产品研发管理系统的实施应用

摘 要 实施产品研发管理系统的应用,完成以CAD/CAPP/CAE/PLM为核心的产品设计、分析仿真、工艺规划的集成环境的建立,实现产品的全生命周期管理和设计协同,提升企业研发、管理创新

摘 要 实施产品研发管理系统的应用,完成以CAD/CAPP/CAE/PLM为核心的产品设计、分析仿真、工艺规划的集成环境的建立,实现产品的全生命周期管理和设计协同,提升企业研发、管理创新能力,促进企业从“制造”到“创造”的转变。
 
    北京京城新能源有限公司(以下简称“京城新能源”)是北京京城机电控股有限责任公司旗下专业从事大型风力发电机组及关键部件设计、制造和风力发电场投资、建设、运营的新能源企业。京城新能源通过引进技术和自主创新,现已形成1.5MW、2MW、3MW、5MW风电机组产品系列。其中3MW海陆两用风电机组和5MW海上风电机组为“十二五”重点开发的新产品项目。
 
    为提升企业研发、管理创新能力,企业相继 购置:三维绘图PTC creo、Inventor;风场微 观选址WASP、Windfarmer;风力发电机组载荷分析和仿真Bladed;有限元分析Ansys、 MSC.Patran/Nastran等专业软件,实施了TiPLM产品数据管理系统,完成CAD/CAPP/CAE/PLM为核心的产品设计、分析仿真、工艺 规划等集成环境的建立,实现产品的全生命周期管理和设计协同,促进企业从“制造”到“创造”的转变。
 
    提升企业核心竞争力的有效途径之一就是加快企业的信息化进程,依托信息化的手段,更好地提升企业管理水平和管理能力。有效提高产品质量。降低成本,缩短技术准备周期。京城新能源从企业成立之初就开始着手进行PLM系统实施。经过两年的努力。已实现产品研发设计的全生命周期管理。




 
1 项目实施的总体目标

    结合京城新能源的实际情况。全面系统地分析研究产品数据、逻辑关系和相关业务处理模式,从产品开发、物资采购、质量管理、生产制 造到售后服务等有关产品全生命周期的管理需求,确定PLM系统实施的总体目标,即通过构建企业统一的产品数据库,实现对产品物料的统一管理。
 
    通过建立完整的产品数据模型和管理模型。实现产品设计、工艺设计一体化集成模式。 实现电子化业务流程管理及其所有与产品信息相关的数据和技术文档的统一管理。通过构建企业级的协同工作平台,建立先进的产品开发环境,规范产品开发技术管理,优化产品开发流程,实 现技术部门研发过程的控制与管理。使产品数据信息集成与共享,构建与生产部门以及其他相关部门的信息沟通渠道。为生产运营提供可靠的、快捷的技术数据。
 
    经过对比测试选型最终签约清软英泰TiPLM合作项目.整个项目的实施范围涵盖信息编码管理、产品结构管理、图文档管理、版本及更改管理、报表管理、工艺信息管理、业务流程管理以及与ERP数据集成等各个环节,实现产品研发设计的全生命周期管理。项目具体内容见图1。
 
图1 PLM系统的实施方案



 
2 企业编码休系的班立

    信息编码是企业信息化建设中最基础的工作,其中产品数据,特别是物料信息更是企业实施PLM, ERP/MRPⅡ系统的基石,清晰准确的物料编码是保证信息系统正常运行的前提和条件。在项目实施的初期,首先需要建立规范统一的企业基础物料数据库。由于企业产品结构较为复杂,物料种类萦多,基础物料数据整理和编码的工作量非常大。
 
    传统手工管理由于缺乏对企业物料信息的共享机制,在产品设计、物资采购和生产管理过程中对物料信息的使用不统一、不规范,同一种物料的名称、规格、型号等属性信息往往有多种不同的表述方式,不同生产厂家对同一种物料的定义也不完全相同。由于物料的命名尤其是外购配套件的命名并没有统一的标准可以参照,只能按照企业通行的或约定俗成的方法进行规范,因此给物料编码工作带来很大的困难。
 
    物料的编码过程实际上是物料数据的标准化和规范化的过程。通过对企业物料数据进行分类,技照自制件、规格件、原材料、标准件、外购件的划分原则进行物料规则定义。产品编码针对不同机型采取不同的编码规则,双馈型风机编码遵循原有隶属编号体系进行了规范,全功率变预风机为了便于产品的模块化和系列设计,在PLM系统中采用全新的简单分类加流水码的编码规则。
 
    原材料、外购件、标准件按照大、中、小类进行特征分类,再加上定长流水码作为编码规则。在建立了企业信息分类编码体系的基础上,借助英泰编码管理系统建立分类编码原则,通过对物料数据进行规范整理与编码数据导入,最终完成四万多个基础物料教据和产品数据的编码工作。见表1及表2。
 
 
 
