基于TeamCenter系統(tǒng)開展產(chǎn)品設計與工藝協(xié)同

童春橋

一、前言

為了提高研制質(zhì)量，加快研制進度，企業(yè)近年來采用了基于數(shù)字化的協(xié)同研制工作模式，開展了IPT（IntegratedProduct Team，集成產(chǎn)品開發(fā)團隊）的建設并行協(xié)同地開展高端裝備產(chǎn)品研制工作。

TeamCenter軟件是一套現(xiàn)代化、自適應的PLM（ProductLifecycle Management，產(chǎn)品全生命周期管理）系統(tǒng)，能夠以數(shù)字化主線關聯(lián)功能孤島之間的人員和流程，進而實現(xiàn)創(chuàng)新。TeamCenter平臺建立一個安全且適用性強的環(huán)境，使分散的專業(yè)團隊能夠在整個產(chǎn)品生命周期中實時地進行合作，通過掌控產(chǎn)品數(shù)據(jù)和過程，將產(chǎn)品信息充分運用到各個領域與部門，從而讓PLM系統(tǒng)創(chuàng)造更多價值。在裝備制造企業(yè)，TeamCenter通常與三維軟件NX、電子設計軟件MentorGraphics等進行集成，TeamCenter軟件配置了TCM模塊，可以在集成環(huán)境中進行產(chǎn)品工藝規(guī)劃和BOM轉(zhuǎn)化。

產(chǎn)品設計作和工藝設計作為生產(chǎn)和質(zhì)量數(shù)據(jù)的上游兩個環(huán)節(jié)對裝備制造企業(yè)生產(chǎn)和質(zhì)量管控起著非常重要的作用。本文就裝備制造企業(yè)基于TeamCenter系統(tǒng)環(huán)境下開展產(chǎn)品設計與工藝設計工作協(xié)同的形式、流程及管理要求等進行討論。

二、工作協(xié)同形式

產(chǎn)品設計與工藝設計工作協(xié)同的主要階段在產(chǎn)品的方案設計階段和工程設計階段，通過在設計流程中工藝人員深度參與設計方案的可制造性分析，對采用了新材料、新工藝的產(chǎn)品提前進行工藝分析，對結(jié)構(gòu)復雜、成熟度不高、加工易變形或易產(chǎn)生缺陷、加工精度要求高的產(chǎn)品進行加工、裝配仿真驗證和確認，對零部件的材料選用、BOM結(jié)構(gòu)和熱表處理等進行合理設置等等，將分析結(jié)果反饋給設計人員，設計人員評估后優(yōu)化設計模型，通過反復迭代，提高設計工藝性。在需要發(fā)生變更時進行協(xié)同，確保更改成功、技術狀態(tài)控制有效。同時設計人員也可以對關鍵、主要的技術指標是否落實在工藝設計中等內(nèi)容進行審查。

1、方案設計階段

方案設計階段，設計人員應完成方案報告和初樣模型設計。在初樣模型設計時，設計人員通過與工藝人員的協(xié)同交流提高產(chǎn)品設計的工藝性。完成方案設計報告和初樣模型設計后，設計人員基于TeamCenter審簽流程將方案報告和初樣設計模型提交預審查，預審查人員中應包含工藝人員。

主管工藝人員對產(chǎn)品設計方案和初樣設計模型進行工藝性審查，對采用了新材料、新工藝及工藝性較差的產(chǎn)品重點應進行工藝仿真和加工方案驗證。采用一級工藝管理的，由一級主管工藝人員進行驗證和確認，在預審查審簽時，進行批注或者注釋給出預審查意見;采用二級工藝管理的，主管工藝人員應將需要進行工藝仿真和加工方案驗證的所有內(nèi)容分解到各專業(yè)工藝人員進行驗證和確認。主管工藝人員收集驗證結(jié)果和確認意見后，通過流程反饋給設計人員，設計人員評估后修改設計模型或給出處理意見，通過反復迭代，完善方案報告后進入設計方案評審。

2、工程設計階段

設計人員進行詳細的工程設計及試驗策劃時，應充分考慮產(chǎn)品及試驗工藝性。詳細的工程設計初步完成后，設計人員應基于TeamCenter審簽流程將設計報告、設計圖樣和初步的試驗方案等相關文檔提交預審查，主管工藝人員對工程設計內(nèi)容進行詳細的工藝性審查。

