基于模塊化的PLM系統設計研究

　　隨著互聯網、大數據、云計算以及物聯網(IoT)等技術的蓬勃發展，制造業在最近幾年發生了重大轉變，產品研發型企業更是站在數字化轉型的浪尖上。PLM，是一種管理策略，可以在一個產品全生命周期里統籌所有信息資源，可以保證產品數據的完整性、正確性、一致性，可以解決企業產品設計研發過程的過度變更、追溯性差等問題，可以實現研發部門、工程技術部門、公司各業務相關部門，甚至企業間對產品數據的協同應用，真正做到了“刪繁化簡”。

　　隨著公司產品、業務的不斷發展，產品結構越來越復雜，競爭不斷加劇，產品的交付周期愈來愈短，公司也面臨許多外在的考驗、挑戰。PLM系統可以實現產品設計、工藝設計、制造等過程中緊密協作；實現以BOM為核心的工藝信息化管理，在工藝設計過程中運用仿真和動畫達到預期效果。PLM系統就是打造一個管理產品生命周期中各類數據、過程和應用的協同管理平臺，以提升公司生產效率和競爭力。

　　建立與ERP、BPM、MES、MOM等系統和CAD軟件高度集成的數據管理系統，實現對產品數據全生命周期的管理。通過PLM系統實現對產品技術狀態的管控、產品設計與工藝設計的協同、產品設計數據傳遞到CAPP中、產品設計數據傳遞到ERP中；通過PLM系統，建立三維數字模型的應用環境，將產品設計數據管理、技術狀態控制、研制過程管理進行集成。

　　PLM系統工程設計采用西門子的Teamcenter系統，進行產品數據、設計模板的規范化定義實現三維模型的全壽命周期的管理。Teamcenter中所有設計數據和工藝數據保證了單一數據源，直接使用產品設計的數據進行工藝設計，實現與產品設計和制造資源關聯的數據結構。針對產品設計、工藝業務需求提出PLM系統建設方案，通過對產品、資源和工廠的數據集成管理，實現產品從設計到制造的全過程信息支持。PLM系統總體設計方案如下圖所示。

　　2.1 基于MBD的設計

　　(1)三維建模、三維標注。三維模型是實現全三維快速設計和制造的基礎和源頭，高質量的三維模型能保證后續工序的正確性，提高產品的質量。采用NX CAD三維設計軟件實現全參數化建模，并利用三維標注模塊根據MBD規范標準在產品的三維模型上完成各類產品信息（尺寸標注、文字注釋、幾何形位公差等）的定義。

　　(2)三維模型質量檢查。三維模型的模型數據以及PMI數據的合規性和可制造性，是三維設計的關鍵。檢查的內容主要包括建模合規性、裝配合規性、幾何對象合規性、文件結構合規性。

　　(3)建立常用資源庫。在產品的研發過程中，有大量的工作資源是大家都要重復利用的，三維數字化開發平臺必須為大家提供這些資源，以提高工作的協調性、數據的可交換性和標準化程度，從而提高三維數字化開發平臺的可用度和可推廣性，資源庫內容主要包括二維制圖符號庫、用戶自定義特征庫、標準件庫。

　　(4)建立應用標準規范。合理的標準規范能引導和管理基于MBD的三維設計，設計的一致性和規范性能夠促進基于MBD的三維設計的快速推廣和普及，實現設計的國標化、規范化、流程化、自動化，方便快捷地完成各流程的設計與定義。

　　2.2 知識庫的創建

　　采用Teamcenter設計管理軟件建立知識庫，該知識庫的創建是基于大量產品設計經驗，總結各個專業的知識和經驗，在系統中通過分類庫、工藝資源庫等形式固化下來，并提供給相關人員參考和借鑒，減少重復錯誤，提高設計能力和設計質量，縮短研發周期。

　　知識庫需能儲存多種形式的知識，包括電子表格、手冊、公式、數據庫，以及經驗規則、專用程序等。獲得的知識既可以是型號數據，也可以是共性資源數據。型號數據包括型號的技術要求、三維模型、工程圖紙、技術文檔、仿真數據、工藝數據、工裝數據、加工數據、檢驗數據、試驗數據和維護數據等；共性資源數據主要包括技術參數庫、特征零部件庫、典型圖樣庫、標準件庫、外購件庫、工藝模板、典型工藝、材料庫、工裝庫、設備庫、質量規范、可靠性實驗庫、性能實驗庫、故障庫，以及科技文獻、科技成果、戰略情報等等。

