基于PLM的模塊化設(shè)計(jì)零部件的管理方法的研究

李 化

(上海海事大學(xué)物流工程學(xué)院 機(jī)械工程系，中國 上海201306)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭越來越激烈，機(jī)械制造業(yè)迫切要求降低成本以獲得更大的發(fā)展空間，與此同時(shí)，用戶要求也變得更加多樣化、個(gè)性化。如何能夠在滿足大批量生產(chǎn)的同時(shí)滿足用戶的個(gè)性化需求，同時(shí)達(dá)到到降低成本和滿足用戶的目的，模塊化設(shè)計(jì)就是答案。模塊化設(shè)計(jì)通過模塊的劃分和組合，可以同時(shí)滿足以上兩種要求。所以，模塊化設(shè)計(jì)在中國機(jī)械制造業(yè)中發(fā)展迅猛。但是，模塊化設(shè)計(jì)這種理念需要很多技術(shù)性的支持。在模塊化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的管理中，采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方法存在著數(shù)據(jù)管理不規(guī)范、難保證正確、更改難控制、不方便查找等諸多不便，不利于模塊化設(shè)計(jì)的順利開展。PLM的基本功能是對(duì)研發(fā)數(shù)據(jù)和過程進(jìn)行管理，以保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性、一致性和正確性，同時(shí)也能夠方便設(shè)計(jì)研發(fā)人員及相關(guān)人員在權(quán)限范圍內(nèi)查找到所需數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的知識(shí)共享，提高知識(shí)的重用，避免重復(fù)勞動(dòng)，縮短設(shè)計(jì)研發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)研發(fā)質(zhì)量。

本文基于SIMP/PLM研究PLM實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)中零部件數(shù)據(jù)管理的科學(xué)解決方案，為PLM進(jìn)一步對(duì)模塊化設(shè)計(jì)整個(gè)流程進(jìn)行管理打下基礎(chǔ)。

1 PLM與模塊化設(shè)計(jì)概述

1.1 PLM 概念和作用

動(dòng)態(tài)產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)根據(jù)業(yè)界權(quán)威的CIMDATA的定義，PLM是一種應(yīng)用于在單一地點(diǎn)的企業(yè)內(nèi)部、分散在多個(gè)地點(diǎn)的企業(yè)內(nèi)部，以及在產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域具有協(xié)作關(guān)系的企業(yè)之間的，支持產(chǎn)品全生命周期的信息的創(chuàng)建、管理、分發(fā)和應(yīng)用的一系列應(yīng)用解決方案，它能夠集成與產(chǎn)品相關(guān)的人力資源、流程、應(yīng)用系統(tǒng)和信息[1]。PLM的概念提出于20世紀(jì)末，提出后迅速成為全球制造業(yè)的關(guān)注焦點(diǎn)，因?yàn)镻LM結(jié)合電子商務(wù)技術(shù)與協(xié)同技術(shù)，能夠?qū)a(chǎn)品的開發(fā)流程與SCM、CRM、ERP等系統(tǒng)進(jìn)行集成，將孤島式流程管理轉(zhuǎn)變?yōu)榧苫囊惑w管理，從而實(shí)現(xiàn)從概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品維護(hù)到管理信息的全面數(shù)字化。

PLM的主要作用體驗(yàn)在它可以將企業(yè)的產(chǎn)品知識(shí)進(jìn)行科學(xué)的管理和積累，并能夠?qū)Ξa(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)流程和業(yè)務(wù)流程進(jìn)行優(yōu)化管理，從而全方面地提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品生命周期成本，以提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭力。PLM更是一種理念，即對(duì)產(chǎn)品從創(chuàng)建到使用，到最終報(bào)廢等全生命周期的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理的理念[2]。PLM還有第三個(gè)概念，那就是PLM軟件，它能夠部分的覆蓋第一個(gè)定義中PLM所包含的功能，即可以應(yīng)用在產(chǎn)品研發(fā)過程的數(shù)據(jù)管理，同時(shí)還包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)在采購、生產(chǎn)、營銷、服務(wù)、售后等方面的應(yīng)用。

1.2 模塊化設(shè)計(jì)的定義和作用

已知底對(duì)于模塊化設(shè)計(jì)，目前還沒有統(tǒng)一的定義，比較通行的定義如下：

定義1：模塊是一組同時(shí)具有相同功能和相同結(jié)合要素(指聯(lián)接部位的形狀、尺寸和聯(lián)接件之間的配合或接觸參數(shù)等)，而具有不同性能或用途甚至不同結(jié)構(gòu)特征，但能互換的單元(零件、組件、部件或系統(tǒng))。

