PLM在離散製造業的實施管理應用研究

離散製造業在我國工業領域長期佔據重要位置，但是傳統的離散型製造企業在創新能力、生產效率和 效益、生產模式、資訊化建設、研發能力等方面仍有待提高，這些因素制約著智慧製造模式在我國工業中的 快速發展。 產品資料管理平臺PDM技術已在很多製造行業中得到廣泛應用。

由 於離散製造行業產品品種多、批次小，在離散製造行業中產品資料管理 PDM 的功能依然以管理設計圖紙模型資料為主。 隨著智慧製造的提出和相關技術的不斷髮展，傳統PDM已無法滿足離散製造行業的發展。 作為PDM的擴充套件，產品生命週期管PLM已成為企業發展的必經之路。

離散製造行業基於訂單進行設計，設計週期長，出錯率高，同時模擬複雜，設計與產品使用脫節，產品交付後往往難以追蹤。 透過PLM平臺的建設，可以實現設計、工藝模擬、製造一體化，使得產品設計週期和設計質量得到大幅提升，產品升級改進周 期大大縮短。

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產品全生命週期管理平臺的架構

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現代產品生命週期管理平臺中的內容相當豐富，為智慧製造提供了許多資訊化工具，其主要功能如圖1所示。

工廠層： 透過對工廠整體工藝規劃、生產裝置布 局、生產過程進行模擬，確保產品生產過程順利進行。 離散製造由於生產節拍不一致，各生產工位之間、生產工位與物流系統之間都需要協同，因此在建廠或者工藝改造時， 應充分考慮各種因素，避免工廠工藝節拍失調和投資浪費。  

產品設計層：在產品設計時利用三維引數化設計工具、設計成本控制、產品效能模擬等手段，在縮短設計週期的同時保證設計質量，並從設計端控制設計成本，實現目標成本管理功能。  

工藝設計層：工藝包含結構化三維工藝、三維加工模擬、三維裝配模擬等內容。 透過結構化的三維工藝， 將工藝資料傳遞給下游MES系統，指導各工位按工藝要求進行相應工序內容。 透過三維加工模擬與三維裝配模擬，確保產品工藝設計的合理性和準確性。  

製造層： 將製造所需資料透過WEB、3D-PDF等形式進行分發展示，使得車間生產員工更直觀地看到產品和工藝內容，將工藝人員編寫的加工程式傳送給現場數控裝置，並將現場數控裝置的最終程式儲存至PLM系統。  

售後層：透過現場採集的資料對產品進行不斷改進，透過售後資料的整理分析，實現產品售後追蹤，解決產品存在的問題，進行更新換代。  

平臺層：透過專案管理、資源庫管理、知識庫管理、BOM管理、協同管理以及整合介面等，實現平臺與設 計分析工具軟體以及各系統的互聯互通，並對平臺內的資料進行歸檔分析，保證資料傳遞的正確性和及時性。 與此同時，實現企業內部設計到製造、企業外部上下游企業對模型的重用和同一平臺協同，達到提質增效和知識積累的目的。  

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數字孿生模型的發展與應用

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隨著PLM技術的不斷髮展，西門子公司提出了數字孿生模型的概念。數字孿生模型不是一種全新的技術，它具有現有的虛擬製造、數字樣機等技術的特徵，並以這些技術為基礎發展而來，如圖2所示。

虛擬製造技術以虛擬現實和模擬技術為基礎，對產品的設計、生產過程統一建模，在計算機上實現產品從設計、加工和裝配、檢驗、使用及回收整個生命週期的模擬和模擬，從而無需進行樣品製造，在產品的設計階段就可以模擬出產品及其效能和製造流程，以此來最佳化產品的設計質量和製造流程，最佳化生產管理和資源規劃，達到產品開發週期和成本的最小化、產品設計質量的最最佳化和生產效率最高化，從而形成企業的市場競爭優勢。

將數字孿生模型應用於離散製造業，建立基於模型的企業（Model Based Enterprise，MBE )，是滿足離散製造多品種、小批次的製造新模式。 MBE在整個企 業以及上下游的供應商之間建立一個整合的工作環境，各業務環節均在全三維產品定義的基礎上開展工作，有效地縮短了整個產品的研製週期，提高了產品質量和生產效率。

在MBE技術實施過程中，在產品設計、生產、管理各環節所使用的資料全部在三維模型上體現，使產品工廠資料的結構特徵增強，數字化程度不斷提高。 MBE建立在全三維產品定義上的整合和協同環境，並能在整個產品生命週期內共享，保證從概念設計到產品實現的快速性、準確性和經濟可承受性。

MBE使下游使用者在三維模型基礎上增加3D產品定義資料，以保證模型重用的準確性。 模型中包含產品需要的所有資訊，可以被非設計人員查閱或自動提取資訊，取代傳統的圖紙文件。 企業將其在產品生命週期所需要的資料、資訊和知識進行整理，結合資訊系統，建立便於系統繼承和應用的產品模型和過程模型，透過模型進行多學科、跨部門、跨企業的產品協同設計、製造和管理，透過模型支援技術創新、大批次定製和綠色製造。 基於模型，整個企業實現精細管理、敏捷製造和知識共享。  

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產品全生命週期管理平臺與其他系統的整合 

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產品全生命週期管理平臺與其他主要業務系統的整合內容如圖3所示。

PLM與客戶關係管理（Customer Relationship Management，CRM)系統的整合： 客戶可實時瞭解專案的設計進度，根據技術協議中的節點時間審查專案重要資料，並對評審結果進行記錄； 專案交付時，可以透過系統直接將專案交付資料進行傳送。

PLM與企業資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP)系統的整合： ERP系統將訂單資訊中與設計相關的關鍵資訊傳送給PLM平臺生成設計專案，PLM平臺將設計結果中的工藝路線和產品BOM傳送至ERP系統進行MRPII運算，保證專案按計劃 節點順利進行。  

PLM與供應商關係管理（Supplier Relationship Management，SRM) 系統的整合： 可以讓供應商在 PLM平臺中進行協同設計，對供應商的設計進度與設計內容進行審查和考核，同時對供應商的交付資料進 行統一管理，保證供貨質量。

PLM與製造執行系統（Manufacturing Execution System，MES)的整合：將基於模型的工藝指導書下發到車間各工位，內容可以是PDF、網頁、影片，充分展示工藝內容； PLM中CAM編寫的NC程式可以透過MES傳遞到數控裝置，並將數控裝置修改過的NC程式傳回PLM進行備份留檔； 同時，生產過程中遇到的問題可以透過PLM反饋到設計人員，幫助產品改進。

PLM與售後平臺系統的整合：售後平臺將產品執行記錄的分析結果、故障資訊分析結果以及產品的實時執行關鍵資料記錄透過PLM平臺傳遞給產品研發和設計人員，促使產品研發的不斷進步。  

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結論 

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隨著智慧製造的高速發展，越來越多的資訊化系統加入到智慧製造的框架當中。 資料的準確性成為制約各資訊化系統順暢執行的關鍵因素。 產品全生命週期管理平臺作為產品資料的源頭和唯一資料來源，其重要性不言而喻。 透過不斷加強產品全生命週期管理平臺的功能和資料範圍，並對細節功能和系統整合不斷完善，才能為智慧製造的長遠發展提供資料保障，為企業知識積累提供資料平臺。

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