主管工藝人員對采用了新材料、新工藝、結(jié)構(gòu)復雜、成熟度不高、加工易變形或易產(chǎn)生缺陷、加工精度要求高和加工可行性不確定的產(chǎn)品進行驗證和確認，如需進行專業(yè)工藝仿真和加工方案驗證的，主管工藝人員將所需內(nèi)容分解到各專業(yè)工藝人員進行驗證和確認詳細的工程設計與初樣模型相比變動不大、不影響加工的方案，可不再進行工藝仿真與驗證。主管工藝人員收集驗證結(jié)果和確認意見并審查后，應進行批注或者注釋給出預審查意見。通過流程反饋給設計人員，設計人員評估后修改設計模型或給出處理意見，通過反復迭代，完善設計報告及工程設計后進入設計評審。

在產(chǎn)品預審批時，主管工藝人員還應詳細審查EBOM的完整性、層級劃分合理性，同時開始合理劃分層級、構(gòu)建PBOM。主管工藝人員還應在預審批時開始構(gòu)建采用鑄件、鍛件等產(chǎn)品的鑄件圖、鍛件圖，或?qū)a(chǎn)品的鑄件圖、鍛件圖構(gòu)建任務分解到各專業(yè)工藝人員。

工程設計預審查完成后，設計人員正式提交產(chǎn)品設計審批流程，工藝人員對產(chǎn)品設計進行工藝性審查，應使用TeamCenter的批注功能和意見簽署功能，及時反饋審查意見并保留工藝性審查記錄作好工藝性審查記錄。在產(chǎn)品正式審批時，可并行構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)化工藝。

設計部門在產(chǎn)品工程設計基本確定的情況下，可進行設計數(shù)據(jù)的預發(fā)布，工藝部門通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享功能，核對PBOM、MBOM，主管工藝人員完成三維結(jié)構(gòu)化工藝設計或?qū)⒏鞴ば蚝侠矸纸獾礁鲗I(yè)工藝人員處，開展并行工藝設計，以達到縮短工藝準備周期的目的。

凡提前開展工藝設計的，在設計圖樣未受控發(fā)布之前，PBOM、MBOM、工藝規(guī)程、鑄件圖和鍛件圖等可提前預審批，但不允許受控發(fā)布;設計圖樣受控發(fā)布后，工藝人員應根據(jù)TeamCenter系統(tǒng)中發(fā)布有效的EBOM、設計三維模型等對PBOM和工藝規(guī)程進行核對，確保完整、正確和一致后，對PBOM、工藝規(guī)程、鑄件圖和鍛件圖等提交審批，進行受控發(fā)布;關鍵件、重要件及關鍵工序的工藝在提交審批時，可設置流程由設計人員對涉及產(chǎn)品重要性能的檢測參數(shù)、測試指標和技術要求在工藝規(guī)程中的落實情況進行復核。

3、更改過程的工作協(xié)同

對更改后產(chǎn)品加工可行性不確定或加工難度較大的設計更改，更改前應通過工藝協(xié)同方式完成新模型加工可行性確認。更改時，應先對原版本對象形成快照。快照是TeamCenter系統(tǒng)中包含產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關系的相關零組件節(jié)點的文件夾的記錄，主要是對裝配產(chǎn)品某一特定歷史的技術狀態(tài)進行記錄和保存，以便后續(xù)可查看或恢復歷史技術狀態(tài)的數(shù)據(jù)，也可從歷史技術狀態(tài)的記錄快速開展新的工作。

設計人員在TeamCenter系統(tǒng)中更改相應的設計文件和EBOM，設計更改單批準后，更改單發(fā)起人應通過TeamCenter系統(tǒng)的影響分析，查找到相關引用件、借用件，并將更改信息用郵件通知到相關引用件、借用件的主管人員。

工藝人員應根據(jù)TeamCenter系統(tǒng)中發(fā)布有效的設計更改單及其相應的EBOM、設計三維模型等進行工藝更改。編寫工藝更改單時，應對所有與設計更改有關的PBOM、工藝模型、加工程序、仿真數(shù)據(jù)、工藝工裝和工藝文件等項目進行確認。

