基于Teamcenter平臺的制造工藝管理的實用性研究

摘 要：文章簡要介紹了基于Teamcenter 8.0產(chǎn)品生命周期管理（PLM）平臺的制造工藝管理（MPM）的基本特點，基于企業(yè)用戶的角度從系統(tǒng)構(gòu)架、用戶體驗、與CAPP模式的對比、系統(tǒng)集成等方面分析了基于Teamcenter的MPM相關(guān)軟件模塊（TCM）的工藝規(guī)劃設(shè)計的實用性，提出了TCM在企業(yè)應(yīng)用中增強適應(yīng)性的建議。

關(guān)鍵詞：Teamcenter；產(chǎn)品生命周期管理；制造工藝管理；計算機輔助工藝規(guī)劃；系統(tǒng)集成

引言

競爭激烈的市場環(huán)境迫使制造企業(yè)從傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榇笠?guī)模定制模式，生產(chǎn)手段也逐步從機械化過渡到自動化、數(shù)字化、智能化，產(chǎn)品設(shè)計和工藝規(guī)劃不僅需要先進的CAD及其它軟件快速高效地產(chǎn)生圖紙和文檔，也需要PDM、CAPP/MPM、ERP、MES等信息系統(tǒng)高效協(xié)同地開展各種數(shù)據(jù)的信息管理。

國內(nèi)制造企業(yè)已廣泛使用計算機信息系統(tǒng)管理產(chǎn)品研發(fā)及工藝規(guī)劃的各種數(shù)字資源，PDM、CAPP等已得到廣泛的應(yīng)用，但具有結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計數(shù)據(jù)管理功能的MPM、CAPP應(yīng)用較少。結(jié)構(gòu)化工藝規(guī)劃數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是在細化工藝數(shù)據(jù)類型、強化系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，采用結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計系統(tǒng)能更好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)與PDM、ERP、MES的集成，同時能提高工藝規(guī)劃設(shè)計的重用效率。目前市場上支持結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計的國外系統(tǒng)有Siemens的Teamcenter Manufacturing Process Management （TCM）、Dassault Systèmes的DELMIA、PTC公司的Windchill MPMLink等，國內(nèi)支持結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計的系統(tǒng)有清華天河T5-CAPP2014、華天3D-CAPP、天喻3D InteCAPP等。

1 Teamcenter構(gòu)架與功能簡介

1.1 Teamcenter的特點與功能

Teamcenter是基于一個單一的、開放的、面向服務(wù)的體系構(gòu)架，是業(yè)內(nèi)首個將單個軟件應(yīng)用轉(zhuǎn)變?yōu)樵赟OA的基礎(chǔ)上建立的，跨專業(yè)、跨項目階段和計劃的真正集成化的PLM解決方案，為大小制造企業(yè)平臺提供可擴展性、應(yīng)用豐富性以及可配置性[1]。Teamcenter將各種工作流程統(tǒng)一在單一的產(chǎn)品和流程知識源內(nèi)，保證了單一數(shù)據(jù)源，為并行協(xié)同工作提供保證。

Teamcenter PLM針對產(chǎn)品研發(fā)到制造的三大模塊的簡要功能劃分如圖1所示，主要包含了PDM、MPM、ERP/MES三大部分。

Teamcenter主要功能模塊包含：（1）系統(tǒng)工程和需求管理、（2）產(chǎn)品組合和計劃及項目管理、（3）工程過程管理、（4）物料清單管理、（5）法規(guī)符合性、（6）可持續(xù)性和環(huán)境合規(guī)性、（7）內(nèi)容和文檔管理、（8）配方、包裝和品牌管理、（9）供應(yīng)商集成管理、 （10）機電一體化過程管理、（11）制造流程管理、（12）仿真過程管理、（13）維護和維修及大修、（14）報告和分析、（15）社區(qū)協(xié)同、（16）企業(yè)知識基礎(chǔ)、（17）平臺可擴展性服務(wù)、（18）生命周期可視化。其中“制造流程管理”也稱作“制造工藝管理”，是工藝數(shù)據(jù)管理的專業(yè)功能模塊。

1.2 Teamcenter軟件構(gòu)架

Teamcenter系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用需要可采取兩層構(gòu)架或四層構(gòu)架，采用四層構(gòu)架對中文的支持、易用性比兩層的較好，四層構(gòu)架包括客戶層（Client Tier），網(wǎng)絡(luò)層（Web Tier），企業(yè)層（Enterprise Tier），資源層（Resource Tier），如圖2所示。

