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基于模塊化的PLM系統(tǒng)設(shè)計研究

Jul 21 2023 14:51

導(dǎo)讀:本文研究針對運用Teamcenter數(shù)據(jù)管理平臺進行PLM系統(tǒng)完善,構(gòu)建基于Teamcenter模塊化的PLM三維模型的設(shè)計研發(fā)管理平臺。通過基于模塊化PLM系統(tǒng)的建設(shè),從各工業(yè)系統(tǒng)集成、產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品研發(fā)、工藝、仿真分析平臺搭建、BOM管理新方法等方面進行PLM系統(tǒng)設(shè)計研究,通過項目管理、流程管理和系統(tǒng)集成,對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理,提高效率。


0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算以及物聯(lián)網(wǎng)(IoT)等技術(shù)的蓬勃發(fā)展,制造業(yè)在最近幾年發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變,產(chǎn)品研發(fā)型企業(yè)更是站在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪尖上。PLM,是一種管理策略,可以在一個產(chǎn)品全生命周期里統(tǒng)籌所有信息資源,可以保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性、正確性、一致性,可以解決企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)過程的過度變更、追溯性差等問題,可以實現(xiàn)研發(fā)部門、工程技術(shù)部門、公司各業(yè)務(wù)相關(guān)部門,甚至企業(yè)間對產(chǎn)品數(shù)據(jù)的協(xié)同應(yīng)用,真正做到了“刪繁化簡”。


隨著公司產(chǎn)品、業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,競爭不斷加劇,產(chǎn)品的交付周期愈來愈短,公司也面臨許多外在的考驗、挑戰(zhàn)。PLM系統(tǒng)可以實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、制造等過程中緊密協(xié)作;實現(xiàn)以BOM為核心的工藝信息化管理,在工藝設(shè)計過程中運用仿真和動畫達到預(yù)期效果。PLM系統(tǒng)就是打造一個管理產(chǎn)品生命周期中各類數(shù)據(jù)、過程和應(yīng)用的協(xié)同管理平臺,以提升公司生產(chǎn)效率和競爭力。


1 基于Teamcenter的PLM系統(tǒng)設(shè)計

建立與ERP、BPM、MES、MOM等系統(tǒng)和CAD軟件高度集成的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),實現(xiàn)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)全生命周期的管理。通過PLM系統(tǒng)實現(xiàn)對產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)的管控、產(chǎn)品設(shè)計與工藝設(shè)計的協(xié)同、產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)傳遞到CAPP中、產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)傳遞到ERP中;通過PLM系統(tǒng),建立三維數(shù)字模型的應(yīng)用環(huán)境,將產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)管理、技術(shù)狀態(tài)控制、研制過程管理進行集成。


PLM系統(tǒng)工程設(shè)計采用西門子的Teamcenter系統(tǒng),進行產(chǎn)品數(shù)據(jù)、設(shè)計模板的規(guī)范化定義實現(xiàn)三維模型的全壽命周期的管理。Teamcenter中所有設(shè)計數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)保證了單一數(shù)據(jù)源,直接使用產(chǎn)品設(shè)計的數(shù)據(jù)進行工藝設(shè)計,實現(xiàn)與產(chǎn)品設(shè)計和制造資源關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。針對產(chǎn)品設(shè)計、工藝業(yè)務(wù)需求提出PLM系統(tǒng)建設(shè)方案,通過對產(chǎn)品、資源和工廠的數(shù)據(jù)集成管理,實現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計到制造的全過程信息支持。PLM系統(tǒng)總體設(shè)計方案如下圖所示。

圖1 PLM系統(tǒng)總體設(shè)計方案

2 PLM系統(tǒng)建設(shè)


2.1 基于MBD的設(shè)計


(1)三維建模、三維標注。三維模型是實現(xiàn)全三維快速設(shè)計和制造的基礎(chǔ)和源頭,高質(zhì)量的三維模型能保證后續(xù)工序的正確性,提高產(chǎn)品的質(zhì)量。采用NX CAD三維設(shè)計軟件實現(xiàn)全參數(shù)化建模,并利用三維標注模塊根據(jù)MBD規(guī)范標準在產(chǎn)品的三維模型上完成各類產(chǎn)品信息(尺寸標注、文字注釋、幾何形位公差等)的定義。


(2)三維模型質(zhì)量檢查。三維模型的模型數(shù)據(jù)以及PMI數(shù)據(jù)的合規(guī)性和可制造性,是三維設(shè)計的關(guān)鍵。檢查的內(nèi)容主要包括建模合規(guī)性、裝配合規(guī)性、幾何對象合規(guī)性、文件結(jié)構(gòu)合規(guī)性。


