SOLIDWORKS PDM系統(tǒng)在非標自動化設(shè)備行業(yè)的應(yīng)用

張一心　司步超

結(jié)合作者主導(dǎo)的非標自動化設(shè)備廠商的SOLIDWOBKS PDM系統(tǒng)項目的實施，以及作者在企業(yè)的管理經(jīng)驗，分析了非標自動化制造廠商在企業(yè)信息化管理方面存在的問題及實施PDM項目的重要性，并討論了在此行業(yè)PDM實施的一般目標。

非標自動化設(shè)備是根據(jù)用戶要求定制，非市場流通的自動化系統(tǒng)集成設(shè)備，由若干行業(yè)標準和規(guī)格制造的單元設(shè)備組裝，根據(jù)實際的客戶需求進行開放、設(shè)計和制造的設(shè)備。由于非標設(shè)備用途廣泛，產(chǎn)品特點是典型的“多品種，小批量”，主要應(yīng)用的行業(yè)有以下幾類。

（1）汽車制造行業(yè)的零部件制造廠商對汽車零部件的批量生產(chǎn)及其生產(chǎn)線裝配需求。

（2）電子電氣廠商在生產(chǎn)線上的物料輸送需求。

（3）物流倉儲設(shè)備廠商對包裹的輸送、搬運需求。

（4）食品生產(chǎn)行業(yè)中的生產(chǎn)運輸和包裝需求。

目前，我國中小型非標制造設(shè)備廠商發(fā)展迅猛，大部分廠商的設(shè)計和研發(fā)能力相對于傳統(tǒng)設(shè)備行業(yè)來說較為優(yōu)秀，大部分廠商已經(jīng)應(yīng)用了三維設(shè)計工具來進行產(chǎn)品的設(shè)計和仿真，但企業(yè)內(nèi)部的信息化水平尚停留在比較原始的階段，基本上還在采用二維圖紙的管理手段來管理研發(fā)數(shù)據(jù)，本文結(jié)合PDM的主要功能，分析特定行業(yè)的企業(yè)在信息管理方面存在的問題以及建立PDM系統(tǒng)的重要性，并討論在此行業(yè)實施PDM的一般目標和步驟。

SOLIDWORKS PDM是SOLIDWORKS的企業(yè)級PDM解決方案。作為一種軟件環(huán)境，SOLIDWORKS PDM以產(chǎn)品為中心，通過計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，把企業(yè)產(chǎn)品形成過程中所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和過程集成起來統(tǒng)一管理，使產(chǎn)品數(shù)據(jù)在其生命周期內(nèi)保持一致和安全，為工程技術(shù)人員提供一個協(xié)同工作的環(huán)境。在典型的多產(chǎn)品小批量的設(shè)計和生產(chǎn)模式中，從表面上看，該行業(yè)的PDM需求主要源于對設(shè)計和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量圖紙和表格數(shù)據(jù)進行管理，但實際上的PDM需求主要源于公司內(nèi)部業(yè)務(wù)上的需要，譬如提高生產(chǎn)率和對市場需求響應(yīng)能力的需要。企業(yè)需要進一步發(fā)展，那么依靠PDM系統(tǒng)改進設(shè)計數(shù)據(jù)的使用情況、使設(shè)計數(shù)據(jù)的傳遞更加準確、使產(chǎn)品開發(fā)流程更加完善、降低成本、提高生產(chǎn)率，進而使提高市場占有率和增加企業(yè)收益成為可能。

