王 雪，吳 標(biāo)

(1.揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州225009；2.揚(yáng)州中集通華專用車有限公司，江蘇 揚(yáng)州225009)

0 前言

對(duì)于國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)制造企業(yè)目前較多的工藝文件仍然停留在紙面上，無(wú)法有效的借鑒和重用，工藝整體信息化水平不足，手段較為落后，缺乏有效的管理工具及手段。工藝的沉淀積累不足，使得無(wú)法有效的對(duì)已有的工藝知識(shí)進(jìn)行積累、沉淀，更多的是積累在了工藝人員的大腦中，無(wú)法形成企業(yè)的知識(shí)資產(chǎn)，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，也無(wú)法有效的指導(dǎo)新人。隨著生產(chǎn)自動(dòng)化設(shè)備的普及，現(xiàn)有的工藝對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)的指導(dǎo)有限，無(wú)法有效的應(yīng)對(duì)訂單化的需求，針對(duì)單個(gè)產(chǎn)品及訂單具體到特定的車間、工位、工裝、物料等精確化的工藝指導(dǎo)，目前的現(xiàn)狀都無(wú)法很好的滿足。本文研究的目的和意義在于借助西門子產(chǎn)品全生命周期管理TCM 系統(tǒng)平臺(tái)搭建及優(yōu)化應(yīng)用方法，改變目前通用工藝模式為針對(duì)產(chǎn)品的精細(xì)化、結(jié)構(gòu)化工藝模式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)工藝設(shè)計(jì)的一體化及數(shù)字化工藝數(shù)據(jù)貫通，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的模板化、流程化，構(gòu)建企業(yè)結(jié)構(gòu)化工藝管理體系，這也是對(duì)于目前的工藝管理體系進(jìn)行的一次質(zhì)的改變，也為其它企業(yè)全面推廣和借鑒應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。

1 工藝需求分析

通過(guò)產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的搭建，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝、工序內(nèi)容的固化并由系統(tǒng)管理，并可以為后續(xù)的工藝設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行指導(dǎo)，新的產(chǎn)品或訂單都可以依據(jù)已有的模板快速生成及改進(jìn)，大大提升工藝編制的效率及質(zhì)量?；谌S的工藝設(shè)計(jì)的需求［1］，改變目前紙質(zhì)化工藝設(shè)計(jì)方式，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)化，將產(chǎn)品、工藝、工廠、資源有效的組織及管理，實(shí)現(xiàn)與下游信息的互通，同時(shí)基于結(jié)構(gòu)化的思路實(shí)現(xiàn)最大程度的工藝信息的積累重用，不斷沉淀工藝知識(shí)。借助平臺(tái)的建設(shè)，將工廠生產(chǎn)涉及的產(chǎn)線、工位、設(shè)備、工裝都采用成組、分類、參數(shù)化、三維化的思路進(jìn)行梳理，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并導(dǎo)入系統(tǒng)，分配專人對(duì)其進(jìn)行維護(hù)管理，方便查詢調(diào)用。結(jié)合公司實(shí)際需求，輸出特定類型的工藝文件，打通上、下游與設(shè)計(jì)及制造之間的無(wú)縫集成，實(shí)現(xiàn)制造明細(xì)、工藝流程、物料、資源信息的貫通。

2 解決方案闡述

基于西門子TCM (Teamcenter Manufacturing Teamcenter 制造工藝管理)結(jié)構(gòu)化工藝系統(tǒng)提供了一種有效的解決方案，系統(tǒng)針對(duì)產(chǎn)品數(shù)字模型進(jìn)行集中的管理、協(xié)同和互操作，即以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理為平臺(tái)將產(chǎn)品［2］、工藝、工廠和資源有效的進(jìn)行關(guān)聯(lián)，同時(shí)保證了數(shù)據(jù)的一致、有效和重用。集成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保證了快速、準(zhǔn)確而安全地存取制造信息，同時(shí)對(duì)制造工藝可進(jìn)行可視化、分析和優(yōu)化。數(shù)字化制造解決方案的一個(gè)最終目標(biāo)是保證使用者以一個(gè)有效和及時(shí)的方式準(zhǔn)確地對(duì)制造工藝進(jìn)行創(chuàng)建、驗(yàn)證和管理。