(3)建立常用資源庫。在產(chǎn)品的研發(fā)過程中,有大量的工作資源是大家都要重復(fù)利用的,三維數(shù)字化開發(fā)平臺必須為大家提供這些資源,以提高工作的協(xié)調(diào)性、數(shù)據(jù)的可交換性和標準化程度,從而提高三維數(shù)字化開發(fā)平臺的可用度和可推廣性,資源庫內(nèi)容主要包括二維制圖符號庫、用戶自定義特征庫、標準件庫。


(4)建立應(yīng)用標準規(guī)范。合理的標準規(guī)范能引導(dǎo)和管理基于MBD的三維設(shè)計,設(shè)計的一致性和規(guī)范性能夠促進基于MBD的三維設(shè)計的快速推廣和普及,實現(xiàn)設(shè)計的國標化、規(guī)范化、流程化、自動化,方便快捷地完成各流程的設(shè)計與定義。


2.2 知識庫的創(chuàng)建


采用Teamcenter設(shè)計管理軟件建立知識庫,該知識庫的創(chuàng)建是基于大量產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗,總結(jié)各個專業(yè)的知識和經(jīng)驗,在系統(tǒng)中通過分類庫、工藝資源庫等形式固化下來,并提供給相關(guān)人員參考和借鑒,減少重復(fù)錯誤,提高設(shè)計能力和設(shè)計質(zhì)量,縮短研發(fā)周期。


知識庫需能儲存多種形式的知識,包括電子表格、手冊、公式、數(shù)據(jù)庫,以及經(jīng)驗規(guī)則、專用程序等。獲得的知識既可以是型號數(shù)據(jù),也可以是共性資源數(shù)據(jù)。型號數(shù)據(jù)包括型號的技術(shù)要求、三維模型、工程圖紙、技術(shù)文檔、仿真數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、工裝數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)、檢驗數(shù)據(jù)、試驗數(shù)據(jù)和維護數(shù)據(jù)等;共性資源數(shù)據(jù)主要包括技術(shù)參數(shù)庫、特征零部件庫、典型圖樣庫、標準件庫、外購件庫、工藝模板、典型工藝、材料庫、工裝庫、設(shè)備庫、質(zhì)量規(guī)范、可靠性實驗庫、性能實驗庫、故障庫,以及科技文獻、科技成果、戰(zhàn)略情報等等。


2.3 設(shè)計仿真分析與管理


采用西門子的Teamcenter和NX CAE模塊搭建設(shè)計仿真分析和管理平臺。實現(xiàn)如下功能:


(1)設(shè)計和仿真統(tǒng)一平臺,提高仿真效率,提升設(shè)計質(zhì)量。NX CAE仿真模塊實現(xiàn)與CAD的高度集成,設(shè)計模型的信息全部帶入分析中設(shè)計模型修改與更新,分析模型可以自動捕捉到設(shè)計的變化,可控的自動更新分析模型?;赥C和NX CAE仿真分析模塊搭建集成的仿真分析數(shù)據(jù)管理平臺,實現(xiàn)仿真分析數(shù)據(jù)在TC中進行管理。


(2)廣泛的數(shù)據(jù)開放性。支持許多種格式的CAD幾何模型,直接編輯和理想化功能都可以用于所有這些格式的幾何模型。支持的幾何模型格式包括:NX、CATIA V4和v5、PRO/E、SolidWorks、SolidEDGE,支持通用格式幾何文件,比如Parasolid、STEP、STEP、IGES等數(shù)據(jù)格式。


(3)快速、高效、智能化建模能力。前后處理除了能快速的獲取幾何,在模型簡化和網(wǎng)格生成方面也有她非常獨特的技術(shù),包括幾何體提取、抽取中面、自動區(qū)域網(wǎng)格劃分技術(shù)、相似網(wǎng)格、焊縫/筋提取等。


(4)多學(xué)科多場所協(xié)同分析平臺?;诖罱ǖ姆抡嫫脚_環(huán)境,能夠提供多學(xué)科仿真的廣泛分析能力,無論在執(zhí)行結(jié)構(gòu)分析、熱分析、流體分析、運動分析,還是許多其他類型的分析,都是統(tǒng)一的用戶界面,并采用相同的文件結(jié)構(gòu)和管理模式。


