PDM在并行工程中的應(yīng)用技術(shù)
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在全球經(jīng)濟(jì)一體化的浪潮下，企業(yè)之間的競爭越來越激烈，如何使企業(yè)在這個沒有硝煙的戰(zhàn)場上立于不敗之地并實(shí)現(xiàn)利潤最大化，想必是各種類型的企業(yè)一直在尋思的問題，對于制造加工型企業(yè)來說也不例外，在諸多的制約因素中，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期首當(dāng)其沖，如何有效縮短此周期將直接關(guān)系到企業(yè)的核心競爭力。因此，一種新的思想——并行工程(Concurrent Engineering，簡稱CE)便孕育而生。
一個好的思想需要借助一個好的平臺才能實(shí)現(xiàn)其最大價(jià)值，猶如一架戰(zhàn)機(jī)需要配備一個好的引擎才能讓它翱翔藍(lán)天。
PDM(Product Data Management)便是并行工程思想的強(qiáng)大引擎，它通過具體的技術(shù)為在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)
產(chǎn)品開發(fā)過程四大要素(活動、人員、數(shù)據(jù)和應(yīng)用工具)的管理提供一個集成框架。PDM以計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品為核心，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)，過程和資源一體化集成管理的技術(shù)。
1 并行工程的關(guān)鍵技術(shù)
并行工程是一種企業(yè)組織、管理和運(yùn)行的先進(jìn)設(shè)計(jì)、制造模式；采用多學(xué)科團(tuán)隊(duì)和并行過程集成化開發(fā)模式，它把傳統(tǒng)的制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)和自動化技術(shù)相結(jié)合，在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段全面考慮產(chǎn)品生命周期中的各種因素，力爭使產(chǎn)品開發(fā)能夠一次獲得成功。從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本。
因此，并行工程關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾個方面：①并行工程下的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。按照并行設(shè)計(jì)過程協(xié)作進(jìn)行產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)，為了保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的一致，應(yīng)盡量采用各專業(yè)共享的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。②并行產(chǎn)品開發(fā)過程建模、仿真與優(yōu)化。③并行工程的集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)。④并行工程協(xié)同工作環(huán)境。
1.1 并行工程下的產(chǎn)品數(shù)據(jù)建模
設(shè)計(jì)工作最終是以信息模型來體現(xiàn)的，所以研究并行設(shè)計(jì)必須考慮設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)模型的表達(dá)和處理方式。在實(shí)施并行設(shè)計(jì)的復(fù)雜過程中，來自產(chǎn)品生命周期各相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員，按照并行設(shè)計(jì)過程協(xié)作進(jìn)行產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)。在計(jì)算機(jī)環(huán)境下，進(jìn)行并行設(shè)計(jì)要求信息模型能夠獲取和表達(dá)產(chǎn)品信息、制造信息和資源信息；能夠方便地獲得有關(guān)產(chǎn)品可制造性、可裝配性、可維護(hù)性、安全性等方面的信息；能夠使小組成員共享信息。要滿足這些要求，必須建立一個能夠表達(dá)和處理有關(guān)產(chǎn)品生命周期各階段所有信息的統(tǒng)一產(chǎn)品模型，如圖1所示：
1.2 并行工程中的產(chǎn)品開發(fā)過程
過程是指一系列活動和活動方法，通常包括一定數(shù)量的步驟或操作。在并行工程中，產(chǎn)品開發(fā)過程是指以產(chǎn)品開發(fā)工作組為執(zhí)行實(shí)體，以產(chǎn)品信息結(jié)構(gòu)為操作對象，以企業(yè)資源為物質(zhì)基礎(chǔ)，以過程間邏輯和時序關(guān)系約束為執(zhí)行紐帶的產(chǎn)品開發(fā)活動。對產(chǎn)品開發(fā)過程進(jìn)行有效的組織和管理是并行工程實(shí)施中的主要問題。
