基于Teamcenter 的標(biāo)準(zhǔn)件系列產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用

陳棟CHEN Dong；寇明KOU Ming；張赫明ZHANG He-ming

（中國(guó)航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件制造有限責(zé)任公司，貴陽(yáng) 550014）

0 引言

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的轉(zhuǎn)換，形成物料數(shù)據(jù)和圖文檔數(shù)據(jù)，基于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，形成工藝物料數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、PBOM 數(shù)據(jù)和圖文檔數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)所組成的技術(shù)數(shù)據(jù)鏈條為后續(xù)計(jì)劃、制造、生產(chǎn)準(zhǔn)備、物料管理等活動(dòng)提供支撐。為了確保PBOM 等工藝數(shù)據(jù)與產(chǎn)品數(shù)據(jù)的強(qiáng)關(guān)聯(lián)關(guān)系，采用一個(gè)件號(hào)產(chǎn)品編制一本工藝規(guī)程的工藝設(shè)計(jì)模式，雖然可以進(jìn)行克隆，但對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件龐大的存量和增量產(chǎn)品基數(shù)，工藝設(shè)計(jì)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足實(shí)際需求，同時(shí)在數(shù)據(jù)鏈條上仍存在諸多斷點(diǎn)，需要通過(guò)多次轉(zhuǎn)換和維護(hù)，工作量大，出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)高，技術(shù)狀態(tài)管理難度大。標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品具備系列化、多品種、構(gòu)型簡(jiǎn)單、件號(hào)數(shù)量龐大等特點(diǎn)，急需搭建一套能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、高效率、匹配工藝標(biāo)準(zhǔn)化管理、結(jié)構(gòu)化要素齊套的管理平臺(tái)，解決工藝設(shè)計(jì)效率瓶頸，以及下游MES、ERP 等系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)的需求和工藝無(wú)紙化等問(wèn)題，支撐標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品的全生命周期數(shù)字化管理。

1 設(shè)計(jì)、工藝一體化平臺(tái)

Teamcenter 是西門子公司的全生命周期管理PLM 系統(tǒng)，系統(tǒng)基于SOA 架構(gòu)設(shè)計(jì)，具有很好的系統(tǒng)開(kāi)放性。能夠以完全SOA 架構(gòu)的方式，提供PLM 系統(tǒng)所要求的功能，包括文檔管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、配置管理、零部件分類管理、工作流程管理、更改管理、項(xiàng)目管理、需求管理等的產(chǎn)品全生命周期管理，是一套全球制造業(yè)應(yīng)用比較廣泛的整體解決方案。[1]

首先，產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與工藝設(shè)計(jì)在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源下進(jìn)行管理，利用產(chǎn)品對(duì)象與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、更改數(shù)據(jù)、技術(shù)規(guī)范等的關(guān)聯(lián)，便于對(duì)工藝與產(chǎn)品總體的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行管控。

其次，平臺(tái)分類庫(kù)可以有效的對(duì)產(chǎn)品、工裝、原材料、設(shè)備等資源數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并基于TCM 模塊OOTB 功能界面進(jìn)行工序、工步等的關(guān)聯(lián)關(guān)系搭建，通過(guò)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)快速輸出二維PDF 工藝卡片。

第三，Teamcenter 的TCM 模塊具備強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)搭建功能，同時(shí)與NX、CAD 等工具軟件、ERP、MES 等生產(chǎn)制造系統(tǒng)均具備優(yōu)秀的集成性能，因而基于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)形成的PBOM 可以有效支撐下游業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用。

2 標(biāo)準(zhǔn)件系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)