定義2：模塊化產(chǎn)品是指其部分或者全部由一組特定的模塊在一定范圍內(nèi)組合而成的產(chǎn)品。

定義3：模塊化設(shè)計(jì)是基于模塊的思想，將一般產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)成模塊化產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)方法。它包括兩方面內(nèi)容：一是根據(jù)新設(shè)計(jì)要求進(jìn)行功能分析，合理創(chuàng)建出一組模塊，即模塊創(chuàng)建;二是根據(jù)設(shè)計(jì)要求將一組存在的特定模塊合理組合成模塊化產(chǎn)品方案，即模塊綜合。它有兩種設(shè)計(jì)形式：一是基型設(shè)計(jì)，另一是變型設(shè)計(jì)。基型設(shè)計(jì)明顯包含上述兩方面內(nèi)容，而變型設(shè)計(jì)一般只包含第二方面內(nèi)容，但當(dāng)互換模塊不存在時(shí)，也須包含第一方面內(nèi)容。

因?yàn)楫a(chǎn)品的設(shè)計(jì)是基于模塊，可以有效地重用已經(jīng)設(shè)計(jì)過的模塊，生產(chǎn)中也可以對(duì)模塊進(jìn)行批量生產(chǎn)，所以模塊化設(shè)計(jì)有著研發(fā)效率高、生產(chǎn)周期短、降低產(chǎn)品開發(fā)成本、易于保養(yǎng)維修等諸多優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)今世界制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭日益激烈，企業(yè)間都在想法設(shè)法的降低成本，并且不斷滿足客戶的個(gè)性化需求，以提高自己的市場(chǎng)份額。而模塊化設(shè)計(jì)的巨大優(yōu)點(diǎn)就是能夠滿足大批量定制生產(chǎn)的要求，所以模塊化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)十分良好。

1.3 在模塊化設(shè)計(jì)研發(fā)數(shù)據(jù)管理中引入PLM的必要性

由于模塊化設(shè)計(jì)的能夠滿足大批量定制生產(chǎn)的要求，能夠顯著提高研發(fā)和生產(chǎn)效率、降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭力。國內(nèi)使用模塊化設(shè)計(jì)理念進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的企業(yè)越來越多。但是國內(nèi)企業(yè)大多數(shù)還是采用服務(wù)器共享的方式來進(jìn)行研發(fā)數(shù)據(jù)管理。這種數(shù)據(jù)管理方式本身就相當(dāng)落后，具有很多缺點(diǎn)，如：（1）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性難保證；（2）繼承性差，不易追溯；（3）變更管理難，很容易出現(xiàn)正式數(shù)據(jù)和車間或者其他部門不一致的現(xiàn)象；（4）數(shù)據(jù)查找不方便。而采用PLM進(jìn)行研發(fā)數(shù)據(jù)管理可以有效消除以上不便。而對(duì)于模塊化設(shè)計(jì)，其數(shù)據(jù)管理因其自身的特點(diǎn)必然更復(fù)雜，因此十分有必要在模塊化設(shè)計(jì)中引入PLM的數(shù)據(jù)管理。模塊化設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的科學(xué)的設(shè)計(jì)理念，PLM是先進(jìn)的信息化企業(yè)管理解決方案，兩者目前在國內(nèi)發(fā)展都十分迅猛，其結(jié)合的趨勢(shì)也是必然的。但是目前，PLM在解決模塊化設(shè)計(jì)模塊數(shù)據(jù)的處理上還不成熟。本文根據(jù)NT公司的具體要求給出模塊數(shù)據(jù)的管理解決方案，從而在這方面做出了新鮮的嘗試。

2 基于SIMP/PLM對(duì)NT公司零部件管理的典型解決方案

2.1 NT公司零部件數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀

NT公司是大型數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)，其應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)也是剛剛起步不久，公司目前對(duì)模塊數(shù)據(jù)的管理現(xiàn)狀和要求主要有以下幾點(diǎn)：