產(chǎn)品開發(fā)活動是一個復(fù)雜的過程，實(shí)施并行化的產(chǎn)品開發(fā)，必須重組產(chǎn)品的開發(fā)過程，即：①研究企業(yè)現(xiàn)有開發(fā)活動的各個環(huán)節(jié)，深入分析并找到影響T、Q、C、S的主要因素：②從并行性出發(fā)，尋求其中可以加以改進(jìn)的地方，如在設(shè)計(jì)階段是否使用了足夠的計(jì)算機(jī)輔助工具(如DFA、DFM等)，是否存在信息交換、反饋的障礙，有無人員或部門方面的問題等等：③從產(chǎn)品開發(fā)的整個過程出發(fā)，確定其中所有可以并行交叉進(jìn)行的活動，進(jìn)行過程的重組、沖突檢查與仲裁及整體優(yōu)化，并盡可能對流程作詳細(xì)的分解，最終形成可在PDM中運(yùn)行的、優(yōu)化的流程。④將優(yōu)化的流程轉(zhuǎn)化為在PDM中可運(yùn)行的工作流程，通過PDM的過程管理功能控制整個并行化產(chǎn)品開發(fā)活動的進(jìn)行。
1.3 集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)
團(tuán)隊(duì)工作方式(team work)是并行工程實(shí)施的重要組織模式。IPT打破了以往職能部門一統(tǒng)天下的組織模式，建立面向產(chǎn)品以項(xiàng)目為主體的矩陣組織模式，從而打破各科室的嚴(yán)格界限，減少中間管理層，使得企業(yè)的組織模式縱向更為扁平，橫向得到精簡。這種模式，橫向按照產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)，將總項(xiàng)目分層劃分為分系統(tǒng)、子系統(tǒng)直至結(jié)構(gòu)件，而每一單元的IPT團(tuán)隊(duì)的組成，則由縱向的各相關(guān)部門的人員組成。在每個IPT中按照項(xiàng)目的管理方法，分成
項(xiàng)目管理組、應(yīng)用工具組、組員三級模式進(jìn)行管理。每個組由組長與多名組員組成，組長負(fù)責(zé)組員的任務(wù)分派與小組任務(wù)的完成。項(xiàng)目管理組由PDM管理組擔(dān)任，每一種工具的使用人員對應(yīng)一個工具組，同一成員可以分屬不同的組。
1.4 并行工程協(xié)同工作環(huán)境
在并行工程產(chǎn)品開發(fā)模式下，產(chǎn)品開發(fā)是由分布在異地的采用異種計(jì)算機(jī)軟件工作的多學(xué)科小組完成的。多學(xué)科小組之間及多學(xué)科小組內(nèi)部各組成人員之間存在著大量相互依賴的關(guān)系，并行工程協(xié)同工作環(huán)境支持IPT的異地協(xié)同工作。協(xié)調(diào)系統(tǒng)用于各類設(shè)計(jì)人員協(xié)調(diào)和修改設(shè)計(jì)，傳遞設(shè)計(jì)信息，以便做出有效的群體決策，解決各小組間的矛盾。因此，并行工程協(xié)同工作環(huán)境就顯得尤為重要。典型的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺框架如圖2所示。
協(xié)同設(shè)計(jì)是指在計(jì)算機(jī)的支持下，各成員圍繞一個設(shè)計(jì)對象，承擔(dān)相應(yīng)部分的設(shè)計(jì)任務(wù)，并行交互地進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，最終得到符合要求的設(shè)計(jì)結(jié)果的設(shè)計(jì)方法。協(xié)同設(shè)計(jì)順應(yīng)了社會化大生產(chǎn)導(dǎo)致的社會分工越來越細(xì)的發(fā)展，適應(yīng)了當(dāng)今信息社會中人們以群體性，交互性，分布性和協(xié)作性工作的特點(diǎn)，縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，提高了工作效率，增加了產(chǎn)品的競爭力。協(xié)同設(shè)計(jì)是一個以知識為基礎(chǔ)的計(jì)算過程，不僅需要不同領(lǐng)域的知識和專家的經(jīng)驗(yàn)，更重要的是要有綜合和協(xié)調(diào)這些經(jīng)驗(yàn)知識的有效機(jī)制和知識，來耦合不同專家的設(shè)計(jì)任務(wù)。
2 PDM對并行工程的支持
基于并行工程的關(guān)鍵技術(shù)，PDM對并行工程的支持體現(xiàn)在以下幾個方面：
2.1 PDM對并行工程集成信息模型的支持
PDM管理貫穿整個產(chǎn)品生命周期和產(chǎn)品開發(fā)過程中的各種活動所需要的全部數(shù)據(jù)，因此所有設(shè)計(jì)活動和設(shè)計(jì)過程都圍繞一個統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型來協(xié)調(diào)進(jìn)行。并且各種活動和過程是分布式并行工作的，它們共同完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、集成工程分析、性能分析、可制造性評價(jià)、成本和功能測試，甚至可以將所設(shè)計(jì)的數(shù)字化產(chǎn)品模型展示給用戶。
2.2 PDM對并行工程中產(chǎn)品開發(fā)過程的支持
借助于PDM系統(tǒng)的工作流程編輯器與流程運(yùn)行管理器，可建立、修改、運(yùn)行與控制并行化的工作流程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)、相關(guān)人員、有關(guān)數(shù)據(jù)與過程的有機(jī)結(jié)合。另外，與串行流程相比，由于并行設(shè)計(jì)流程增加了設(shè)計(jì)中的小循環(huán)，并采用了預(yù)發(fā)布技術(shù)，PDM提供兩種方式進(jìn)行預(yù)發(fā)布控制：①預(yù)先設(shè)置的并行預(yù)發(fā)布在任務(wù)調(diào)度時，基本上確定每個任務(wù)的開始時間。②事件觸發(fā)的動態(tài)預(yù)發(fā)布，通過標(biāo)志性事件觸發(fā)。