Teamcenter 8是基于Eclipse開發(fā)平臺的解決方案。其中的每個應(yīng)用程序（比如說My Teamcenter、PSE、Workflow Designer）都是一個Eclipse插件（plug-in），而整個Teamcenter 8實際上是改裝過的Eclipse，因而系統(tǒng)配置及定制開發(fā)較為靈活，且易于實現(xiàn)跨平臺移植。

2 企業(yè)TCM應(yīng)用需求及規(guī)劃

2.1 MPM簡介

學術(shù)上將以MPM為代表的數(shù)字化制造系統(tǒng)定義為：連結(jié)設(shè)計和制造之間的橋梁，它通過一系列工廠、工藝設(shè)計及管理工具，仿真產(chǎn)品制造的全過程，在實際產(chǎn)品制造之前用可視化的方式規(guī)劃和優(yōu)化產(chǎn)品的制造工藝方案[2]。

制造工藝過程管理（MPM），是一種貫穿計劃、設(shè)計、制造和管理全過程的協(xié)同工作環(huán)境，旨在對生產(chǎn)過程中的工藝信息進行協(xié)調(diào)的統(tǒng)一管理。

2.2 企業(yè)TCM應(yīng)用的功能模塊篩選及規(guī)劃

Teamcenter平臺在企業(yè)實際應(yīng)用中應(yīng)遵循整體規(guī)劃、分步實施的原則，PDM和MPM部分應(yīng)在保證數(shù)據(jù)安全的前提下實現(xiàn)一體化，并與ERP/MES集成應(yīng)用。某企業(yè)Teamcenter應(yīng)用的功能規(guī)劃構(gòu)架見圖3。

由于TCM需要利用產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)并和產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)保持關(guān)聯(lián)，因而在實施次序上應(yīng)先實施PDM部分后實施MPM部分，或者PDM和MPM同時實施。

2.3 企業(yè)產(chǎn)品和工藝結(jié)構(gòu)樹模型

Teamcenter系統(tǒng)提供以Root為根的類層次結(jié)構(gòu)，通過為類增加屬性、在不同類之間建立關(guān)系，為類或者對象定義消息（Message）以及處理消息的方法（Method）來組織整個系統(tǒng)，系統(tǒng)中各業(yè)務(wù)對象或數(shù)據(jù)對象都是類的實例。另外它還提供菜單（menu）、菜單選項（Option）以及動態(tài)類PdmDialog等來建立用戶交互界面。

某企業(yè)的工藝結(jié)構(gòu)樹（Process Tree）模型如圖4所示。

該模型為PPPR模型，即自制產(chǎn)品（Product）及零部件為制造目標、工藝（Process）與制造目標相關(guān)聯(lián)、工藝與工廠（Plant）和資源（Resource，包含材料、工裝工具等）相關(guān)聯(lián)。

3 TCM實際應(yīng)用效果

3.1 系統(tǒng)部署及用戶使用體驗

企業(yè)實際應(yīng)用中采取了C/S構(gòu)架，TCM胖客戶端的安裝一般不超過30min，但配套軟件如NX、Autocad、Msoffice的安裝時間較長，采用普通方式單臺客戶端的總安裝時間一般需要2h以上，并且需要人為排除安裝錯誤。在引進了Citrix虛擬桌面系統(tǒng)后，部署工作量大大下降，新增單個用戶的軟件環(huán)境部署由原來的2h下降到1min以內(nèi)。

在操作易用性方面，TCM胖客戶端的操作友好性比office、NX等工具軟件要差，TCM系統(tǒng)內(nèi)的操作鼠標點擊次數(shù)較多，缺乏編輯回退功能，使用過程中經(jīng)常需要在不同的功能區(qū)間切換，如工作時需要根據(jù)工作場景在“更改管理器”、“結(jié)構(gòu)管理器”、“工作流查看器”、“制造工藝規(guī)劃器”等功能模塊中切換，如不通過培訓，用戶很難摸索軟件如何操作。