一、中小型非標自動化設(shè)備廠商在信息管理方面的困境

1.產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息在企業(yè)內(nèi)部難共享

大部分非標自動化廠商在設(shè)計中使用了三維軟件，因此也產(chǎn)生了大量的三維模型數(shù)據(jù)，而這類包含了產(chǎn)品信息的三維數(shù)據(jù)僅僅在設(shè)計部門使用，設(shè)計部門傳遞信息的方式一般為紙質(zhì)圖紙和明細表（自制件、外購件明細），工藝部門按照紙質(zhì)圖紙和明細表來制作工藝文件，同技術(shù)部門一樣，工藝部門和車間產(chǎn)生的電子工藝文檔也僅僅存在于工藝部門和車間。這些關(guān)鍵的電子數(shù)據(jù)以不同的文件格式保存在不同部門的計算機中，所以無法在各個部門之間有效地實現(xiàn)信息共享；在設(shè)計和工藝等部門內(nèi)部，數(shù)據(jù)也分別存儲在不同人員的計算機中，部門內(nèi)部對產(chǎn)品數(shù)據(jù)的共享程度也很低。

2.產(chǎn)品數(shù)據(jù)在企業(yè)內(nèi)部傳遞速度慢

設(shè)計部門和工藝部門的信息傳遞方法為紙質(zhì)圖紙和明細表；工藝部門與車間的工藝文件、派工單等數(shù)據(jù)也是依靠紙質(zhì)文檔；車間發(fā)布的變更等信息，也是依靠紙質(zhì)文件對相關(guān)部門進行反饋；企業(yè)管理層了解項目信息也主要是依靠紙質(zhì)的報表。紙質(zhì)數(shù)據(jù)更新數(shù)據(jù)比較慢，所以各個部門對數(shù)據(jù)進行“等、蹲、討”的現(xiàn)象非常明顯，通過輔助手段比如電話，QQ群、微信群反饋的數(shù)據(jù)也不夠完整，導(dǎo)致了目前產(chǎn)品在設(shè)計的過程中，相關(guān)部門無法及時了解產(chǎn)品的設(shè)計進度情況；產(chǎn)品在制造的過程中，研發(fā)部門無法及時收集產(chǎn)品的變更需求信息；管理層也不能隨時跟蹤整個產(chǎn)品設(shè)計過程中的詳細信息。

3.產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理觀念落后

在非標自動化設(shè)備行業(yè)，設(shè)計過程中使用三維模型進行方案設(shè)計、詳細設(shè)計、方案評審及仿真分析等高端的設(shè)計手段，但是在對產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的認識上還相當落后，通常采用檔案管理人員來管理這些產(chǎn)品數(shù)據(jù)。以往采用紙質(zhì)文檔（藍圖）放入文件庫歸檔，采用三維設(shè)計后，企業(yè)僅僅是通過增加服務(wù)器硬盤，將電子數(shù)據(jù)按年或者季度進行備份，這樣的數(shù)據(jù)冗余程度相當高，在多個部門中控制和同步這些數(shù)據(jù)是非常困難的。

同樣的設(shè)計數(shù)據(jù)在企業(yè)的不同部門定義和修改，因此不能形成一致的正確版本，是主要的困難之一。如設(shè)計部門審批通過的圖紙下發(fā)到工藝部門組織編寫工藝文件，在此過程中設(shè)計部門接到客戶需求變更的通知需要修改圖紙，那么工藝人員很容易混淆設(shè)計部門提交的圖紙版本，車間和工藝部門之間的數(shù)據(jù)鏈接也存在上述的問題。不良設(shè)計數(shù)據(jù)的組織和管理模式會使企業(yè)多個部門花費時間來查找所需圖紙的版本或已有圖紙的最新版本，設(shè)計人員往往將大量時間花費在查找圖紙版本和核對正在使用的正確版本上，進而可能耽誤設(shè)計進度，或者設(shè)計人員在查找圖紙困難的情況下，設(shè)計出與檔案室?guī)齑娈a(chǎn)品圖紙中功能相似的結(jié)構(gòu)，進一步花費大量的時間。所以預(yù)留給設(shè)計部門的時間往往會不足，導(dǎo)致設(shè)計人員趕進度的情況經(jīng)常出現(xiàn)，設(shè)計人員在趕進度的過程中，有時會將錯誤的信息傳遞給同部門或者其他部門負責上下游銜接的工程師，有些情況下會導(dǎo)致車間生產(chǎn)的零件不符合最新版本的圖紙，車間的加工進度也受到影響，車間受到企業(yè)考核的壓力盡量希望設(shè)計部門對有加工差錯的零件產(chǎn)品進行妥協(xié)，更改與之相鄰的零件尺寸以期能正常裝配，進一步擠占原本所剩無幾的研發(fā)時間，形成惡性循環(huán)。

