跨越設(shè)計(jì)到制造的鴻溝

竇守鵬　曹潤(rùn)澤

本文基于離散制造業(yè)在制造過(guò)程中充分利用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的管理需求，闡述了通過(guò) SOLIDWORKS Enterprise PLM產(chǎn)品生命周期管理解決方案，如何以三維模型驅(qū)動(dòng)的研發(fā)管理平臺(tái)為構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)從三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)工藝規(guī)劃、物料維護(hù)及物料編碼相關(guān)制造過(guò)程管理環(huán)節(jié)，輸出滿(mǎn)足生產(chǎn)制造所需的準(zhǔn)確基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)以快捷有效的方法跨越設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與制造數(shù)據(jù)之間的鴻溝，為企業(yè)打造設(shè)計(jì)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)閉環(huán)提供借鑒。

離散制造型企業(yè)不僅需要面對(duì)來(lái)自市場(chǎng)日趨激烈的競(jìng)爭(zhēng)，以及用戶(hù)個(gè)性化需求越來(lái)越多等壓力。同時(shí)，由于自身有著產(chǎn)品種類(lèi)規(guī)格多、生產(chǎn)流程多變、快速響應(yīng)市場(chǎng)需求等諸多特點(diǎn)，因此，如何突破設(shè)計(jì)到制造瓶頸，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與制造數(shù)據(jù)的集成管理，對(duì)于企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化管理具有重要意義。目前，越來(lái)越多的企業(yè)借助PDM、ERP等單元系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上游研發(fā)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理、下游企業(yè)資源計(jì)劃管理，但是在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與制造環(huán)節(jié)間，產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享存在壁壘，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從設(shè)計(jì)到制造的平滑過(guò)渡。

一、企業(yè)產(chǎn)品制造過(guò)程數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)在多家離散制造企業(yè)中的項(xiàng)目經(jīng)歷，結(jié)合企業(yè)信息化系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及業(yè)務(wù)流程的調(diào)研情況，筆者發(fā)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)在設(shè)計(jì)至制造環(huán)節(jié)中存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題。

1.數(shù)據(jù)分散獨(dú)立，無(wú)法同步更新

企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)依托于 PDM系統(tǒng)進(jìn)行管理，ERP系統(tǒng)所需要的制造基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，只是存放個(gè)結(jié)果，而且大部分時(shí)候也是手工輸入或者導(dǎo)入，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)向制造數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，缺少信息化平臺(tái)進(jìn)行管理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法形成一個(gè)整體。

2.數(shù)據(jù)質(zhì)量無(wú)法保障

系統(tǒng)間無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)向制造數(shù)據(jù)變換過(guò)程中，需要依靠人員手工錄入、維護(hù)，數(shù)據(jù)的時(shí)效性、準(zhǔn)確性無(wú)法得到把控，且數(shù)據(jù)在變更過(guò)程中無(wú)法得到監(jiān)管、追溯，造成企業(yè)制造經(jīng)驗(yàn)得到不到積累，知識(shí)資產(chǎn)得不到傳承。

3.數(shù)據(jù)維護(hù)工作效率低

PDM系統(tǒng)與 ERP系統(tǒng)之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，導(dǎo)致企業(yè)人員只能依靠傳統(tǒng)方式維護(hù)數(shù)據(jù)，既要維護(hù) PDM系統(tǒng)中的產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，也要在ERP系統(tǒng)中重復(fù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，再對(duì)制造數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)。這就造成企業(yè)一方面人員工作效率低、重復(fù)性工作多，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本增加；另一方面也導(dǎo)致企業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)進(jìn)展緩慢。

二、企業(yè)產(chǎn)品制造過(guò)程數(shù)據(jù)管理需求分析

針對(duì)于上文中離散制造企業(yè)現(xiàn)狀分析，結(jié)合前期的調(diào)研和項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)積累，筆者將企業(yè)對(duì)于產(chǎn)品制造過(guò)程數(shù)據(jù)的管理需求歸納為以下幾方面。