2.1 工藝設(shè)計(jì)統(tǒng)一界面

在對(duì)工藝設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行總體設(shè)計(jì)之前，對(duì)Teamcenter的TCM 模塊和一般國(guó)產(chǎn)CAPP 應(yīng)用進(jìn)行了對(duì)比，經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，相較一般國(guó)產(chǎn)CAPP 應(yīng)用，Teamcenter 的TCM 模塊存在跳轉(zhuǎn)界面多，操作復(fù)雜等缺點(diǎn)，所以總體功能的設(shè)計(jì)兼顧標(biāo)準(zhǔn)件系列產(chǎn)品工藝編制、CAD 集成等功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，以用戶視角設(shè)計(jì)操作邏輯、步驟和界面，通過(guò)定制化二次開(kāi)發(fā)，結(jié)合工藝規(guī)程特點(diǎn)，分工藝級(jí)、工序級(jí)、檢驗(yàn)?zāi)K分別設(shè)計(jì)統(tǒng)一的操作界面，主要包括基本信息維護(hù)以及對(duì)象創(chuàng)建、刪除、關(guān)聯(lián)關(guān)系搭建等功能，依托OOTB 界面的樹(shù)結(jié)構(gòu)對(duì)工藝、工序和資源要素關(guān)系進(jìn)行管理，而數(shù)據(jù)的處理和關(guān)聯(lián)則通過(guò)統(tǒng)一界面完成，并將添加、維護(hù)和關(guān)聯(lián)關(guān)系搭建的相關(guān)數(shù)據(jù)映射到工藝BOM 中，使工藝人員進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于工藝數(shù)據(jù)的處理基本達(dá)到“所見(jiàn)即所得”的效果。工藝級(jí)設(shè)計(jì)界面見(jiàn)圖1，工序、工步級(jí)設(shè)計(jì)界面見(jiàn)圖2。

圖2 工序、工步級(jí)設(shè)計(jì)界面

2.2 結(jié)構(gòu)化與系列化工藝設(shè)計(jì)的融合

Teamcenter 的TCM 模塊與NX、CAD 等工具軟件具備優(yōu)秀的集成性能，基于標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品構(gòu)型簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，典型標(biāo)準(zhǔn)件示例見(jiàn)圖3，工藝設(shè)計(jì)主要由二維CAD 軟件進(jìn)行即可滿足需求。根據(jù)對(duì)Teamcenter 軟件平臺(tái)功能模塊的分析，結(jié)合公司產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件系列工藝設(shè)計(jì)、二維制圖軟件與Teamcenter 系統(tǒng)集成、工藝更改、工藝規(guī)程克隆、工藝文檔簽審等重點(diǎn)功能進(jìn)行了詳細(xì)的業(yè)務(wù)邏輯設(shè)計(jì)和功能方案設(shè)計(jì)?；诠δ茉O(shè)計(jì)方案，直接對(duì)接精準(zhǔn)開(kāi)發(fā)實(shí)施，避免業(yè)務(wù)和功能語(yǔ)言不通造成的結(jié)果偏差。

圖3 典型標(biāo)準(zhǔn)件示意圖

①系列工藝總體邏輯。

通過(guò)定制化開(kāi)發(fā)推翻單一產(chǎn)品創(chuàng)建工藝對(duì)象的邏輯，選取基于一定原則判定為系列產(chǎn)品的多個(gè)產(chǎn)品對(duì)象，創(chuàng)建多對(duì)一的工藝對(duì)象，并基于單一的工藝對(duì)象，按工藝設(shè)計(jì)程序維護(hù)資源、工序、工步、檢驗(yàn)內(nèi)容等，并通過(guò)界面功能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品對(duì)象與相應(yīng)資源、工序、工步、檢驗(yàn)值等變量的關(guān)聯(lián)關(guān)系搭建。完成系列產(chǎn)品工藝要素總體設(shè)計(jì)后，執(zhí)行父級(jí)工藝對(duì)象簽署流程，流程過(guò)程中所有節(jié)點(diǎn)人員均可通過(guò)列表形式的工藝卡片審查系列工藝中所有產(chǎn)品的工藝要素，達(dá)到一次流程發(fā)布多項(xiàng)產(chǎn)品工藝規(guī)程的目的，待父級(jí)工藝對(duì)象發(fā)布后，系統(tǒng)中的工藝服務(wù)、工序服務(wù)、工步服務(wù)根據(jù)產(chǎn)品關(guān)聯(lián)關(guān)系，執(zhí)行派生單件號(hào)工藝功能，將父級(jí)工藝中單件號(hào)產(chǎn)品的工藝進(jìn)行抽取，整合并發(fā)布形成單件號(hào)工藝規(guī)程，實(shí)現(xiàn)單件號(hào)產(chǎn)品與結(jié)構(gòu)化工藝要素強(qiáng)關(guān)聯(lián)的目的，系統(tǒng)邏輯框架見(jiàn)圖4。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)件系列產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)邏輯框架

