中国电科某研究所数字化工艺系统实施案例

  一、项目背景与目标  

  a) 项目背景 

  中国电科集团某研究所近年来在制造数字化、管理信息化方面先后引入并实施了数字化样机设计工具（UG NX）、数控加工自动编程工具（UGCAM）、电子设计工具（Mentor）、产品数据管理平台（Windchill PDM）、二维工艺设计系统（KMCAPP）、制造执行系统（MES）等工具或信息系统，解决了产品设计、制造和管理的信息化问题，具备了数字化制造硬件环境。但在工艺规划、设计及数据管理等中间环节尚处于传统的以二维工艺设计为主的状态，未能充分利用设计环节的三维数字化样机、电路设计图纸等数据。

  此外，设计与工艺环节之间的数据传递、分享都是分散操作，大大增加了产品从设计转工艺的周期。从建立企业级的数字化制造平台以及立足于未来发展的思路而言，该所工艺部门迫切需要建立一个行业领先的既能满足二维工艺设计又能满足三维工艺设计的数字化工艺设计管理平台。

  b) 存在问题与挑战  

  该所工艺部门在业务流程上，还是采用传统串行的工作方式，在整个产品设计开发过程中，工艺部门主要参与产品技术设计阶段的工艺评审工作，介入度不高，这种串行的工作模式不利于尽早的对产品设计进行全面的工艺性、制造性分析，有可能造成后续生产环节的返工、变更，延长了设计制造周期，增大了成本。主要问题如下：  

  · 协作效率低，产品数据维护难度大 

  数据的冗余传递降低了各业务环节之间的协作效率，由于集成度低，影响设计制造周期。同时在转换过程中也容易出现数据转换错误、信息失真，造成产品信息的不一致，产品数据维护难度大。 

  · 已有数据未有效利用  

  在结构设计已经使用数字化样机设计工具，实现三维设计的同时，工艺设计仍在使用二维数据，从而严重抵消了三维设计所带来的积极作用，阻碍了后续新技术、新工艺的开展和深入。  

  · 缺乏数据统一定义  

  缺乏数据的统一定义可能导致设计、工艺、生产等方面对产品的深刻理解，进而影响最终产品的品质。  

  · 数据无法有效共享 

  工艺数据大量存储在个人计算机上，缺乏有效的分类、存储和共享。工艺数据对于单位来说是企业的智慧财产，急需一个合适的数字化工艺平台将这些数据运用起来，为智慧企业建设发挥更大的作用。

  c) 项目目标 

  该所希望通过项目建设，构建面向产品全生命周期的、设计工艺制造一体化的工艺管理平台，将型号研制过程中的业务部门、业务过程和应用有效地整合在一起，以大幅度缩短型号研制周期、降低研制成本和提高产品质量，为型号研制成功提供有力的保障。项目主要目标如下： 

  1、打通设计工艺协同工作环境，保证产品设计和工艺设计的一致性。支持工艺人员尽早参与到产品设计评审流程中，能查看、利用相关的产品设计数据，减少重复工作；实现对设计、工艺单一数据源管理和流程的统一管理，保证数据相关性和协同工作环境；  

  2、能基于现有PDM系统平台，依据EBOM快速创建PBOM。改变以往通过导入或者手工重新输入信息，在PBOM基础上实现工艺路线编制的模式。实现工艺分工，在此基础上开展各专业工艺设计；  

  3、在所里逐步落实全三维的应用。通过同时满足二维和三维的设计、工艺、仿真工具的引入，在技术上建立全三维管理的基础“硬件环境”；  

  4、实现任务驱动的工艺编制模式。通过结构化工艺数据管理，实现编制过程中数据的权限控制，通过任务驱动模式实现可追溯的工艺设计过程 

  5、建立工艺知识积累和重用机制。支持对典型工艺知识进行归类管理、重复使用，可以在知识库基础上快速创建新工艺。

  二、总体概述 

  a) 系统总体功能框架  

  该所数字化工艺设计管理平台建设借鉴和利用业界最佳实践，将业界各种先进思想和管理理念落到实处，以工艺数据管理、工艺过程管理和统一的标准规范体系为基础，集成相关应用工具和信息系统。数字化工艺设计管理平台功能框架如下图所示：  