在響應(yīng)速度方面，TCM胖客戶端較一般的工具軟件的響應(yīng)速度慢，由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和計算機硬件對運行速度有一定影響，TCM胖客戶端的操作響應(yīng)速度具有較大的不穩(wěn)定性，如打開客戶端、工藝流程編輯、調(diào)用相關(guān)程序、界面切換、可視化啟動等的響應(yīng)時間在不同的計算機硬件上相差較大，在一般的辦公計算機、圖形工作站及虛擬桌面上執(zhí)行相同操作的測試耗時分布如表1所示。

對比于國產(chǎn)CAPP，雖然部分操作不具備可比性，但整體上TCM的響應(yīng)速度較慢，某企業(yè)應(yīng)用TCM以來其響應(yīng)速度一直受到工藝人員的指責。

TCM系統(tǒng)內(nèi)置可視化（Teamcenter Visualization）功能，可在查看器中直接查看圖片（jpg、cgm等）、dwg文檔、pdf文檔、三維輕量化模型（jt）等，可以對支持的模型開展精確 3D 測量、制作基本 3D 剖面、PMI 顯示、顯示3D CAE結(jié)果。Teamcenter 8.0內(nèi)置的Teamcenter Visualization不完全支持查看Msoffice文檔，系統(tǒng)安裝MSoffice2003并設(shè)置為默認程序時能在查看器中直接查看.doc、.xls等文件，但對只安裝了Msoffice2007及以上高版本Msoffice程序不支持，文檔管理時需在服務(wù)器上將Msoffice文檔轉(zhuǎn)化為pdf文檔以供系統(tǒng)內(nèi)查看使用。在產(chǎn)品研發(fā)項目管理過程中，納入項目的工藝人員能直接利用系統(tǒng)可視化工具查看產(chǎn)品圖紙，但未納入項目的工藝人員無權(quán)查看。

Teamcenter Visualization內(nèi)置注釋功能，可以在文檔工作流程中對pdf、cgm等文檔批注，但當文件的頁數(shù)較多時，編制者不能定位批注的具體位置。

3.2 與其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成

企業(yè)級應(yīng)用根據(jù)實際需要與ERP開展數(shù)據(jù)集成，集成的數(shù)據(jù)主要有工藝資源（工裝、工具、原輔材料）、工藝明細表（PBOM），工藝資源的集成較易實現(xiàn)，PBOM的集成難度較大，由于企業(yè)應(yīng)用中在ERP中的工藝集合規(guī)則和TCM中的工藝集合規(guī)則不一致導致變更的后的邏輯關(guān)系不易處理，因而PBOM變更后的集成暫未實現(xiàn)。

3.3 非結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計的實用性

非機構(gòu)化工藝設(shè)計以文件管理為中心，在TCM中的應(yīng)用操作較為簡單，包含工藝文件（如指導書、工藝卡片、工裝圖紙）的文檔管理、變更管理、審核流程（簽字流程）管理、編碼管理、權(quán)限管理、資源分類管理等。

某企業(yè)實施TCM后，已實現(xiàn)50多種工藝文件的管理，實現(xiàn)了二維和三維工裝的數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)了TCM和相關(guān)辦公編輯軟件（word、excel）、CAD軟件（Autocad、NX）的集成。

其中工藝文件和二維工裝圖紙的管理在TCM中實現(xiàn)編碼的半自動化，即申請編號借助系統(tǒng)輔助生成，但文檔內(nèi)部的編號和系統(tǒng)輔助生成的編號需要人工控制，未實現(xiàn)自動化，實際應(yīng)用中出現(xiàn)過文檔內(nèi)部和系統(tǒng)中的編號不一致的情況。TCM中的審核流程支持串行流程和并行流程。NX三維工裝設(shè)計已實現(xiàn)編號和其它屬性傳遞的自動化，標準化程度較高。

非機構(gòu)化工藝設(shè)計在企業(yè)內(nèi)部有較強的適用性，由于基本不需要改變原來的工藝設(shè)計方式和習慣，因而能被廣大工藝人員所接受。

3.4 結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計的實用性

結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計需要較完善的工藝資源庫（工裝、工具、設(shè)備、原輔材料）、規(guī)范的設(shè)計數(shù)據(jù)管理（如BOM結(jié)構(gòu)及物料編碼的準確性和規(guī)范性、相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)對工藝人員開放權(quán)限）、規(guī)范的工藝知識及分類管理、規(guī)范的工藝設(shè)計流程管理，結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計才能順利開展并發(fā)揮效率。