②3PR 關(guān)聯(lián)。3PR 關(guān)聯(lián)及產(chǎn)品、工藝、工廠和制造資源的關(guān)聯(lián)，將產(chǎn)品零部件、工藝、工序、生產(chǎn)線、工作區(qū)域、制造資源等信息作為相互關(guān)聯(lián)的對(duì)象來(lái)處理。[2]

利用3PR 關(guān)聯(lián)技術(shù)，在工藝設(shè)計(jì)界面增加系列產(chǎn)品與材料、產(chǎn)品與工序、產(chǎn)品與設(shè)備、產(chǎn)品與工裝、產(chǎn)品與輔料、檢驗(yàn)項(xiàng)與檢具、檢驗(yàn)值與檢具之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的搭建及管理功能，基于單件號(hào)產(chǎn)品與相關(guān)結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)父級(jí)工藝派生單本工藝功能，父級(jí)工藝對(duì)象與單本工藝對(duì)象相對(duì)關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖5 系列產(chǎn)品父級(jí)工藝對(duì)象與單本工藝對(duì)象關(guān)系

③結(jié)構(gòu)化。結(jié)構(gòu)化工藝徹底顛覆了傳統(tǒng)卡片式的工藝模式，將工藝由卡片形式轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，即工藝BOP（Bill of Process 過(guò)程清單），將工藝的數(shù)據(jù)對(duì)象，如工序作為結(jié)構(gòu)中的某一級(jí)節(jié)點(diǎn)。

④結(jié)構(gòu)化檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。BOP 中工藝、工序、工步、工藝裝備資源均可在TCM 模塊中的統(tǒng)一界面進(jìn)行維護(hù)和編輯，而工序二維圖形中的檢驗(yàn)標(biāo)注作為檢驗(yàn)信息為了與圖形信息保證數(shù)據(jù)源的一致性，設(shè)計(jì)了CAD 軟件的二次開(kāi)發(fā)并與Teamcenter 進(jìn)行集成，形成基于集成的圖形、標(biāo)注信息傳輸，集成關(guān)系見(jiàn)圖6。

圖6 CAD 軟件與Teamcenter 集成關(guān)系

CAD 軟件中關(guān)于系列化產(chǎn)品變量的處理采取列表形式實(shí)現(xiàn)，列表由CAD 軟件根據(jù)命令自動(dòng)生成，表頭信息主要由Teamcenter 傳輸給CAD 的產(chǎn)品圖號(hào)和圖形尺寸標(biāo)注的球標(biāo)序號(hào)組成，變量信息由工藝人員手動(dòng)填寫，非變量信息由CAD 軟件根據(jù)標(biāo)注內(nèi)容自動(dòng)填寫，完成列表所有信息的維護(hù)后通過(guò)集成按鈕將結(jié)構(gòu)化檢驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)傳回Teamcenter，再由Teamcenter 系統(tǒng)對(duì)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、轉(zhuǎn)換、顯示以及處理檢驗(yàn)數(shù)據(jù)與檢具對(duì)象的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2.3 基于工藝標(biāo)準(zhǔn)化的典型工藝管理

派生型CAPP 系統(tǒng)利用零件的相似性來(lái)檢索現(xiàn)有的工藝規(guī)程，系統(tǒng)是建立在成組技術(shù)基礎(chǔ)之上，零件按照其幾何形狀或工藝的相似性歸類成族，建立零件族主樣件的典型工藝規(guī)程即標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)范，它可以按零件族的編碼作為關(guān)鍵字存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)文件中，標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)范的內(nèi)容通常包括完成該零件族零件加工所需的加工方法，加工設(shè)備，工、夾、量具及其加工順序等，其具體內(nèi)容可根據(jù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)對(duì)象的實(shí)際情況而定。[3]