　　2.3 設計仿真分析與管理

　　采用西門子的Teamcenter和NX CAE模塊搭建設計仿真分析和管理平臺。實現如下功能：

　　(1)設計和仿真統一平臺，提高仿真效率，提升設計質量。NX CAE仿真模塊實現與CAD的高度集成，設計模型的信息全部帶入分析中設計模型修改與更新，分析模型可以自動捕捉到設計的變化，可控的自動更新分析模型。基于TC和NX CAE仿真分析模塊搭建集成的仿真分析數據管理平臺，實現仿真分析數據在TC中進行管理。

　　(2)廣泛的數據開放性。支持許多種格式的CAD幾何模型，直接編輯和理想化功能都可以用于所有這些格式的幾何模型。支持的幾何模型格式包括：NX、CATIA V4和v5、PRO/E、SolidWorks、SolidEDGE，支持通用格式幾何文件，比如Parasolid、STEP、STEP、IGES等數據格式。

　　(3)快速、高效、智能化建模能力。前后處理除了能快速的獲取幾何，在模型簡化和網格生成方面也有她非常獨特的技術，包括幾何體提取、抽取中面、自動區域網格劃分技術、相似網格、焊縫/筋提取等。

　　(4)多學科多場所協同分析平臺。基于搭建的仿真平臺環境，能夠提供多學科仿真的廣泛分析能力，無論在執行結構分析、熱分析、流體分析、運動分析，還是許多其他類型的分析，都是統一的用戶界面，并采用相同的文件結構和管理模式。

　　(5)通過仿真管理系統，實現產品研制過程中各個階段、總體到分系統的仿真項目、各種仿真分析工具、仿真數據、仿真工具之間的接口、仿真數據查詢等各個方面進行協同，最終建立一套規范的虛擬樣機開發環境來解決目前各種仿真工具、仿真數據零散，仿真項目和過程不受控制，總體與分系統的仿真數據難以復用等問題，從而真正實現設計、工藝、仿真一體化。

　　2.4 產品設計管理

　　通過Teamcenter設計管理軟件實現產品的設計管理要求，主要包括以下方面的內容：

　　(1)實現圖文檔管理建立圖文檔分類與查詢功能，根據產品類型、文檔編號等屬性直接找到文檔，而且還可對這些條件組合查詢，查詢條件可以保存備用。建立文檔模板，讓用戶在創建文檔時可以自動調用相應的模板。實現文檔版本管理、文檔可視化及文檔齊套性檢查。

　　(2)實現與CAD軟件集成。Teamcenter可以同CAD軟件高度集成科研通過專門的API（應用編程接口）用來創建零件對象、產品結構和將三維CAD數據轉換成輕量化的JT格式實現Teamcenter與AUTOCAD集成、三維CAD集成、NX三維建模軟件集成。

　　(3)產品結構化管理。在Teamcenter中，通過產品結構管理為設計和生產等業務的需要創建和操縱BOM表，并以可視化的方式提供產品結構。實現零部件關聯查詢、配套管理、產品結構比較、BOM可視化展示等功能。

　　(4)工作流程管理。工作流管理是整個系統的重要組成部分，通過電子化的方式使任務分配、接收、文檔審核與發放快速進行，大幅度加快集團化工作流程的進度以及提高工作效率。

　　(5)變更管理。要想管理好整個變更過程，對于復雜的情況必須能夠做到使變更管理跨越整個產品的生命周期，為了達到這樣一個目標，基于CMII標準的變更管理規范應運而生。Teamcenter能夠支持基于CMII的變更管理，也就是說變更管理可貫穿整個產品生命周期。

　　(6)物料清單管理。物料清單(BOM)管理是產品結構管理的補充，也是實現設計、工藝、制造協同的重要數據基礎。

　　2.5 超級BOM搭建

　　超級BOM的管理是產品結構管理的補充，超級BOM的搭建包括兩個方面的內容，即變量配置和BOM多視圖管理。

　　通過智能制造項目中PLM系統建設，形成了以Teamcenter為中心的產品全生命周期管理平臺。Teamcenter不僅僅被制造業使用，還在各種設計、生產行業廣泛運用，Teamcenter將PLM系統進行模塊化組合，使他能夠切實地滿足各類客戶的各種需求。利用Teamcenter系統本身強大的功能和特定的接口集成，實現設計軟件(CAD)、設計仿真軟件(CAE)、工藝仿真軟件(Tecnomatix)、BPM編碼管理系統、通訊軟件(RTX)和Teamcenter系統的集成，增強各部門間的協同研發能力，全面提升設計研發效率，加強數據管理；通過ERP-SAP系統、MOM和Teamcenter系統的無縫集成，提升產品生產準備效率，縮短產品交貨周期。通過模塊化PLM系統的實施應用，開展三維工藝設計與管理系統建設打通了設計工藝仿真制造一體化道路，讓設計數據與制造數據能夠實時連接起來，確保數字化制造過程進行有效的信息共享與交互，提升了科研管理的效率，提升了公司核心競爭力，促進公司可持續、綠色發展。