當設計變更，涉及在制品和已制品處理時，設計人員應通知工藝人員和生產(chǎn)計劃人員，對現(xiàn)場在制品進行暫停、隔離等措施。當設計更改單發(fā)布后，工藝人員按制品處理意見編制已制品、在制品處理的工藝，同時對相應的三維結(jié)構(gòu)化工藝進行更改，確保工藝數(shù)據(jù)與有效版本設計數(shù)據(jù)的一致性和有效性，及時進行相應的PBOM更改，并驅(qū)動更改后的PBOM數(shù)據(jù)向ERP流動。

三、協(xié)同工作流程及主要交互的數(shù)據(jù)內(nèi)容

1、協(xié)同工作流程

協(xié)同工作流程指項目組在產(chǎn)品設計過程中進行分工協(xié)同工作，由產(chǎn)品設計人員和工藝人員分別根據(jù)協(xié)作任務搭建成的包含執(zhí)行順序和數(shù)據(jù)傳遞關系的工作流程。通常企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)品設計與工藝協(xié)同工作流程示意圖如圖1所示，企業(yè)間的協(xié)同工作流程主要增加企業(yè)間的數(shù)據(jù)分發(fā)與接收環(huán)節(jié)。

2、主要交互的數(shù)據(jù)內(nèi)容

基于TeamCenter系統(tǒng)的設計與工藝協(xié)同交互的數(shù)據(jù)主要包括：設計模型文件（三維模型和二維工程圖）、EBOM、設計文件、研試文件、更改單、偏離單、三維結(jié)構(gòu)化工藝、工序三維模型、管理性工藝文件、PBOM、專業(yè)工藝文件、三維工序模型、工藝過程仿真及報告和數(shù)控加工程序等。

四、工作協(xié)同的控制要求

工作協(xié)同控制的目的是規(guī)范各類人員的操作，使其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、協(xié)同請求以及反饋信息能夠被其他項目成員識別和及時處理，保證協(xié)同的有效性。主要在以下幾方面。

1、項目管理要求

在項目啟動時，項目負責人應向TeamCenter管理員提起項目創(chuàng)建申請，管理員依據(jù)項目管理要求在TeamCenter系統(tǒng)中創(chuàng)建項目和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，參與項目人員應包含設計人員、一級工藝人員、二級工藝人員、標準化、質(zhì)量和科研生產(chǎn)等所有必要的相關人員，TeamCenter管理員根據(jù)項目成員的業(yè)務范圍設置權(quán)限，項目組成員可根據(jù)其權(quán)限訪問項目中相關數(shù)據(jù)。項目和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹創(chuàng)建后，TeamCenter管理員應通過TeamCenter郵箱將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹分發(fā)給項目組成員。

設計模型和工藝數(shù)據(jù)應在TeamCenter系統(tǒng)中適時進行項目指派，以便項目組成員的訪問共享。

2、平臺環(huán)境要求

在協(xié)同環(huán)境中，要求產(chǎn)品三維設計軟件、電子設計軟件以及工藝設計系統(tǒng)應與TeamCenter實現(xiàn)集成，并進行統(tǒng)一的配置，確保產(chǎn)品數(shù)據(jù)管在各項目人員實現(xiàn)無障礙交互。

平臺集成的各軟件應使用統(tǒng)一的基礎庫，如材料庫、標準件庫、元件庫和工裝庫等，以保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化過程中的唯一性。

3、數(shù)據(jù)的組織及格式要求

產(chǎn)品設計與工藝設計協(xié)同應實行單一數(shù)據(jù)源和主數(shù)據(jù)管理的技術狀態(tài)約束機制，維護多BOM之間數(shù)據(jù)的關聯(lián)性，保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性、正確性、及時性、一致性和可追溯性。

產(chǎn)品設計與工藝設計以“EBOM——PBOM——MBOM”為主千組織和管理型號產(chǎn)品數(shù)據(jù)。在EBOM的基礎上依據(jù)產(chǎn)品制造工藝要求，通過增加工藝件、虛擬件及對裝配順序的調(diào)整，補充工藝路線和材料消耗定額信息，完成EBOM向PBOM的轉(zhuǎn)換;結(jié)合PBOM和EBOM制定裝配及加工工藝，建立裝配單元與生產(chǎn)單元的關聯(lián)關系，并與庫存匹配，重構(gòu)MBOM。