（1）支持設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與制造數(shù)據(jù)集成共享。

（2）設(shè)計(jì) BOM到工藝 BOM、制造 BOM的快速轉(zhuǎn)換。

（3）標(biāo)準(zhǔn)、高效的工藝數(shù)據(jù)維護(hù)，自動(dòng)計(jì)算定額銷(xiāo)售。

（4）支持制造 BOM數(shù)據(jù)維護(hù)，輸出完整制造BOM。

以下筆者將描述這幾個(gè)方面的管理需求，對(duì)于不同的用戶(hù)可能存在的幾方面細(xì)化或擴(kuò)展。

1.支持設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與制造數(shù)據(jù)集成共享

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)主要包含設(shè)計(jì) BOM數(shù)據(jù)，由企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門(mén)組織和管理產(chǎn)品所需要的零部件物料清單，它是在研發(fā)設(shè)計(jì)人員在完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程后獲得的。對(duì)于其他的制造數(shù)據(jù)（工藝 BOM數(shù)據(jù)和制造 BOM數(shù)據(jù)），是在設(shè)計(jì)BOM的基礎(chǔ)上，根據(jù)制造過(guò)程的需要，進(jìn)行工藝數(shù)據(jù)和制造數(shù)據(jù)的維護(hù)后形成的。所以，設(shè)計(jì) BOM、工藝 BOM和制造 BOM的集成共享顯得尤為重要。

基于該種應(yīng)用模式，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的無(wú)縫對(duì)接，應(yīng)用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，避免了人為操作，減少了冗余數(shù)據(jù)產(chǎn)生。

完成設(shè)計(jì) BOM數(shù)據(jù)平滑過(guò)渡至制造環(huán)節(jié)，有以下幾個(gè)步驟。

（1）通過(guò) SOLIDWORKS EnterprisePDM管理SOLIDWORKS裝配體中完整的設(shè)計(jì) BOM數(shù)據(jù)。

（2）實(shí)現(xiàn) SOLIDWORKS設(shè)計(jì) BOM數(shù)據(jù)工作流程審批。

（3）提供信息化手段實(shí)現(xiàn)發(fā)布狀態(tài)的設(shè)計(jì) BOM數(shù)據(jù)平滑過(guò)渡到制造數(shù)據(jù)維護(hù)環(huán)節(jié)。

通過(guò)上述步驟，形成基于單一設(shè)計(jì)源頭的 BOM數(shù)據(jù)，由設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)輸出至制造環(huán)節(jié)，保障了數(shù)據(jù)的唯一性、時(shí)效性和準(zhǔn)確性，形成了數(shù)據(jù)的閉環(huán)式共享應(yīng)用，避免人為操作過(guò)程中不必要的錯(cuò)誤。

2.提供標(biāo)準(zhǔn)的、高效的工藝路線(xiàn)數(shù)據(jù)維護(hù)

離散制造企業(yè)的工藝環(huán)節(jié)是建立在設(shè)計(jì) BOM的基礎(chǔ)上，由工藝技術(shù)人員在生產(chǎn)能力基礎(chǔ)之上，進(jìn)行以工序、工時(shí)、物料等工藝數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)和維護(hù)，以此完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)向產(chǎn)品制造的過(guò)渡。基于傳統(tǒng)的工藝 BOM數(shù)據(jù)維護(hù)方式，一方面，無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì) BOM數(shù)據(jù)的直接應(yīng)用；另一方面，不利于企業(yè)對(duì)于工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累和對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的建設(shè)。因此，通過(guò)信息化手段幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)工藝環(huán)節(jié)的管控至關(guān)重要。

實(shí)現(xiàn)工藝環(huán)節(jié)信息化管理的需求，主要有以下幾點(diǎn)內(nèi)容。

（1）提供信息化平臺(tái)，承載設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中輸出 BOM數(shù)據(jù)。