    为减少编码滞后对产品设计上线带来的影响,物料数据的整理采用先粗后细,不断完善和调整的方法。在随后的产品上线应用过程中,又进行了几次物料数据整理工作,不断完善企业基础物料数据库。逐步实现基础物料数据的规范化和标准化。项目完成型见图2及图3。
 
图2基础物料库中的外购件
 
图3 基础物料库中的原材料
 
    为便于对物料进行统一管理,制定了企业物料编码管理规则。设计人员在PLM系统中进行产品设计时,可以直接引用基础物料库中已有物料数据。新增物料必须通过编码申请流程进行申请,审查通过后由编码管理员负责物料的编码和物料数据的录入,并通过系统集成接口传递给ERP系统,从而达到对企业物料资源规范化和统一管理。编码申请流程(见图4)从设计源头控制对物料的使用,便于今后逐步减少企业基础物料的品种和规格,降低采购成本。
 
图4 编码申请流程
 
    目前通过与ERP系统的集成接口,已向ERP系统传递原材料、标准件、外购件物料信息约15000条。编码申请单见图5。
 
图5 编码申请单



 
3 系统建模
    针对全生命周期环境下的产品数据管理要求进行了信息资源的规划.在此基础上建立企业产品数据管理与业务过程管理所必需的各种信息模型,包括定义部门机构、人员、角色和权限模型。产品模型及零部件数据分类模型、图文档分类模型、工艺数据模型、工作流程模型、主要业务单据模型等。见表3。
 
 
    由于产品数据是PLM系统管理的核心。因此定义正确合理的产品数据模型结构是建立企业级产品数据库的关键。针对企业复杂多样的产品类型。为能更有效地实现对产品数据的维护管理和权限控制。通过对企业现有两大类产品结构特点进行分析,将产品结构模型按照风电、电机产品和基础物料三个类别进行定义。相应的图文档、工艺模型、业务单据等也按相应的产品类别进行定义,并建立相互之间的关联,实现了以产 品结构为核心的数据组织模式。见图6。
 
图6 企业模型定义



 
4 产品设计研发管理全面上线应用

    (1)构建统一的研发设计平台
    根据风机、电机的产品特点。京城新能源相 继购置了风场微观选址WASP、Windfarmer软件、风力发电机组载荷分析和仿真的Bladed软件、有限元分析Ansys、MSC.Patran/Nastran 软件及三维设计Creo/Inventor等各种开发软件以满足产品开发的需求,进行了产品3D设计、整机载荷、结构件的强度计算和疲劳寿命分析。
 
    通过TiPLM与AutoCAD、PTC Creo设计软件及ERP系统的无缝集成,整合了产品数据与应用软件,建立了统一的设计工作管理平台;通过 PLM系统读取零部件和图样信息,在系统内完成产品BOM结构创建,保证BOM数据的准确性。产品结构及BOM汇总表如图7所示。
 
图7 产品结构及BOM汇总表
 
    (2)产品数据标准化定制,实现图文档管理
    在项目实施初期遇到的最大问题是产品数据的收集整理、规范化和纸介质数据的电子化工作。对于积累了多年的大量电子文件,由于一直沿用传统的基于纸质图样管理的方法,缺乏有效的针对电子文件的管理手段,频繁地更改造成电子文件和纸介质文件存在内容上的不一致,需要技术人员逐一进行核对。并且由于以往图样及文件的审查也都是基于纸介质进行的,缺乏对电子文件规范化的管理。线型、图层、颜色等图素有 些不符合CAD制图标准,还有些早期的CAD文件命名和存储不规范。
 
    为保证PLM系统的产品数据的统一和规范,加强产品数据的标准化工作,在进行产品数据录入与数据整理过程中,科技信息部重新修订了CAD制图规范。对37种图样、技术文件的模板进行了规范和修订。
 
    同时编制了《产品开发应用PLM系统的技术管理暂行规定》。完成了《产品图样及技术文件电子文件名命名及存储管理办法》、《产品图样及技术文件、数据库零部件结构的更改办法》、《产品图样及技术文件的审批程序及其完整性》、《产品图样及技术文件更改管理规程》以及《产品设计开发策划管理规程》等技术管理规范与标准文件的修订。
 
    通过上述措施,完成了电机、风机产品图样、产品结构和技术文件等数据的收集整理与电子化工作。截止目前已完成风机、电机516个产品结构搭建.共入库图样19283张、技术文件10043份及报表2823份。见图8及图9。
 
图8图文档管理示意图
 
 
图9 进行流程设置
 
    (3)电子流程审批实现并行产品开发
    通过工作流管理协调控制产品数据的处理。规范产品数据从创建到发布的整个研发过程,实现电子化文档审批签署,以及任务进度的跟踪监控和调整。
 