2.3 PDM對并行工程協(xié)同工作環(huán)境的支持
PDM提供在線討論、電視會議、電子白板等多種協(xié)同工作環(huán)境，同時協(xié)同CAD系統(tǒng)也在趨于實(shí)用。PDM還提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享、交換和管理服務(wù)、對信息協(xié)作進(jìn)行支持。在PDM中，由一個全局產(chǎn)品信息共享系統(tǒng)維持產(chǎn)品數(shù)據(jù)的全局視圖。它記錄了各種物理數(shù)據(jù)的鏈接和產(chǎn)品全局?jǐn)?shù)據(jù)關(guān)系。可隨協(xié)作企業(yè)本地?cái)?shù)據(jù)操作而改變。這樣，一方面，開發(fā)人員可以方便地對本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行存取和管理。另一方面，也能在需要時通過全局產(chǎn)品信息共享系統(tǒng)與其他企業(yè)透明地交換數(shù)據(jù)，這就同時滿足了不同耦合度的過程協(xié)作的需求。
PDM是構(gòu)建協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境的關(guān)鍵使能技術(shù)。成熟的PDM系統(tǒng)能夠使所有參與創(chuàng)建、交流和維護(hù)設(shè)計(jì)意圖的工作人員在整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)自由共享和交換與產(chǎn)品相關(guān)的所有數(shù)據(jù)。
3 應(yīng)用案例分析
3.1 Teamcenter簡介
Teamcenter是Siemens PLM Software(原UGS公司)PLM solutions業(yè)務(wù)線提供的PDM產(chǎn)品，主要負(fù)責(zé)管理工程部門的應(yīng)用系統(tǒng)及其對應(yīng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，管理整個企業(yè)范圍內(nèi)所涉及的有關(guān)產(chǎn)品信息的全部內(nèi)容。
3.2 項(xiàng)目實(shí)施介紹
筆者單位為了提高并行設(shè)計(jì)水平和多級協(xié)同設(shè)計(jì)能力，以Teamcenter軟件為平臺在產(chǎn)品某些部件上實(shí)施了PDM項(xiàng)目，實(shí)施的主要內(nèi)容包括：①組織結(jié)構(gòu)管理(適應(yīng)IPT團(tuán)隊(duì)要求)；②Nx等三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化管理；③產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)管理；④技術(shù)文檔管理；⑤數(shù)據(jù)電子發(fā)放審批
流程管理；⑥數(shù)據(jù)變更管理；⑦可視化協(xié)同管理；⑧上下游系統(tǒng)集成管理。
在實(shí)施Teamcenter的過程中，筆者單位充分利用Teamcenter成熟而先進(jìn)的體系架構(gòu)和行業(yè)解決方案，結(jié)合自身業(yè)務(wù)的特定需求，不僅快速建立起某型號各種3D模型、二維圖樣、技術(shù)文件以及工程更改等數(shù)據(jù)的管理平臺，更重要建立起了IPT的工作平臺，可以在以下幾個方面提高筆者單位并行協(xié)同設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)水平。
通過這些Teamcenter模塊的實(shí)施驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)上橫跨多個專業(yè)研究室，數(shù)據(jù)上多型號產(chǎn)品的集中管理，充分驗(yàn)證了Teamcenter的并行設(shè)計(jì)的協(xié)同管理能力，同時也為本單位向并行工程建設(shè)的進(jìn)一步邁進(jìn)理清了思路和方向。
4 總結(jié)
綜上所述，并行工程的基本思想是各方面人員共同參與，協(xié)同工作。其核心問題是各設(shè)計(jì)小組之間實(shí)時共享產(chǎn)品信息，所有人員通過統(tǒng)一的集成平臺獲取各類產(chǎn)品數(shù)據(jù)。PDM作為CE的使能器，它有效的支撐并行工程。并行工程要求把產(chǎn)品信息和開發(fā)過程有機(jī)地集成起來，做到把正確的信息、在正確的時間、以正確的方式、傳遞給正確的人。作為支撐環(huán)境PDM系統(tǒng)從三個層次上支持并行工程。首先，PDM是成熟的信息集成平臺。它支持異構(gòu)、分布式的計(jì)算機(jī)環(huán)境，是目前最好的CAD／CAE／CAM集成平臺，以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置為核心，它可以把與產(chǎn)品有關(guān)的所有信息組合在一起，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品相關(guān)信息的統(tǒng)一有效管理。其次，有效地支持過程集成。PDM系統(tǒng)提供了豐富的工作流功能，而且還可以有針對地開發(fā)具有企業(yè)特色的工作過程，它更把各相關(guān)的工作流集成在產(chǎn)品生命周期循環(huán)中，為并行工程過程集成提供強(qiáng)有力的支持。最后，通過PDM增進(jìn)循環(huán)式的實(shí)施過程，使人員、軟件、過程相互不斷的動態(tài)適應(yīng)，把人、技術(shù)、管理三者緊密結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)整體效益最大化。