（2）實(shí)現(xiàn)企業(yè)工藝數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化管理。

（3）在工藝 BOM數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化工藝數(shù)據(jù)。

通過(guò)上述步驟，使工藝設(shè)計(jì)人員在統(tǒng)一的平臺(tái)中，基于一致的設(shè)計(jì) BOM數(shù)據(jù)，應(yīng)用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、通用的工藝數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)可控，應(yīng)用高效的工藝維護(hù)，為企業(yè)在產(chǎn)品制造的工藝過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)工藝人員應(yīng)用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，減少工藝設(shè)計(jì)工作量，壓縮工藝設(shè)計(jì)時(shí)間。

3.支持制造 BOM數(shù)據(jù)維護(hù)

在設(shè)計(jì) BOM數(shù)據(jù)、工藝 BOM數(shù)據(jù)以外，企業(yè)需要使用制造 BOM數(shù)據(jù)來(lái)決定最終產(chǎn)品制造方法，組成產(chǎn)品制造的物料清單。同時(shí)，產(chǎn)品核算部門(mén)基于制造 BOM確定最終產(chǎn)品的成本和產(chǎn)品成本的維護(hù)。因此，企業(yè)需要在設(shè)計(jì) BOM、工藝 BOM基礎(chǔ)之上，進(jìn)行可能與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)沒(méi)有直接關(guān)系的物料及物料屬性等數(shù)據(jù)維護(hù)，最終完成制造BOM數(shù)據(jù)輸出。endprint

為此，實(shí)現(xiàn)該需求應(yīng)主要包含以下幾點(diǎn)內(nèi)容。

（1）提取設(shè)計(jì)和工藝環(huán)節(jié) BOM數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上維護(hù)制造 BOM數(shù)據(jù)。

（2）實(shí)現(xiàn)物料編碼功能，提供可配置的物料編碼方案。

（3）支持 BOM中零部件的父子結(jié)構(gòu)關(guān)系調(diào)整。

（4）導(dǎo)出包含制造BOM數(shù)據(jù)的完整視圖。

通過(guò)集成設(shè)計(jì) BOM、工藝 BOM和制造 BOM數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品制造過(guò)程數(shù)據(jù)管理中數(shù)據(jù)的可繼承性，使企業(yè)制造數(shù)據(jù)在不同業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)中形成閉環(huán)鏈接，令管理更為順暢，集成更為緊密，真正實(shí)現(xiàn)企業(yè)制造過(guò)程數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。

三、集成產(chǎn)品制造過(guò)程數(shù)據(jù)管理最佳實(shí)踐

SOLIDWORKS在三維 CAD系統(tǒng)與 SOLIDWORKS EnterprisePDM系統(tǒng)平臺(tái)化應(yīng)用基礎(chǔ)之上，提出了產(chǎn)品生命周期管理解決方案，由產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理擴(kuò)展到制造數(shù)據(jù)管理，整合了設(shè)計(jì) BOM輸出、工藝路線(xiàn)管理和物料數(shù)據(jù)維護(hù)等制造數(shù)據(jù)管理功能模塊，實(shí)現(xiàn)了由設(shè)計(jì)至制造環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的平滑過(guò)渡，為企業(yè)提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)集成管理最佳方案。主要包含以下幾個(gè)方面。

1.完整的設(shè)計(jì) BOM提取

通過(guò) SOLIDWORKS Enterprise PDM管理 SOLIDWORKS數(shù)據(jù)，不但可以在檢入檢出過(guò)程中進(jìn)行 PDM與設(shè)計(jì)工具的雙向互動(dòng)，并可以提取 SOLIDWORKS中的完整設(shè)計(jì) BOM信息。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì) BOM數(shù)據(jù)的版本管理及輸出（圖 1）。

2.設(shè)計(jì) BOM數(shù)據(jù)平滑過(guò)渡至制造環(huán)節(jié)