    以往纸质文件管理。其设计、校对、审核、标审及入库晒发等环节都是通过人工进行任务交转,不能并行地进行产品研发设计。下游部门也无法了解到产品设计进展情况。应用PLM系统工作流程后产品信息以电子数据方式进行传递,省去了中间环节和人工交转,最终统一接收集中从PLM系统输出生产图样,实现了由纸质管理向电子数据管理和信息传递的转移,保证了产品数据的可命性和唯一性。
 
    目前PLM系统中应用的流程种类有设计会签流程、工艺编制流程、产品救据更改流程、技术通知单流转流程、圈文档清晒流程、编码申请流程等。正在运行的流程有143个,已完成的流程4867个。
 
    (4)时工艺数据进行统一甘理
    工艺数据是产品数据的重要组成部分,是产品设计通向生产制造的桥梁。在工艺模块实施应用中,京城新能源结合企业生产特点和工艺设计需求,以及ERP系统对工艺救据传输的要求,建立了车间、工种、设备及专用工具工装等工艺资源库,统一了各种工艺卡片的格式和救据规范,在PLM系统中定制了过程卡、焊接卡、装配卡、工序卡、以及各种工艺汇总清单和表格,见图10。
 
图10 工艺卡片类型
 
    在设计、工艺一体化的产品数据模型环境下,工艺人员在PLM系统中进行工艺设计时,可以直接引用产品的设计结构添加工艺结构,进行工艺路线、工艺卡片、工艺规程的编制。工艺人员可以通过定义好的业务流程自动接收工艺任务,在产品设计结构中获取琴部件信息进行工艺设计。
 
    在进行工艺卡片编制时,表头信息自动坡写,减少了二复录入和抄写工作,加速了工艺设计的标准化和规范化,提高了工艺编制的效率和质理。而采用设计结构和工艺结构分离的视图管理方式,不仅有利于工艺结构的调整,更方便进行权限的设定。目前在PLM系统中已完成大部分产品零部件的工艺路线编制,已定版的各种工艺卡片4878份,工艺文件529份,工装图样981张。




 
5 应用效果分析
    京城新能源PLM系统应用已有七年时间,产生了明显的应用效果,而隐性的经济效益和社会效益会随粉PLM系统的深入应用和产品数据的不断积爪逐渐显耳出来。主要体现在以下方面:
 
    (1)实砚了企业基础物料的统一于理,为ERP系统提供可靠的教据派
    通过建立物料编码和物料管理体系,构建企业统一的基础物料救据库,实现了企业物料信息的统一管理和资源共享,为ERP系统提供可靠的数据源。通过对原材料、标准件和外购件的规范化管理,达到从设计源头控制和约束物料的使用。逐步实现标准化、通用化设计,降低采购成本。
 
    (2)通过设计工艺一体化数据模型管理,建立企业统一的产品数据库
    通过构建设计、工艺一体化产品数据模型,保证了产品数据的完整和统一,逐步建立和不断完善企业产品数据库、整合产品数据资源,实现产品数据的统一管理与资源共享。为生产运营提供可靠的数据保障。通过与ERP系统的集成接口。实现按产品、按部套向ERP传递产品物料数据、BOM数据和工艺数据。
 
    (3)通过实施PLM系统,促进了产品数据的标准化和规范化
    通过在产品数据导入和上线应用过程中进行的贯标及规范化的技术管理工作,保证了设计源头数据的统一、正确和规范。同时PLM系统的实施也促进了企业标准化工作的开展,强化了产品开发的标准化、规范化管理。
 
    (4)通过实施PLM系统,推进了企业技术管理工作
    PLM系统的实施应用,对提高企业技术管理水平起到了推动和促进作用。通过对企业原有技术管理规范和管理制度的修订和完善,逐步构建符合现代企业数字化管理的技术管理模式,使企业技术管理工作不断完善、不断拓展和不断提升,加快产品研发进程,为产品设计与创新管理提供了有力的技术保证。
 
    (5)通过实施电子化过程管理,实现并行的 产品开发工作
    通过电子化工作流程的实施,实现了产品开发并行的过程管理。使得原来基于纸介质的信息传递方式转变为电子信息的传递方式,充分发挥电子数据高效并行的特点,促进了业务流程的优化。
 
    (6)构建企业级协同工作平台
    通过构建企业级协同工作和数据共享的环境,在人与人之间、部门与部门之间建立起协同业务工作平台,使得产品数据的流转和信息的沟通更加畅通。利用PLM系统业务流程集中管理的模式,跟踪、控制和管理产品开发的进度,消除了传统管理中部门之间的信息壁垒。大大提高了工作效率。




 
6 结论
    实践证明标准化、规范化、系列化是大型装备制造业产品研发、生产制造的前提和基础。各种数据的交互离不开标准化,实施PLM系统实际上就是实现了企业产品信息的完整性、规范化。达到管理制度的科学化。通过PLM系统实施。提高了零部件的通用性。缩短了设计研发周期。降低设计成本。减少因数据错误或更新不及时而造成的损失,提高了产品研发效率。提升了企业核心竞争力。
 
 

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