1）公司所有零部件都以“圖號(hào)”作為唯一識(shí)別標(biāo)志。

2）模塊也是作為一種特殊的零部件進(jìn)行在PLM中進(jìn)行管理的。

3）幾個(gè)可替換同類模塊的“圖號(hào)”是相同的，原先通過“圖號(hào)”加“描述”進(jìn)行區(qū)分。

4）零部件按設(shè)計(jì)類型可以區(qū)分為標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、普通件。

5）公司近幾年需要上ERP系統(tǒng)。

6）在系統(tǒng)中查找調(diào)用模塊要快捷簡便。

7）需要提供一定的零部件分析、評(píng)價(jià)工具。

2.2 針對(duì)NT公司現(xiàn)狀SIPM/PLM提供的解決方案

2.2.1 SIPM/PLM零部件數(shù)據(jù)屬性定義解決方案

根據(jù)NT公司具體現(xiàn)狀，基于SIPM/PLM得到如表1所示零部件屬性定義。

2.2.2 快捷調(diào)用模塊的解決方案

在SIPM/PLM系統(tǒng)中快速查找出一組模塊，有較多解決方案。根據(jù)此企業(yè)模塊化設(shè)計(jì)推行不久的特點(diǎn)，本文給出一種簡潔便于操作的解決方案。

如圖，增加一個(gè)管理頁簽“可選配置”，該頁簽是查詢頁性質(zhì)，查詢條件是：（1）查詢對(duì)象是零部件；（2）代號(hào)和查詢到的零部件“@”左邊內(nèi)容相同。這樣就可以方便的調(diào)用同類型模塊。如圖1所示。

表1 PLM零部件管理屬性定義

圖1 模塊快捷調(diào)用示意圖

2.2.3 零部件分析評(píng)價(jià)工具

通過系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、專用件進(jìn)行引用次數(shù)的統(tǒng)計(jì)，得到圖表。應(yīng)用得出的結(jié)果，設(shè)計(jì)者可以考慮對(duì)將引用較多的零部件設(shè)計(jì)成模塊。還可以利用系統(tǒng)的報(bào)表功能按一定規(guī)則生成報(bào)表。如圖2所示。

圖2 PLM標(biāo)準(zhǔn)件引用次數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

2.2.4 對(duì)典型解決方案的總結(jié)

通過以上解決方案，解決了PLM系統(tǒng)管理模塊化設(shè)計(jì)零部件所面對(duì)的基本問題。總結(jié)下來，就是要注意以下幾點(diǎn)：

1）要解決模塊在系統(tǒng)中存儲(chǔ)的唯一性問題。當(dāng)企業(yè)后續(xù)要上ERP系統(tǒng)時(shí)，要在屬性中加入物料編碼，并且解決物料編碼和唯一性標(biāo)識(shí)如何配合的問題。

2）要根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況提供快速調(diào)用模塊的方式，如NT公司模塊化設(shè)計(jì)還處在初級(jí)階段，可以采用本文的方式進(jìn)行調(diào)用。對(duì)于模塊化設(shè)計(jì)比較成熟的公司還可以采用參數(shù)化或者編程按用戶的要求進(jìn)行復(fù)雜條件的調(diào)用，使模塊調(diào)用更加智能快捷。

3）在實(shí)施模塊化設(shè)計(jì)的企業(yè)中，要注意添加實(shí)現(xiàn)零部件統(tǒng)計(jì)的功能，使設(shè)計(jì)者對(duì)零部件間的使用情況做快捷的統(tǒng)計(jì)，方便模塊化設(shè)計(jì)的后續(xù)工作。

3 結(jié)語

本文創(chuàng)新性地使用SIPM/PLM軟件來優(yōu)化模塊化設(shè)計(jì)過程，并就模塊化設(shè)計(jì)理念和PLM系統(tǒng)的結(jié)合做了最初步的研究，即模塊化設(shè)計(jì)零部件如何在PLM系統(tǒng)中進(jìn)行有效管理，通過SIPM/PLM數(shù)據(jù)管理功能對(duì)模塊化設(shè)計(jì)零部件數(shù)據(jù)提供了有效的解決方案，并對(duì)PLM系統(tǒng)如何管理模塊化零部件數(shù)據(jù)做了概括性的總結(jié)。為基于PLM的大型裝備制造業(yè)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)做好基礎(chǔ)工作。

［1］李海慶.協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)的可視化技術(shù)與信息管理系統(tǒng)研究[D].四川大學(xué)，2007.

［2］張平生，王登化.面向PLM的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)研究[J].裝備制造技術(shù)，2009.