在 SOLIDWORKS Enterprise PDM端實(shí)現(xiàn)SOLIDWORKS三維設(shè)計(jì) BOM數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)之上，通過(guò)企業(yè) BOM管理功能模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì) BOM數(shù)據(jù)的可視化瀏覽，并通過(guò)“設(shè)計(jì) BOM →工藝 BOM”、“設(shè)計(jì) BOM →制造BOM”的功能按鈕，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì) BOM向工藝 BOM、制造BOM的平滑過(guò)渡（圖 2）。

3.原材料數(shù)據(jù)維護(hù)

產(chǎn)品制造過(guò)程數(shù)據(jù)將包含設(shè)計(jì) BOM數(shù)據(jù)及物料數(shù)據(jù)兩方面內(nèi)容，SOLIDWORKS EnterprisePLM系統(tǒng)集成有物料管理模塊，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中物料數(shù)據(jù)的管理，有利于在統(tǒng)一的平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)對(duì)于產(chǎn)品制造過(guò)程數(shù)據(jù)的維護(hù)。同時(shí)，該功能將實(shí)現(xiàn)物料編碼，與生產(chǎn)制造管理系統(tǒng)中物料數(shù)據(jù)同步（圖 3）。

4.物料編碼管理

SOLIDWORKS EnterprisePLM系統(tǒng)中可實(shí)現(xiàn)物料編碼管理，通過(guò)識(shí)別物料特征，匹配對(duì)應(yīng)的編碼規(guī)則，以實(shí)現(xiàn)單一編碼或批量編碼。同時(shí)，企業(yè)可根據(jù)業(yè)務(wù)需求，進(jìn)行編碼方案的自定義（圖 4）。

5.實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

系統(tǒng)將提供平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)企業(yè)在工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化數(shù)據(jù)的維護(hù)。通過(guò)制造過(guò)程功能模塊中標(biāo)準(zhǔn)工藝路線(xiàn)建設(shè)，幫助企業(yè)按類(lèi)別定義工藝路線(xiàn)，結(jié)合工序、物料等制造基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，最終完成工藝路線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化建設(shè)（圖5）。

6.支持定額公式計(jì)算管理

在制造過(guò)程數(shù)據(jù)維護(hù)中，將提供定額公式管理模塊實(shí)現(xiàn)定額領(lǐng)料、標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)計(jì)算需求。通過(guò)定額公式的配置，實(shí)現(xiàn)企業(yè)制造過(guò)程數(shù)據(jù)維護(hù)過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)化定義（圖 6）。

7.實(shí)現(xiàn)工藝 BOM數(shù)據(jù)維護(hù)

在產(chǎn)品設(shè)計(jì) BOM數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，支持自動(dòng)或手工創(chuàng)建工藝路線(xiàn)信息，并實(shí)現(xiàn)以公式定額的方式計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)工藝用料和標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)用量。以此實(shí)現(xiàn)更加高效的工藝數(shù)據(jù)維護(hù)，避免了設(shè)計(jì) BOM向工藝 BOM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中不必要的錯(cuò)誤。同時(shí)，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)工藝環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化管控，使工藝數(shù)據(jù)具備可繼承性（圖 7）。

公式定額可支持用戶(hù)輸入動(dòng)態(tài)參數(shù)，以更好地匹配企業(yè)在定額公式應(yīng)用上的業(yè)務(wù)需求（圖 8）。

8.實(shí)現(xiàn)制造 BOM數(shù)據(jù)維護(hù)

在設(shè)計(jì) BOM或工藝 BOM數(shù)據(jù)應(yīng)用基礎(chǔ)之上，進(jìn)行制造 BOM數(shù)據(jù)維護(hù)。將實(shí)現(xiàn)添加并掛接物料數(shù)據(jù)、物料編碼、BOM父子結(jié)構(gòu)關(guān)系調(diào)整及數(shù)據(jù)輸出（圖 9和圖 10）。