某企業(yè)實施TCM后，結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計功能已通過驗收，但實際應(yīng)用中由于種種原因?qū)е陆Y(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計一直處于試驗演練階段，比較突出的原因有企業(yè)應(yīng)用中相關(guān)數(shù)據(jù)的不規(guī)范性導致在開展新產(chǎn)品設(shè)計時Teamcenter系統(tǒng)內(nèi)不能及時獲取完整的BOM結(jié)構(gòu)和工藝資源信息、企業(yè)的工藝資源及其它工藝數(shù)據(jù)管理規(guī)范性的不完善、結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計在TCM中操作復雜、材料消耗定額的應(yīng)用操作易用性較差。

理論上結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計能提高工藝設(shè)計的重用率、增加各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)集成性、減少重復工藝設(shè)計工作、縮短新產(chǎn)品的制造準備周期。但由于結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計是傳統(tǒng)工藝設(shè)計的一次重大變革，因而結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計在很多企業(yè)難以得到實際應(yīng)用。

3.5 TCM與一般國產(chǎn)CAPP的應(yīng)用對比

TCM與一般國產(chǎn)CAPP相比有如下優(yōu)點：功能面更廣泛、可視化支持面較廣、與三維軟件NX的集成性更佳，結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計細化了工藝數(shù)據(jù)的管理顆粒度，能較好地管理工藝知識、提高重用效率，能較好地支持三維及仿真數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)化工藝構(gòu)架較為完善，系統(tǒng)基于Eclipse平臺構(gòu)建，模塊化和開放性更佳。

TCM與一般國產(chǎn)CAPP相比有如下缺點：操作復雜，滿足企業(yè)的運作需要開展較多的二次開發(fā)，操作易用性、界面友好性及反應(yīng)速度上不如一般國產(chǎn)CAPP，軟件授權(quán)費用較CAPP高。

3.6 系統(tǒng)穩(wěn)定性與維護

從某企業(yè)全面應(yīng)用TCM管理工藝數(shù)據(jù)以來，系統(tǒng)運行基本穩(wěn)定，大約每個季度會出現(xiàn)一次系統(tǒng)故障，需要管理員進行手工維護才能使系統(tǒng)恢復正常，排除異常的時間均在15min以內(nèi)，異常排除對正常使用有較小的影響。系統(tǒng)故障類型主要有網(wǎng)絡(luò)連接失效、服務(wù)程序異常關(guān)閉、數(shù)據(jù)庫連接故障等。

4 TCM增強適用性的建議措施

4.1 提升軟件的用戶體驗

Teamcenter核心層軟件構(gòu)架需要進一步完善，系統(tǒng)核心層應(yīng)采取使用執(zhí)行效率更高的編程語言、優(yōu)化算法等措施提高軟件運行速度，軟件的操作友好性應(yīng)得到改善，TCM客戶端需要解決結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計界面操作復雜、工序和工步次序調(diào)整不便、鼠標點擊次數(shù)多等易用性較差的缺點。

二次開發(fā)方面，Msoffice文檔轉(zhuǎn)化pdf效率低、耗時長，對于新建工作流程的工藝文檔用戶通常在3min之內(nèi)無法看到pdf文檔，且文檔簽字及轉(zhuǎn)化為pdf時在服務(wù)器上存在等待排隊現(xiàn)象，建議采取措施加快轉(zhuǎn)化pdf文檔的速度，如使用MSoffice內(nèi)置另存為pdf功能、單線程改為多線程并行轉(zhuǎn)化等措施。

結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計方面，TCM應(yīng)允許用戶根據(jù)實際需要對數(shù)個工序做工序合并，合并后的名稱在系統(tǒng)中直觀性較好，并可以更改，在ERP/MES系統(tǒng)中直接利用合并后的工序。工序合并模型圖如圖5所示。

4.2 開展必要的管理變革

為適應(yīng)信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，企業(yè)的工藝管理應(yīng)從以文件管理為中心向以數(shù)據(jù)管理為中心轉(zhuǎn)變，數(shù)據(jù)管理從非結(jié)構(gòu)化向結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)變，數(shù)據(jù)分類分級應(yīng)向國際國內(nèi)標準靠攏，對于企業(yè)特色的工藝數(shù)據(jù)應(yīng)建立企業(yè)標準。工藝資源應(yīng)建立工藝資源分類標準，并對工藝資源名稱、編碼、型號、規(guī)格等屬性信息進行標準化，避免一物多碼。工藝過程應(yīng)參照DIN 8580、JB/T 5992.1等標準結(jié)合企業(yè)的工藝范圍建立工藝分類標準并對工序名稱等屬性信息進行標準化。

