制造BOM 數(shù)據(jù)輸出到了ERP 系統(tǒng)。

對比往昔， 雙虎實業(yè)建立了以SOLIDWORKS 三維CAD 數(shù)據(jù)為源頭， 以PLM 研發(fā)平臺為核心， 將SOLIDWORKS、PLM 和ERP 三大系統(tǒng)平臺成功集成的完整信息系統(tǒng)，讓數(shù)據(jù)流從源頭起經(jīng)過每個系統(tǒng)的豐富完善與交互，輸出各種報表，為指導生產(chǎn)形成有效的數(shù)據(jù)支撐。

五、結(jié)語

離散制造企業(yè)在實現(xiàn)產(chǎn)品制造過程數(shù)據(jù)管理的過程中，保障單一數(shù)據(jù)從設計端源頭開始進行管控，打通設計、工藝、制造等產(chǎn)品制造過程環(huán)節(jié)。通過應用SOLIDWORKS Enterprise PLM 產(chǎn)品生命周期解決方案，能夠提供統(tǒng)一的平臺實現(xiàn)設計向制造的平滑過渡，避免了不同系統(tǒng)間集成開發(fā)的風險，真正意義上為企業(yè)實現(xiàn)設計到制造的數(shù)據(jù)集成，建立閉環(huán)連接。endprint