基于公司產(chǎn)品加工工藝特點(diǎn)，梳理產(chǎn)品工藝技術(shù)分類，該分類架構(gòu)通過(guò)Teamcenter 分類庫(kù)進(jìn)行管理，采用同樣架構(gòu)分別管理產(chǎn)品物料對(duì)象和典型工藝模板，兩個(gè)分類樹(shù)必須保持同步，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)基于產(chǎn)品工藝類別架構(gòu)進(jìn)行工藝規(guī)程模板自動(dòng)匹配（見(jiàn)圖7），即輔助識(shí)別功能，系統(tǒng)需要根據(jù)新產(chǎn)品的工藝類別自動(dòng)搜索并顯示同類別典型工藝規(guī)程模板，同時(shí)根據(jù)產(chǎn)品屬性進(jìn)行匹配度識(shí)別，匹配屬性可以根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要素進(jìn)行配置，匹配度高的模板通過(guò)顏色區(qū)分和條目順序進(jìn)行顯示，幫助工藝人員找到同類別產(chǎn)品相關(guān)要素匹配度最高的典型工藝規(guī)程模板。通過(guò)工藝標(biāo)準(zhǔn)化管理和克隆功能，大幅度提升工藝復(fù)用的效率和精準(zhǔn)度，核心意義在于實(shí)現(xiàn)基于產(chǎn)品類別的典型工藝規(guī)程模板的管理。

圖7 工藝規(guī)程模板自動(dòng)匹配

2.4 基于集成管理的工藝無(wú)紙化

工藝員基于產(chǎn)品對(duì)象進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)形成PBOM 和PDF 格式工藝圖文檔，同時(shí)需要按照技術(shù)狀態(tài)管理和文檔資料管理的相關(guān)要求，結(jié)合相關(guān)屬性和對(duì)象狀態(tài)，在相應(yīng)流程節(jié)點(diǎn)自動(dòng)或手動(dòng)加蓋各類水印，如“受控”、“定型”、“關(guān)鍵件”等，發(fā)布的工藝文檔通過(guò)集成推送至MES 系統(tǒng)，系統(tǒng)在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中自動(dòng)將產(chǎn)品物料屬性如圖號(hào)、材料、規(guī)格等信息映射至工藝規(guī)程對(duì)象。通過(guò)系統(tǒng)集成技術(shù)，依托Teamcenter 系統(tǒng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)的協(xié)同一體化辦公，形成了基于集成管理的工藝無(wú)紙化管理，解決了一直以來(lái)設(shè)計(jì)輸入信息傳遞速度慢、紙質(zhì)文檔管理成本高、重復(fù)性工作量大、技術(shù)狀態(tài)管理困難等問(wèn)題。

3 結(jié)論

本研究基于標(biāo)準(zhǔn)件制造業(yè)對(duì)于系列化產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)能力提升的需求，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與工藝數(shù)據(jù)協(xié)同一體化基礎(chǔ)上，對(duì)Teamcenter 的TCM 模塊工藝設(shè)計(jì)功能關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了多維度產(chǎn)品數(shù)據(jù)與工藝數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系搭建思路，以型號(hào)技術(shù)工藝設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)為主線，突破工藝設(shè)計(jì)效率瓶頸，構(gòu)建一體化、集成化、模塊化的結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)功能架構(gòu)，并以Teamcenter 為核心與CAD 軟件、MES、ERP 系統(tǒng)集成，形成了面向工藝設(shè)計(jì)到工藝應(yīng)用的閉環(huán)管理模式，在完成工藝設(shè)計(jì)與管理平臺(tái)及其關(guān)鍵業(yè)務(wù)組件的構(gòu)建后，公司PLM 管理應(yīng)該面向更為系統(tǒng)的流程化、知識(shí)化、智能化的方向去研究以及規(guī)劃后續(xù)建設(shè)方向。