4.產(chǎn)品設(shè)計過程中研發(fā)效率低下

非標自動化設(shè)備行業(yè)產(chǎn)品特點就是“多品種，小批量”，研發(fā)周期比較緊張，但是大部分企業(yè)還是沿用串行工程設(shè)計方法，在設(shè)計的早期不能全面考慮制造、裝配和調(diào)試等多種工況情況，使制造出來的樣機，甚至成品不可避免地存在各種缺陷。這樣產(chǎn)生的變更非常多，經(jīng)常進行從概念設(shè)計（方案更改）到設(shè)計修改的循環(huán)，而這樣的循環(huán)可能多次重復(fù)，造成產(chǎn)品的交付延期，成本居高不下。

二、SO LIDWORKS PDM的主要功能

SOLIDWORKS PDM作為SOLIDWORKS公司的PDM解決方案，功能較全，下文中主要討論非標自動化行業(yè)適用的一些功能。

1.電子倉庫和數(shù)據(jù)同步功能

傳統(tǒng)的文件檔案室和簡單的服務(wù)器硬盤存儲產(chǎn)品數(shù)據(jù)，這些文檔管理方式已經(jīng)嚴重落后于快速設(shè)計和研發(fā)非標自動化產(chǎn)品的實際需要，在實際的設(shè)計和生產(chǎn)過程中，設(shè)計部門、工藝部門、項目部門、財務(wù)部門和制造部門需要將所有數(shù)據(jù)集中按規(guī)定存放在電子倉庫中，再將數(shù)據(jù)的副本以“只讀”的模式，同步到需要訪問的工程師計算機上，保證電子倉庫中的數(shù)據(jù)具有唯一性。圖紙和其他文檔只能被有相關(guān)權(quán)限的賬戶進行讀取或修改，當需要被修改時，產(chǎn)品數(shù)據(jù)的編輯權(quán)限才由PDM服務(wù)器釋放至客戶端，同時產(chǎn)品數(shù)據(jù)被修改的歷史版本和版本評論也會被存儲在電子倉庫中，以備查詢。

SOLIDWORKS的最大特點就是易學(xué)易用，其PDM產(chǎn)品也秉承了這一優(yōu)點，SOLIDWORKS PDM將電子倉庫與Windows資源管理器結(jié)合起來，如圖1所示。

如圖1所示，SOLIDWORKS PDM使用Windows資源管理器作為用戶界面，類似于在本地硬盤中建立一個強制同步的文件夾，該文件夾中的子文件夾結(jié)構(gòu)由具備相關(guān)權(quán)限的管理人員添加，所有人訪問的文件夾結(jié)構(gòu)都保持一致（需要相關(guān)的訪問權(quán)限）。

2.自動讀取產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)功能

在由三維模型描述的產(chǎn)品信息中，零件按裝配關(guān)系組成裝配體；零件與零件的工程圖；裝配體與裝配體工程圖，這些信息都是相互關(guān)聯(lián)的。在SOLIDWORKS PDM中，可以直接讀取裝配體結(jié)構(gòu)。PDM讀取產(chǎn)品結(jié)構(gòu)后，以鏈接的形式表達裝配體和零件之間的關(guān)系，選中裝配體文件，可查看該裝配體的“包含”信息，即該裝配體下屬的零件和子裝配體；選中零件或裝配體后，可查看它們的“使用處”信息，獲知該零件或裝配體被引用或借用的信息。選擇裝配體后還能自動計算出物料清單（材料明細表），如圖2所示。