3 結(jié)構(gòu)化工藝概述

工藝資源作為企業(yè)的重要資源，在西門子TCM系統(tǒng)中按照類型標(biāo)準(zhǔn)分別建立設(shè)備、工裝、工具等資源庫(kù)，并且分別與生產(chǎn)線和工藝相關(guān)聯(lián)，明確工藝過(guò)程中用到的各種資源數(shù)據(jù)。通過(guò)建立起集中工藝數(shù)據(jù)管理中心，實(shí)現(xiàn)以TCM 系統(tǒng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)的快速共享和傳遞，構(gòu)建以“3PR”的工藝模式：產(chǎn)品(Product)、工藝(Process)、車間(Plant)、工藝資源(Resource)模式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化管理，為工廠制造提供準(zhǔn)確、可識(shí)別的數(shù)據(jù)源。

結(jié)構(gòu)化工藝是將產(chǎn)品零部件數(shù)據(jù)、工藝、工序、生產(chǎn)線、工位(工作區(qū)域)、工藝資源等信息作為相互關(guān)聯(lián)的對(duì)象來(lái)處理。工藝與產(chǎn)品數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，明確了工藝設(shè)計(jì)的制造目標(biāo)；工藝與生產(chǎn)線相關(guān)聯(lián)，明確工藝過(guò)程在哪個(gè)生產(chǎn)線的哪個(gè)工作區(qū)域進(jìn)行。

4 結(jié)構(gòu)化工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳細(xì)方案

產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師根據(jù)項(xiàng)目研發(fā)階段的規(guī)范要求，發(fā)布產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，工藝工程師在 TCM 系統(tǒng)中能夠直接查看到產(chǎn)品數(shù)據(jù)，利用產(chǎn)品數(shù)據(jù)搭建制造物料清單(MBOM)，編制工藝路線，逐步形成詳細(xì)工藝，過(guò)程中必要時(shí)增加材料定額，然后輸出工藝文件，最終通過(guò)審批流程，將詳細(xì)工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)布，具體設(shè)計(jì)流程如圖1 所示。

圖1 結(jié)構(gòu)化工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

4.1 接受設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

設(shè)計(jì)部門的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，包括設(shè)計(jì)物料清單(E BOM)、零件屬性參數(shù)、輕量化模型、設(shè)計(jì)文件等數(shù)據(jù)，均在西門子全生命周期管理系統(tǒng)(PLM)系統(tǒng)中統(tǒng)一管理，在系統(tǒng)中別授權(quán)后，可以直接查看和接受產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

4.2 搭建制造物料清單(MBOM)

利用設(shè)計(jì)物料清單(EBOM)中的零組件，根據(jù)工藝規(guī)劃搭建制造物料清單(MBOM)［2］，當(dāng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)正式發(fā)布后，數(shù)字化工藝平臺(tái)從 PLM 獲得 EBOM 數(shù)據(jù)，工藝部門基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建和編制 MBOM。編制的主要工作是基于工藝路線需要及工藝性、 制造角度考慮，對(duì) EBOM 進(jìn)行重構(gòu)，例如添加備件、工藝合件和虛擬件等。目前可以通過(guò)圖號(hào)、名稱、描述、圖形等信息識(shí)別并選取零組件，從EBOM 拖到MBOM相應(yīng)位置，也可以用復(fù)制、粘貼的方式。根據(jù)EBOM中的零件可以查找 MBOM 中對(duì)應(yīng)的零件，EBOM 與MBOM 進(jìn)行比較，顯示差異。編制完成后將產(chǎn)生制造物料清單，供生產(chǎn)計(jì)劃部門制定生產(chǎn)計(jì)劃，同時(shí)MBOM 提供車間編制裝焊工藝。

4.3 搭建結(jié)構(gòu)化工藝規(guī)劃(BOP)

