P L M在汽車(chē)零部件企業(yè)智能制造中的地位和作用

丁剛強(qiáng)

（廣西汽車(chē)集團(tuán)柳州五菱汽車(chē)工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007）

當(dāng)前，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入中國(guó)特色社會(huì)主義新時(shí)代，社會(huì)的主要矛盾為人民日益增長(zhǎng)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(jìn)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(jìn)智能制造，推動(dòng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、跨區(qū)域的產(chǎn)品合作、日益增加的開(kāi)發(fā)成本、要不斷開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和提高效率，而且同時(shí)還要保證質(zhì)量等諸多矛盾，亟需解決。同時(shí)也要清醒認(rèn)識(shí)智能制造的宏觀(guān)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(guò)程執(zhí)行系統(tǒng)）、ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計(jì)劃）、SCM（Supply Chain Management，供應(yīng)鏈管理）、CRM（Customer Relationship Management，客戶(hù)關(guān)系管理）[1]、數(shù)字化、定制化、虛擬制造、智能維護(hù)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(shí)現(xiàn)途徑。

汽車(chē)零部件制造企業(yè)的智能制造實(shí)現(xiàn)的途徑應(yīng)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(tái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、財(cái)務(wù)管理的一體化，進(jìn)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(jìn)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)管理模式和管理理念，已經(jīng)逐漸成為汽車(chē)產(chǎn)品協(xié)同開(kāi)發(fā)的新模式。PLM以協(xié)同過(guò)程管理技術(shù)為核心，把人、過(guò)程和信息有效地結(jié)合，使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)一直到報(bào)廢的整個(gè)生命周期中都能支持與產(chǎn)品相關(guān)聯(lián)的過(guò)程與系統(tǒng)。如支持MES、ERP等。

PLM為虛擬范疇，是在計(jì)算機(jī)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(jì)、工程生產(chǎn)物料清單、工藝路線(xiàn)管理、過(guò)程仿真等。

CONTROL、MES、ERP為現(xiàn)實(shí)范疇，是在現(xiàn)實(shí)中真實(shí)存在的。其中CONTROL層包括計(jì)算機(jī)輔助制造、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換、產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)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(shuō)明書(shū)等；ERP層包括物料資源規(guī)劃、采購(gòu)管理、訂單管理、財(cái)務(wù)與控制等。

虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合，在虛擬環(huán)境下驗(yàn)證可行性之后，在現(xiàn)實(shí)世界中真實(shí)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(tái)使一切成為可能。如圖1虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合架構(gòu)所示。

圖1 虛擬與現(xiàn)實(shí)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(shí)現(xiàn)效率提升、效益提升。

企業(yè)已經(jīng)在前幾年就實(shí)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(jì)嚴(yán)重依賴(lài)工藝工程師的經(jīng)驗(yàn)與技能，效率較低，導(dǎo)致產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)。為縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)的北京汽車(chē)、長(zhǎng)安馬自達(dá)、奇瑞、吉利、福田雷沃、重慶小康等有先見(jiàn)之明和有實(shí)力的汽車(chē)制造公司都已經(jīng)在實(shí)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(shì)。

3 P L M系統(tǒng)的目標(biāo)

目的已經(jīng)明確，就是要樹(shù)立目標(biāo)，開(kāi)展建立PLM的工作。根據(jù)公司實(shí)施多年的信息化的基礎(chǔ)與現(xiàn)實(shí)情況，制定出建立PLM系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的如下幾個(gè)目標(biāo)：

（1）實(shí)現(xiàn)PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）。建設(shè)產(chǎn)品3D設(shè)計(jì)平臺(tái)，規(guī)范設(shè)計(jì)流程，保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)本身和數(shù)據(jù)更改過(guò)程的準(zhǔn)確性、完整性和一致性；實(shí)現(xiàn)多形態(tài)BOM輸出，以及產(chǎn)品和車(chē)型關(guān)聯(lián)輸出；產(chǎn)品3D模型能夠與VR/AR系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品3D模型基于VR/AR技術(shù)的實(shí)時(shí)同步顯示；提高產(chǎn)品研發(fā)效率，縮短開(kāi)發(fā)周期。

（2）實(shí)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(jì)和工藝部署模式，快速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)到工藝設(shè)計(jì)無(wú)縫銜接，提高工藝設(shè)計(jì)效率，縮短工藝設(shè)計(jì)周期；實(shí)現(xiàn)工藝從設(shè)計(jì)到部署的流程化、信息化、系統(tǒng)化，建立工廠(chǎng)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(shí)現(xiàn)工藝仿真?；谏a(chǎn)線(xiàn)&設(shè)備、輔助設(shè)備及其他必須展示對(duì)象的3D設(shè)計(jì)數(shù)模（或STP格式），通過(guò)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(kāi)的JT文件，實(shí)現(xiàn)3D模式下的生產(chǎn)線(xiàn)工藝設(shè)計(jì)驗(yàn)證和工藝仿真，能夠與VR/AR系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)基于VR/AR技術(shù)的工藝設(shè)計(jì)驗(yàn)證和工藝仿真可視化，提升工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低制造過(guò)程中的試制成本。