  b) 总体业务流程 

  实现设计技术状态与制造技术状态的一体化管理。确保设计更改信息能够自动传播至工艺制造环节，提示其进行相应更改，并在系统中记录整个更改的处理过程，便于以后的追溯。  

  建立企业级的业务流程管理框架。通过系统提供的强大工作流引擎，确保设计、工艺、工装、制造等各业务环节的有效衔接和相互之间的信息顺畅传递，确保制造工艺相关工作流程得到规范化和自动化的执行。  

  工艺相关工序、工步、工艺资源（型架、工装、人员技能等）、材料等的动态结构化管理，并准确维护各类数据之间的关联关系。在各类工艺信息有序管理的基础之上，能够基于国睿信维数字化工艺系统（Glaway MPM）方便生成制造现场所需要的结构化、交互式并包含丰富语义信息的工艺规程，并确保现场工作人员能直接打印带有电子签名的工艺模板，同时提供基于Web环境下查看和操作二维、三维工艺规程数据。  

  构建统一的工艺制造知识库，集中存储制造工程中产生的各类数据。基于三维制造工艺管理系统构建统一的制造工程信息中枢，实现与无纸化终端、MES等系统之间的集成。

  主要业务流程如下图所示

  c) 关键能力 

  本项目基于数字化工艺设计管理平台的关键能力主要集中在以下几个方面：  

  · 实现设计工艺协同  

  充分利用现有PDM系统平台功能，建设设计、工艺一体化协同能力，确保在设计阶段可以充分考虑工艺和可制造性，缩短型号研制周期，提高设计质量，降低生产制造环节产生的变更。  

  · 建立数字化工艺规划管理  

  在充分利用设计阶段产生的设计数据基础上，结合该所工艺规划的实际业务过程，建立符合企业业务管理目标的工艺规划模式，实现数字化的工艺规划过程。

  · 实现网络化工艺任务管理 

  利用该所已建设的网络基础平台，通过信息化手段建立基于一体化平台的网络化工艺任务分派及跟踪管理，实现工艺设计任务的分派、进度查询、任务变更等业务过程的信息化管控，建设工艺设计任务管理的协同工作平台。  

  · 引入结构化工艺设计工具，实现数字化多专业工艺设计 

  对标业界领先企业的工艺设计模式，引入结构化工艺设计工具，建立以BOM为核心面向不同专业（装配、电装、机加、微电装等）的工艺设计与仿真环境。建设既能满足基于二维环境又能支持三维环境的结构化工艺设计工具。

  · 实现无纸化数据发放应用  

  利用工艺设计阶段产生的数字化数据，结合三维可视化信息，充分利用三维数据的表现力，为下游生产制造提供无纸化的工艺数据应用。

  · 建设设计、工艺一体化变更应用能力 

  实现完整的设计、工艺一体化闭环变更管理模式，实现设计变更影响实时传递至工艺环节，通过工艺的有效调整，实现变更业务闭环管理，缩短变更周期，降低变更影响分析的错误率。

  三、实施概述

  a) 管控得力，依据公司实施方法论进行实施  

  自项目正式启动后，得益于公司管理团队的有效管控以及销售、售前团队在前期做的大量工作，为实施团队奠定了良好的基础。实施团队以项目实施路线图和售前规划为雏形进行项目建设，保证了项目实施的方向正确。项目团队严格按照公司项目实施方法论开展项目实施工作，制定合理的项目计划，建立有效的项目管理和沟通机制。项目以“统一构架、分步推广”为指导思想，以工艺数据管理、工艺过程管理和统一的标准规范体系为基础，集成相关应用工具和信息系统，为未来实现数字化设计、数字化加工、数字化装配的协同提供支撑。

  b) 多项目并行实施，多系统集成，有效沟通与协调  

  数字化工艺系统项目与所内其他供应商的技术状态管理项目（PDM）、MBD设计、制造执行系统（MES）项目同时实施。工艺系统作为设计与制造系统的中间环节，需要有效承接上游PDM系统的产品设计数据；作为生产制造的数据源头向MES系统提供BOM结构、工艺文件、更改、物资采购等信息，同时数字化工艺系统还需要与其他多种信息系统及工具软件进行集成。  