工藝管理進行一定的變革，工藝管理應(yīng)簡統(tǒng)化，減少不必要的流程，減少工藝文件的種類，這些做法均有利于軟件的推廣應(yīng)用。

同時軟件使用的日益復雜性和多樣性需要專業(yè)或兼職人員對軟件的推廣使用做好培訓及輔導工作。

4.3 從管理上保證各信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的一致性

信息系統(tǒng)的建立和管理應(yīng)具有一定的前瞻性，不應(yīng)僅局限于產(chǎn)品研發(fā)和工藝規(guī)劃環(huán)節(jié)，應(yīng)從產(chǎn)品研發(fā)至產(chǎn)品報廢的全生命周期考慮，產(chǎn)品制造、質(zhì)量保證、維護維修甚至售后應(yīng)作為一個整體考慮，能采用信息化手段提高工作效率、規(guī)范管理、增強可追溯性、降低成本的盡量采用信息化手段。從提高效率上講，各信息系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)集成應(yīng)實現(xiàn)自動化、盡量減少人工干預，因而不同信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性應(yīng)逐步實現(xiàn)。

制造業(yè)信息化系統(tǒng)的建立應(yīng)結(jié)合ISO9001質(zhì)量管理體系、TS16949體系、環(huán)境管理體系及安全管理體系（如ISO14001、OHSAS18001）、精益生產(chǎn)、項目管理等實際需求進行綜合系統(tǒng)的考慮和規(guī)劃。

4.4 從改善計算機硬件與網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化軟件運行環(huán)境上加快系統(tǒng)的反應(yīng)速度

服務(wù)器端及客戶端采用固態(tài)硬盤等高速存儲裝置，縮短相關(guān)程序的啟動時間，提高網(wǎng)絡(luò)速度理論上可適當減少客戶端的數(shù)據(jù)加載速度，客戶端網(wǎng)速峰值限制應(yīng)根據(jù)信息系統(tǒng)的應(yīng)用需求做必要的調(diào)整。

客戶端軟件環(huán)境應(yīng)統(tǒng)一，操作系統(tǒng)及相關(guān)配套軟件如NX、MSoffice等版本應(yīng)相同，如采取虛擬桌面則可有效避免軟件不統(tǒng)一的矛盾，同時也可減少軟件部署時間。

5 結(jié)束語

如企業(yè)不開展結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計，采用TCM管理工藝文檔，由于界面友好性較差及響應(yīng)速度較慢，TCM較國產(chǎn)CAPP而言總體上沒有優(yōu)勢。

如企業(yè)需要開展結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計并實行設(shè)計工藝一體化、工藝仿真應(yīng)用、數(shù)據(jù)集成，使用TCM，可以更有效地管理工藝數(shù)據(jù)并和產(chǎn)品設(shè)計實現(xiàn)同步工程，TCM結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計理論上能夠提升制造工藝設(shè)計的效率、提高工藝知識重用率，結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)理論上能更好地和后續(xù)的ERP及MES系統(tǒng)開展數(shù)據(jù)集成，在解決了前后系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性后理論上能實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成的自動化，能提高產(chǎn)品研發(fā)整體信息化效率，能更好地實現(xiàn)企業(yè)的數(shù)字化、智能化。由于國產(chǎn)CAPP大多從2013年以后開始開發(fā)結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計的功能，國產(chǎn)CAPP具備結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計功能的歷史比TCM晚得多，因而在開展結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計方面，TCM較國產(chǎn)CAPP有較大優(yōu)勢。

如能采取一系列的措施如優(yōu)化程序算法、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)及計算機軟硬件環(huán)境、規(guī)范數(shù)據(jù)管理，TCM終將給企業(yè)的工藝規(guī)劃工作帶來裨益。

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作者簡介：沈小冒（1979-），男，湖北省浠水縣人，工程師，本科，從事工藝技術(shù)及管理工作，主要研究方向為工藝信息化。

肖連新（1965-），男，湖南省衡陽市人，本科，教授級高級工程師，主要研究領(lǐng)域為機械加工工藝。

鄧小云（1967-），女，專科，材料定額師，從事材料定額工作，主要研究方向為ERP應(yīng)用。