四、成功案例

成都雙虎實(shí)業(yè)有限公司，始建于 1989年，產(chǎn)品始建于1989年產(chǎn)品遍及全國(guó) 31個(gè)省、市、自治區(qū)，覆蓋國(guó)內(nèi)主要城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)，是集家具設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造、銷(xiāo)售和服務(wù)于一體的現(xiàn)代化大型家具企業(yè)。

作為一家全國(guó)性的大型家具制造企業(yè)，該企業(yè)體現(xiàn)出了豐富的產(chǎn)品線(xiàn)及規(guī)格型號(hào)；訂單式與庫(kù)存式業(yè)務(wù)模式并存；工藝環(huán)節(jié)任務(wù)多、工作量大；產(chǎn)品趨于部件標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化及拆裝化等特點(diǎn)。同時(shí)，在企業(yè)發(fā)展過(guò)程中，也面臨著如何集中管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)，如何打通設(shè)計(jì)、工藝及制造BOM數(shù)據(jù)管理等發(fā)展瓶頸。

企業(yè)成長(zhǎng)離不開(kāi)強(qiáng)大的管理支撐，雙虎實(shí)業(yè)于 2013年選擇 SOLIDWORKS EnterprisePLM產(chǎn)品生命周期解決方案，集成 OA、PDM和 ERP等信息化管理系統(tǒng)，打造信息化管理平臺(tái)，走上了 IT整體運(yùn)營(yíng)管理的發(fā)展道路。

通過(guò)實(shí)施 SOLIDWORKS EnterprisePLM系統(tǒng)，該企業(yè)實(shí)現(xiàn)了由過(guò)去的二維設(shè)計(jì)平臺(tái)向設(shè)計(jì)平臺(tái)過(guò)渡，加深了三維CAD 數(shù)據(jù)的覆蓋面，修訂了三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了從二維至三維的華麗轉(zhuǎn)身。在此基礎(chǔ)上，該企業(yè)還實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)BOM 數(shù)據(jù)向工藝BOM、制造BOM 數(shù)據(jù)遷移，靈活編輯工藝路線(xiàn)數(shù)據(jù)，增加/ 刪除工序數(shù)據(jù)，以及通過(guò)定額公式，自動(dòng)計(jì)算出物料定額和工時(shí)定額，使工藝設(shè)計(jì)工作變得可視化、標(biāo)準(zhǔn)化；通過(guò)物料數(shù)據(jù)的管理和編碼的實(shí)現(xiàn)，完成制造BOM 數(shù)據(jù)管理。最終，將完整的制造BOM 數(shù)據(jù)輸出到了ERP 系統(tǒng)。

對(duì)比往昔， 雙虎實(shí)業(yè)建立了以SOLIDWORKS 三維CAD 數(shù)據(jù)為源頭， 以PLM 研發(fā)平臺(tái)為核心， 將SOLIDWORKS、PLM 和ERP 三大系統(tǒng)平臺(tái)成功集成的完整信息系統(tǒng)，讓數(shù)據(jù)流從源頭起經(jīng)過(guò)每個(gè)系統(tǒng)的豐富完善與交互，輸出各種報(bào)表，為指導(dǎo)生產(chǎn)形成有效的數(shù)據(jù)支撐。

五、結(jié)語(yǔ)

離散制造企業(yè)在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造過(guò)程數(shù)據(jù)管理的過(guò)程中，保障單一數(shù)據(jù)從設(shè)計(jì)端源頭開(kāi)始進(jìn)行管控，打通設(shè)計(jì)、工藝、制造等產(chǎn)品制造過(guò)程環(huán)節(jié)。通過(guò)應(yīng)用SOLIDWORKS Enterprise PLM 產(chǎn)品生命周期解決方案，能夠提供統(tǒng)一的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)向制造的平滑過(guò)渡，避免了不同系統(tǒng)間集成開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，真正意義上為企業(yè)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)到制造的數(shù)據(jù)集成，建立閉環(huán)連接。endprint