3.設(shè)計過程記錄和產(chǎn)品流程管理功能

從非標自動化設(shè)備的產(chǎn)品方案設(shè)計開始，到方案審核、圖紙會簽及設(shè)計變更等，為保證設(shè)計過程按照設(shè)計流程，確保產(chǎn)品的設(shè)計和制造過程符合相關(guān)的規(guī)范，PDM系統(tǒng)中的產(chǎn)品圖紙和相關(guān)報表，需要強制性執(zhí)行設(shè)計校核和簽審的設(shè)計流程。SOLIDWORKS PDM中實現(xiàn)的流程樣例如圖3所示。

在上述的流程中，產(chǎn)品數(shù)據(jù)必須通過研發(fā)部門主管的各項審批才能發(fā)布，審批通過后，變更（ECN）也需要根據(jù)相關(guān)的流程來執(zhí)行。而且審批的過程（歷史記錄）也必須和產(chǎn)品數(shù)據(jù)綁定，實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中的信息全紀錄，如圖4所示。

4.數(shù)據(jù)分類和檢索功能

完整的產(chǎn)品信息可能包含多類型的文件，比如二維和三維模型、圖紙和明細表、工藝文件及說明書等，SOLIDWORKS PDM可以識別不同類型的文件，并將不同的文件類型納入不同的設(shè)計流程。如三維模型和圖紙納入復(fù)雜的設(shè)計簽審流程，而工藝圖紙進入專門的工藝審查流程；對設(shè)計數(shù)據(jù)中涉及到的標準件、外購件也需要進行數(shù)據(jù)分類，在電子倉庫中實現(xiàn)自動排序。為提高設(shè)計重用，SOLIDWORKS PDM提供了方便快捷的數(shù)據(jù)檢索功能，可以方便設(shè)計人員根據(jù)圖號、物料號、名稱、代號和項目名稱等條件進行模糊搜索。在搜索到需要的零部件后，設(shè)計人員可以方便地將其拖到新的項目中去，無需將借用的零件復(fù)制到本地的項目文件夾即可借用或參考。

5.版本控制功能

對于非標自動化產(chǎn)品而言，研發(fā)過程中可能包含非常多的設(shè)計修改，零件和部件可能會產(chǎn)生非常多的版本，其總裝配體也會誕生比較多的版本，這其中的版本鏈接可能非常復(fù)雜，比如C版本的總裝可能需要借用A版本的零件，而D版本的總裝需要借用F版本的零件，如5圖所示，“6/7”代表PDM中保存了該部件的7個版本，現(xiàn)在激活的是第6個版本，工程人員可以輕松識別不同的部件版本下，借用或引用的零件版本。SOLIDWORKS PDM可以直接讀取、處理不同版本之間的零件和部件的差異。

6.提高效率的自動化工具（宏任務(wù)）和二次開發(fā)功能

在SOLIDWORKS PDM中可以定義一系列的自動化工具來完成繁瑣的軟件操作任務(wù)，這類型的任務(wù)可以定時（比如設(shè)計人員下班后）、定點（固定計算機上執(zhí)行）來完成，也可以根據(jù)工作流程觸發(fā)，如圖6所示。比如設(shè)定經(jīng)過審核過后的圖紙批量加入審核的水印，也可以設(shè)定下班之后計算機自動進行高質(zhì)量的圖紙打印工作，如圖7所示。用戶也可以根據(jù)需要進行二次開發(fā)，實現(xiàn)靈活的擴展功能。

三、實施SO LIDWORKS PDM的主要目標

凡事預(yù)則立，不立則廢，實施PDM這類型項目，必須要預(yù)先定義實施的整體目標與收益，然后分階段來完成，對于中小型的非標自動化設(shè)備廠商而言，在實施PDM時應(yīng)達到如下目標。