在平臺交互的各類數(shù)據(jù)均應符合相應的規(guī)范要求，如三維模型建模規(guī)范、三維模型標注規(guī)范、電纜建模規(guī)范和二維圖樣設計規(guī)范等等。設計模型應充分體現(xiàn)面向制造的設計（DFM，Design for Mancturing）準則，提高模型后續(xù)可重用性及設計零件的工藝性。

三維設計模型應具備完整的MBD信息，定義完整的原材料、幾何特征、尺寸精度、表面粗糙度、熱處理要求和表面涂覆要求等屬性。部（組）件、整件應在結(jié)構(gòu)管理器中體現(xiàn)完整的EBOM結(jié)構(gòu)。

工藝文件格式采用三維結(jié)構(gòu)化工藝，工序、工步、工序模型和仿真動畫等工藝要素按結(jié)構(gòu)關系建立到統(tǒng)一工藝節(jié)點下。

工序模型應依據(jù)設計主模型進行創(chuàng)建，盡量采用關聯(lián)建模技術與設計主模型保持關聯(lián)關系。工序模型還應按對應的工序或工步內(nèi)容進行創(chuàng)建，數(shù)控加工程序應基于相應的工序模型生成，與相應的工序或工步創(chuàng)建結(jié)構(gòu)化形式關聯(lián)。工藝過程仿真應基于相應的工序模型和工藝過程進行。

4、權(quán)限控制要求

在TeamCenter系統(tǒng)中，系統(tǒng)已配置了各類對象的讀寫、訪問和引用等權(quán)限，通常情況下所有者才具有修改該對象的權(quán)限。設計模型和工藝數(shù)據(jù)需要其他項目成員進行編輯的，應在TeamCenter系統(tǒng)中將該數(shù)據(jù)對象進行分工指派和授權(quán)。

5、數(shù)據(jù)管理和歸檔要求

設計數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)的管理應貫徹集中統(tǒng)一、分級管理、確保安全和有效利用的原則。EBOM、PBOM和MBOM應經(jīng)過完整性、規(guī)范性核查，經(jīng)批準受控后方可發(fā)放，并按照用戶權(quán)限提供使用。

設計數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)應按技術文件審簽制度進行審簽、更改。具有結(jié)構(gòu)關系的工藝數(shù)據(jù)（工藝過程、工序內(nèi)容和工序模型等）應相互關聯(lián)，共同進行審簽、更改等流程。

歸檔的設計數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)應具有真實性、完整性和有效性，應與生產(chǎn)實際保持一致。具有關聯(lián)關系的設計模型、技術文件和仿真結(jié)果等數(shù)據(jù)應共同歸檔，并保持原關聯(lián)關系;具有關聯(lián)關系的工藝文件、工裝設計文件、NC程序和仿真結(jié)果等工藝數(shù)據(jù)應同時提交歸檔，并保持原關聯(lián)關系。

6、版本控制要求

在TeamCenter中的數(shù)據(jù)應具有版本層性，版本號采用順序遞增的方式，版本號不允許更改和重復。對已受控數(shù)據(jù)的任何修改都應導致版本的升級。

數(shù)據(jù)有效版本應唯一，同時存在多個版本時，未經(jīng)特別說明的，最新受控版本為當前有效，其他版本作為歷史記錄。

7、數(shù)據(jù)發(fā)布要求

經(jīng)審批受控的設計數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)及更改信息等應進行發(fā)布流程，以通知相關部門按最新受控版本開展相應工作。廠（所）際間的數(shù)據(jù)發(fā)布通過多站點協(xié)同管理員進行，發(fā)布的數(shù)據(jù)應為受控的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送單和數(shù)據(jù)一起打包發(fā)送，發(fā)放與接收應形成記錄，并核對一致性。

五、結(jié)論

TeamCenter提供了統(tǒng)一、集成的數(shù)據(jù)管理平臺和協(xié)同工作的環(huán)境，而完善的數(shù)據(jù)管理規(guī)范和協(xié)同流程工作機制是保證產(chǎn)品設計與工藝設計能否順利協(xié)同的關鍵。裝備制造企業(yè)應針對產(chǎn)品數(shù)據(jù)的特點，詳細制定各類數(shù)據(jù)的內(nèi)容要求，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，規(guī)定工作協(xié)同的形式、流程和控制要求，在此基礎上做好系統(tǒng)的基礎環(huán)境和基礎庫配置，才能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同工作的開展。