  面对多项目、跨系统的复杂实施环境，项目团队通过与客户的密切配合，积极协助客户进行整个产品生命周期的业务数据流向梳理。同时分别组织与PDM、MBD、MES等系统的专题讨论会，经过多次讨论分别形成与各系统集成的技术协议，明确各个系统的业务数据流向关系与实施边界，为今后智能制造、智慧企业建设打下坚实的基础。

  四、业务提升情况介绍  

  在历时一年多的建设过程中，项目组收集并综合国内外军工领域的技术发展趋势，认真分析业务现状和痛点，注重将软件功能的先进性与工程应用的实用性要求相结合，为该所打造了如下关键能力。  

  a) 设计、工艺协同  

  将原有的工艺在设计之后开展工作的串行模式提升为基于设计数据签审过程的工艺会签环节，来提前开展工艺规划及工艺分工，从而提升工艺设计效率。  

  另外，在设计数据归档后，系统自动而非人为下发工艺设计任务，使得工艺设计工作前置，且避免人为错误。  

  b) 构建单一工艺数据源  

  通过统一的PDM和工艺平台的构建，实现统一的工艺数据源管理；通过建立统一的工艺资源库设备、刀具、材料等资源来实现与MES系统资源库集成；通过建立流程从而实现工装申请到工装资源自动入库的系统机制。  

  c) 以PBOM为核心管理工艺数据  

  提供三维可视模式下的EBOM到PBOM的转化，PBOM结构支持调整、支持自定义中间件、组合件等；基于PBOM结构定义工艺编辑班组、质量会签、关键特性等；基于PBOM结构进行工艺文件管理、PBOM报表统计。 

  d) 基于MBD模型的工艺设计  

  在工艺设计过程中，工艺师可以方便的浏览三维轻量化设计模型；通过工具集成实现方便的提取MBD模型中的PMI信息；在装配工艺设计过程中，可以基于模型进行参装件分配、参装件图号名称提取；工艺内容支持三维模型、装配动画等内容。  

  e) 设计工艺更改一体化变更  

  在设计更改的会签环节，同步开展PBOM同步变更；系统以显性标识显示设计变更信息，设计变更必须要在PBOM进行落实；设计更改归档后，自动下发工艺更改任务；工艺更改归档后，自动将设计变更请求关闭，实现设计更改的闭环控制。  

  f) 现场无纸化应用  

  支持查看三维模型、二维图纸、二维工艺文件、交互式三维工艺；与MES系统集成，可以通过MES系统的生产作业计划直接启动；操作界面简洁，支撑三维模型的缩放、旋转、高亮等操作。  

  g) 下游系统支持  

  更细化的工艺数据可以有效支持下游MES系统的业务应用；支持工序物料、材料定额等数据下发；支持NC程序管理及扩展，包括数控程序、刀具等支持工时参数编辑管理。

  五、总结 

  数字化工艺设计管理平台作为该所信息化重点建设平台，引入业界领先的工艺研发业务管理流程、先进的工艺设计方法，集成行业领先的工艺设计、仿真工具，建成无纸化生产车间应用能力，建设企业级的资源管理以及知识积累管理等管理制度，并最终将全过程无缝融合到同一平台上。  

  该平台打破了该所从工艺研发、设计及数据管理环节依靠以传统二维工艺设计为主的局面。另外，集中了设计与工艺环节之间的数据传递及分享，形成了完整的集成工具和接口，降低工艺设计人员获取数据输入源的难度，从而缩短了产品从设计转工艺的周期，提高了该所的管理水平和业务能力。