（4）構(gòu)建知識(shí)庫(kù)。建立產(chǎn)品研發(fā)、工藝、流程規(guī)范、總結(jié)、FEMA文檔知識(shí)庫(kù)，減少設(shè)計(jì)、工藝環(huán)節(jié)中的低水平重復(fù)設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率、重用率。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的FEMA庫(kù)管理，實(shí)現(xiàn)與質(zhì)量平臺(tái)的數(shù)據(jù)對(duì)接，結(jié)合項(xiàng)目管理保證已有的FEMA在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝中必須執(zhí)行，知識(shí)庫(kù)有助于研發(fā)效率倍增。其中在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段所使用的產(chǎn)品知識(shí)庫(kù)的構(gòu)成圖如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品知識(shí)庫(kù)構(gòu)成圖

（5）實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理。在設(shè)計(jì)、工藝一體化平臺(tái)中融入項(xiàng)目管理功能，實(shí)現(xiàn)整個(gè)項(xiàng)目研發(fā)過(guò)程中的工作任務(wù)分級(jí)分解、交付物匯總收集和分級(jí)管理、各級(jí)任務(wù)工作負(fù)荷統(tǒng)計(jì)分析、項(xiàng)目進(jìn)度跟蹤等功能，提高項(xiàng)目管理的精細(xì)度、實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)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(jiǎn)單的說(shuō)，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(gè)研發(fā)過(guò)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(jì)、制造的過(guò)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(jì)經(jīng)驗(yàn)”和“設(shè)計(jì)知識(shí)”，提高重用率，解決對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的工藝工程師的依賴(lài)。完整的數(shù)據(jù)流，是智能制造實(shí)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(bǔ)充的兩個(gè)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(gè)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(yùn)行維護(hù)、技術(shù)文檔、勞動(dòng)工時(shí)、質(zhì)量以及依從性的管理橫向的集中在一個(gè)平臺(tái)上，生產(chǎn)訂單執(zhí)行過(guò)程中的車(chē)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(dòng)配送管理、電子操作說(shuō)明書(shū)等數(shù)據(jù)都需要從PLM中即使獲取當(dāng)前唯一、準(zhǔn)確的信息。如沒(méi)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(dá)不清晰、錄入的數(shù)據(jù)存在瑕疵。新產(chǎn)品上線(xiàn)生產(chǎn)時(shí)，BOM的手工錄入的瑕疵都要較長(zhǎng)時(shí)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(chǔ)位置自動(dòng)獲取，有效地避免了人工錄入的瑕疵問(wèn)題。PLM是實(shí)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(shí)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(lái)。概括起來(lái)，企業(yè)實(shí)現(xiàn)PLM的基礎(chǔ)有：

（1）以流程為核心進(jìn)行業(yè)務(wù)流程優(yōu)化

PLM的實(shí)施必然帶來(lái)角色的定義、職能的重新確定，如PE（產(chǎn)品工程師）要對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)，ME（制造工程師）要對(duì)工藝設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)，PE與ME職能要明確定義，再有如進(jìn)行MBD（基于模型的定義），需要PE、ME、QE一起來(lái)評(píng)審設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)階段就能對(duì)產(chǎn)品的全過(guò)程有一個(gè)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(jì)數(shù)據(jù)存取方式，實(shí)現(xiàn)公司異地協(xié)同與公司外部協(xié)同。

（3）知識(shí)庫(kù)

建立資源庫(kù)，并不斷完善資源庫(kù)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)、信息化制造的底層數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（4）知識(shí)管理

在信息時(shí)代，知識(shí)已經(jīng)是最主要的財(cái)富來(lái)源。建立能被同事重用的知識(shí)資產(chǎn)，使操作者能大大提高工作效率。

（5）系統(tǒng)環(huán)境

實(shí)施PLM需要可靠、有力的硬件和軟件的支撐，海量存儲(chǔ)、高性能工作站、穩(wěn)定的計(jì)算機(jī)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(yǔ)

中國(guó)制造業(yè)在世界上占有越來(lái)越重要的地位，智能制造2025的發(fā)展趨勢(shì)就是“智能化、柔性化、標(biāo)準(zhǔn)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(guó)家戰(zhàn)略[3]，是制造企業(yè)未來(lái)保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的唯一途徑。發(fā)展智能制造是中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主要路徑。國(guó)家鼓勵(lì)科技創(chuàng)新，隨著智能制造的穩(wěn)步推進(jìn)，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(shí)現(xiàn)基于模型的設(shè)計(jì)、工藝、制造、試驗(yàn)、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。