結(jié)構(gòu)化工藝規(guī)劃BOP 設(shè)計(jì)是根據(jù)不同的工藝類型(下料工藝、 成型工藝、 拼焊工藝等)在西門子TCM 平臺(tái)中進(jìn)行創(chuàng)建，可以全新創(chuàng)建一個(gè)工藝結(jié)構(gòu)，也可以根據(jù)典型工藝模板，快速創(chuàng)建出新的結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)，如圖2 所示為搭建結(jié)構(gòu)化工藝規(guī)劃BOP簡(jiǎn)圖。結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，系統(tǒng)需要包括以下功能點(diǎn)：

(1)創(chuàng)建原材料、毛坯，可以定義原材料、毛坯的規(guī)格，系統(tǒng)根據(jù)公式計(jì)算材料定額，并按照企業(yè)模板輸出材料定額明細(xì)表。

(2)分配工藝資源到工序，從工藝資源庫(kù)中選擇合適的工裝、工具，分配到工序。

(3)定義輔料，將輔料分配到工藝或工序，并定義輔料的用量，系統(tǒng)可以輸出輔料定額明細(xì)表。

(4)以結(jié)構(gòu)化的形式定義工藝流程，包括工藝、工序、工步，將工藝與產(chǎn)品、工廠的關(guān)聯(lián)，支持一一對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)，根據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)際情況的需要，也支持產(chǎn)品對(duì)應(yīng)多種工藝，或工藝適用于多種產(chǎn)品，或適用于多個(gè)工廠的情況。

(5)將設(shè)計(jì)提供的零件數(shù)據(jù)，直接分配到工位、工序，零件數(shù)據(jù)直接來(lái)源于產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，因此零件分配到工位、工序后，設(shè)計(jì)人員可以在工藝結(jié)構(gòu)中直接查看零件的參數(shù)、 3D 模型、 2D 圖及各種技術(shù)文件。

(6)通過(guò)結(jié)構(gòu)比較檢查，系統(tǒng)對(duì)零件的分配完整性提供輔助的辨別功能，對(duì)有問(wèn)題的零件分配數(shù)據(jù)使用不同顏色進(jìn)行標(biāo)示。

圖2 搭建結(jié)構(gòu)化工藝規(guī)劃BOP 簡(jiǎn)圖

4.4 輸出工藝文件

結(jié)構(gòu)化工藝的設(shè)計(jì)，定義了工藝流程、 工藝資源、輔料、分配了零組件，制作了工藝附圖，在這些數(shù)據(jù)具備之后，工藝工程師可以利用零件輕量化模型，繪制工藝附圖。繪制工藝附圖時(shí)，可以對(duì)零組件進(jìn)行爆炸、變換、位移、標(biāo)注等?？梢愿鶕?jù)各種業(yè)務(wù)場(chǎng)景輸出符合客戶企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品參數(shù)清單、 工藝規(guī)程卡、作業(yè)指導(dǎo)書、工時(shí)匯總表、工裝工具明細(xì)表、輔料明細(xì)表等工藝文件。如圖3 所示為某制造企業(yè)定制的工藝輸出文件包含內(nèi)容及樣式。

圖3 定制工藝輸出文件模板

4.5 工藝評(píng)審發(fā)布

工藝設(shè)計(jì)完成后，在TCM 系統(tǒng)中可以進(jìn)行電子審簽，在審查時(shí)文件可以批準(zhǔn)或打回，并且可以編寫審核意見，當(dāng)審批完成后，結(jié)構(gòu)化工藝、工藝文件被系統(tǒng)凍結(jié)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)施基于西門子TCM 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)，改變了原有的工藝設(shè)計(jì)模式和管理模式，實(shí)現(xiàn)針對(duì)產(chǎn)品的精細(xì)化、結(jié)構(gòu)化工藝模式，構(gòu)建了產(chǎn)品下料、 成型、 拼焊工藝需要的對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的工藝規(guī)劃BOP 架構(gòu)體系、工藝資源庫(kù)及工藝模板庫(kù)，提升工藝設(shè)計(jì)的能力及精細(xì)度并且提供更好的下游的數(shù)據(jù)對(duì)接能力，保證了工藝數(shù)據(jù)的高效性、一致性、準(zhǔn)確性，其推廣使用為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。