(5)通過仿真管理系統(tǒng),實現(xiàn)產(chǎn)品研制過程中各個階段、總體到分系統(tǒng)的仿真項目、各種仿真分析工具、仿真數(shù)據(jù)、仿真工具之間的接口、仿真數(shù)據(jù)查詢等各個方面進行協(xié)同,最終建立一套規(guī)范的虛擬樣機開發(fā)環(huán)境來解決目前各種仿真工具、仿真數(shù)據(jù)零散,仿真項目和過程不受控制,總體與分系統(tǒng)的仿真數(shù)據(jù)難以復(fù)用等問題,從而真正實現(xiàn)設(shè)計、工藝、仿真一體化。


2.4 產(chǎn)品設(shè)計管理


通過Teamcenter設(shè)計管理軟件實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計管理要求,主要包括以下方面的內(nèi)容:


(1)實現(xiàn)圖文檔管理建立圖文檔分類與查詢功能,根據(jù)產(chǎn)品類型、文檔編號等屬性直接找到文檔,而且還可對這些條件組合查詢,查詢條件可以保存?zhèn)溆?。建立文檔模板,讓用戶在創(chuàng)建文檔時可以自動調(diào)用相應(yīng)的模板。實現(xiàn)文檔版本管理、文檔可視化及文檔齊套性檢查。


(2)實現(xiàn)與CAD軟件集成。Teamcenter可以同CAD軟件高度集成科研通過專門的API(應(yīng)用編程接口)用來創(chuàng)建零件對象、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和將三維CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成輕量化的JT格式實現(xiàn)Teamcenter與AUTOCAD集成、三維CAD集成、NX三維建模軟件集成。


(3)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)化管理。在Teamcenter中,通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理為設(shè)計和生產(chǎn)等業(yè)務(wù)的需要創(chuàng)建和操縱BOM表,并以可視化的方式提供產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)零部件關(guān)聯(lián)查詢、配套管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比較、BOM可視化展示等功能。


(4)工作流程管理。工作流管理是整個系統(tǒng)的重要組成部分,通過電子化的方式使任務(wù)分配、接收、文檔審核與發(fā)放快速進行,大幅度加快集團化工作流程的進度以及提高工作效率。


(5)變更管理。要想管理好整個變更過程,對于復(fù)雜的情況必須能夠做到使變更管理跨越整個產(chǎn)品的生命周期,為了達到這樣一個目標,基于CMII標準的變更管理規(guī)范應(yīng)運而生。Teamcenter能夠支持基于CMII的變更管理,也就是說變更管理可貫穿整個產(chǎn)品生命周期。


(6)物料清單管理。物料清單(BOM)管理是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理的補充,也是實現(xiàn)設(shè)計、工藝、制造協(xié)同的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。


2.5 超級BOM搭建


超級BOM的管理是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理的補充,超級BOM的搭建包括兩個方面的內(nèi)容,即變量配置和BOM多視圖管理。


3 結(jié)論


通過智能制造項目中PLM系統(tǒng)建設(shè),形成了以Teamcenter為中心的產(chǎn)品全生命周期管理平臺。Teamcenter不僅僅被制造業(yè)使用,還在各種設(shè)計、生產(chǎn)行業(yè)廣泛運用,Teamcenter將PLM系統(tǒng)進行模塊化組合,使他能夠切實地滿足各類客戶的各種需求。利用Teamcenter系統(tǒng)本身強大的功能和特定的接口集成,實現(xiàn)設(shè)計軟件(CAD)、設(shè)計仿真軟件(CAE)、工藝仿真軟件(Tecnomatix)、BPM編碼管理系統(tǒng)、通訊軟件(RTX)和Teamcenter系統(tǒng)的集成,增強各部門間的協(xié)同研發(fā)能力,全面提升設(shè)計研發(fā)效率,加強數(shù)據(jù)管理;通過ERP-SAP系統(tǒng)、MOM和Teamcenter系統(tǒng)的無縫集成,提升產(chǎn)品生產(chǎn)準備效率,縮短產(chǎn)品交貨周期。通過模塊化PLM系統(tǒng)的實施應(yīng)用,開展三維工藝設(shè)計與管理系統(tǒng)建設(shè)打通了設(shè)計工藝仿真制造一體化道路,讓設(shè)計數(shù)據(jù)與制造數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r連接起來,確保數(shù)字化制造過程進行有效的信息共享與交互,提升了科研管理的效率,提升了公司核心競爭力,促進公司可持續(xù)、綠色發(fā)展。