1.整理歷史產(chǎn)品信息，規(guī)劃出常用的零件庫

實施PDM是企業(yè)梳理歷史產(chǎn)品信息的良機，借此機會將公用的專用件庫、設(shè)備庫、外購件庫進行統(tǒng)一規(guī)劃，歸檔入PDM的電子倉庫后由專人維護，刪除多余的零部件，在標準的設(shè)計庫中盡可能地避免一碼多物，多碼一物的情況。并且對存檔的標準零件模型、部件模型進行完整的物料描述，補充相對應(yīng)的屬性信息，便于后期的設(shè)計重用。歷史數(shù)據(jù)的整理是PDM實施的關(guān)鍵點，也是企業(yè)實施PDM耗費人力、物力最多的環(huán)節(jié)，歷史數(shù)據(jù)整理分成兩個步驟，第一個步驟是數(shù)據(jù)的匯總控制。實施團隊需要將各部門的歷史數(shù)據(jù)進行匯總，篩選出無效的、過時的數(shù)據(jù)，重復(fù)的零件模型、三維組件和圖紙也需要剔除，確保系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)是完備和精確的。第二個步驟是數(shù)據(jù)的分類，若要更好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的重用，除了定義完備的查詢卡片外，最好的辦法是在數(shù)據(jù)整理的過程中引入數(shù)據(jù)的分類，建立企業(yè)設(shè)計庫，如常用外購件庫、常用自制件庫、標準件庫和標準設(shè)備型號庫等，這些庫下面還可以細分子庫，如外購件庫下面再分常用氣動元器件庫、減速電機庫等。

2.保證電子倉庫中項目產(chǎn)品信息的完整性

在PDM中應(yīng)該包含其產(chǎn)品的全部設(shè)計數(shù)據(jù)和相關(guān)的文檔，僅僅包含設(shè)計和工藝圖紙是完全不夠的，設(shè)計人員應(yīng)該將產(chǎn)品設(shè)計相關(guān)的報表，設(shè)計簽審的會議記錄，用戶使用說明及維修服務(wù)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一有效的存檔和管理。

3.保證項目文檔規(guī)范化

實施PDM最重要的一點就是打破部門壁壘，消除信息孤島，要消除不同部門之間對產(chǎn)品信息的定義和使用方面的差異，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部對產(chǎn)品信息的描述具有唯一性和一致性。項目文檔規(guī)范化后可以完整、科學(xué)性地描述項目進度，如圖8所示，方便各個部門實現(xiàn)工作上的交接，徹底避免相關(guān)部門對于數(shù)據(jù)的“等、蹲、討”的現(xiàn)象。

4.制定符合PDM管理規(guī)范的企業(yè)管理制度

PDM是非標自動化廠商的研發(fā)、項目和制造等部門的核心系統(tǒng)，因此要求在PDM實施之初就要定義好相關(guān)部門、人員的權(quán)限問題，并且制定出相對應(yīng)的企業(yè)管理制度，要求操作人員在使用PDM時均按照指定的程序和規(guī)范來完成工作。

四、結(jié)語

PDM實施是一項長期的系統(tǒng)工程，非標自動化的設(shè)備廠商在不斷的發(fā)展過程中，隨著行業(yè)的變化，外部競爭加劇，那么企業(yè)的考核和激勵等管理手段、管理流程也是動態(tài)變化的，企業(yè)內(nèi)部的PDM項目經(jīng)理應(yīng)該主動去適應(yīng)企業(yè)對管理的需求，時時修正PDM系統(tǒng)，進一步改進企業(yè)的數(shù)據(jù)質(zhì)量、提高數(shù)據(jù)的重用，并更好地支持新產(chǎn)品的開發(fā)，縮短產(chǎn)品交貨期、降低產(chǎn)品成本并提高設(shè)計研發(fā)和生產(chǎn)的效率，才能更好地給企業(yè)帶來管理上的收益。