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PLM在航空發動機制造企業的實施研究

2015-10-12 09:35 [PDM/PLM] 來源于:互聯網
導讀:本文以黎明公司為例,從設計/制造協同、工藝管理、工作流程、標準化和集成等方面分析了航空發動機制造企業實施PLM的對策。

航空發動機的設計和制造是一項非常復雜的工程,涉及大量的信息系統。將PLM技術引入到航空發動機的生產,對于改進現有工藝和流程并全面提高制造水平具有重要意義。本文以黎明公司為例,從設計/制造協同、工藝管理、工作流程、標準化和集成等方面分析了航空發動機制造企業實施PLM的對策。

    CAD/CAM等新技術的應用在促進生產力發展的同時也帶來了新的挑戰。對于計算機應用比較普遍的航空發動機企業而言,雖然各單元的計算機輔助技術已經日益成熟,但一般都自成體系,彼此之間缺少有效的信息共享和利用,即形成所謂的"信息孤島"。產品數據管理(product data management,PDM)就是在這一背景下應運而生的一項新的管理思想和技術。PDM是一門用來管理所有與產品相關信息(包括零件信息、配置文檔、CAD文件、結構、權限信息等)和所有與產品相關過程(包括過程定義和管理)的技術。在PDM的基礎上,近年來發展出一套新的技術--產品全生命周期管理(product lifecycle management,PLM),PLM是對產品從用戶需求、產品設計、制造裝配、維護服務到報廢回收等整個生命周期所涉及的產品、過程、資源進行管理的技術,如果說PDM集中在產品設計階段,而PLM則大大擴展了PDM的范圍。

一、航空發動機企業的信息化現狀

    航空發動機的設計和制造是一項非常復雜的工程,它由多團隊、多領域、多廠所共同參與。涉及大量的信息系統,并且需要在嚴格的流程管理控制下實現這些信息系統之間的交互和協作,以支持并行的、協同的發動機設計和制造。

    航空發動機產品零件結構復雜,零部件數量龐大,加工精度高,設計制造周期長,涉及的工藝方法繁多,生產線長,而且零件設計的標準化程度低,專用件達90%以上。

    在信息化建設方面,航空發動機制造企業的顯著特點表現在如下方面:

    (1)軟件環境不統一,多種平臺共存。國內的很多航空發動機企業在其信息化的進程中,引進和研發了各種CAD/CAPP/CAM/ERP軟件系統,以黎明公司為例,僅CAD系統就有UG、AutoCAD、CAXA等多種軟件的多套版本存在。

    (2)設計和制造分離。國內的航空發動機企業設計和制造自成體系,分別使用不同的數據庫,使得數據源很難保證唯一。

    (3)數據量龐大。航空發動機企業在幾十年的發展過程中,產生了大量的數據,而且隨著新型號的不斷增加,以及計算機的大量使用,數據量還會呈幾何級數增加。

    (4)標準化、通用化程度低。仍以黎明公司為例,僅各種工藝表格就有200多種,給工藝人員的工作帶來很多不便。

二、航空發動機制造企業實施PLM的意義和重要性

    航空發動機制造企業實施PLM的意義和重要性主要體現在如下方面:

    (1)改善管理手段。實施PLM可以將分布于各個部門的紙介質圖樣和技術文檔轉化為數字化信息。

    (2)提高產品制造質量,最大限度消除人為因素的影響。采用統一的PLM管理模式,將工藝信息、制造資源與產品設計數據建立在同一個數據庫中,可以由系統來保證數據的一致性和正確性。

    (3)優化流程,降低成本。產品數據的網上接收和發放,可以省去大量取圖、發圖和登記造冊的時間,大大減少檔案管理人員的工作。

    (4)提高工作效率和勞動生產率。采用協同設計/制造技術,可以提高產品數據發放/接收和更改的效率;采用數字化制造信息管理和企業各部門之間的協同作業技術,可以改進工藝設計方式和資源的再利用方式,提高員工勞動生產率。

    (5)縮短生產制造周期。采用并行工作的工作方式比起串行工作方式要節省數倍時間,而且網上電子審簽以及在系統中進行加工仿真都會大大節約時間。

    因此,將PLM技術引入航空發動機的研制和生產過程中,對于改進現有技術和管理流程,進而全面提升航空發動機的整體制造水平具有重要的意義。本文將以黎明公司為例來研究PLM的實施策略。

三、航空發動機制造企業實施PLM的策略

    信息時代的航空發動機制造企業將是一個全面集成的數字化企業,它不僅要為用戶提供滿足其當前需要的產品,而且要實現對產品全生命周期(從用戶需求、產品設計、制造裝配、維護服務到報廢回收)的管理和服務?,F代航空發動機企業實施PLM是一種必然的選擇。PLM的實施決不是一蹴而就的,必須制定有效的策略,分階段有計劃的實行。在現階段,實施從需求分析到報廢的全生命管理,還非常困難。能夠實現設計過程、工藝過程、制造裝配過程的PLM,就是一個飛躍。

1.加強企業標準化建設

    標準化是信息化的基礎,國內的航空發動機企業標準化程度極低,專用件達90%以上(一個好的產品設計,標準件、通用件應在80%以上,專用件應低于20%)非常不利于制造過程效率的提高,在這種不利的條件下,加強標準化,應著力做好如下幾方面的工作:

    (1)建立一套統一的編碼體系,應該在整個企業的所有應用領域采用統一的分類編碼方法。

    (2)建立數字化設計/制造標準體系,根據企業實際情況,編制有關數字化流程的標準,用以指導工作和規范過程,用標準化來帶動信息化。

    (3)建立各種基礎數據庫,如各種標準件庫、工藝術語庫、工藝裝備庫、切削機床庫、工藝參數庫等,以實現資源的共享和重復利用。

    (4)實施模板化管理,按照企業標準建立標準模板,同時對現有的模板進行優化以達到減少模板數量的目的,提高通用化程度。

2.將PLM作為企業全局信息的集成框架

    所謂"集成框架",即在異構、分布式計算機環境中能使企業內各類應用實現信息集成、功能集成和過程集成的軟件系統。重點要實現下列兩個方面的集成:

    (1)PLM與CAD/CAPP/CAM的集成

    目前,企業的各個部門,使用不同的軟件系統進行不同階段的工作任務,CAD/CAPP/CAM的信息流需要在不同的軟件系統之間傳遞,利用PLM系統可以很好地解決這個問題。把與產品有關的信息統一管理起來,將信息按不同的用途分門別類地進行管理。CAD、CAPP、CAM之間無須直接交換信息,CAD/CAPP/CAM系統各自從PLM系統中提取所需要的信息,再把結果放回PLM系統中,從而真正實現CAD/CAPP/CAM的集成。

    (2)PLM與ERP的集成

    PLM不僅向ERP傳遞所需的產品信息,而且ERP中生成的與產品有關的生產、維修等信息,也統一由PLM系統來管理。通過集成二方面的信息,可以最大限度地共享企業全部信息系統。

    PLM系統和ERP系統在功能、信息表示和技術實現等方面有很大的不同,然而隨著企業對產品信息集成和過程集成的進一步要求,PLM和ERP系統都擴展了一部分對方系統的功能。PLM和ERP系統功能的各自擴展,使許多模塊功能疊加,如BOM、零件分類、零部件信息描述、組織管理、工作流管理等。

    PLM和ERP系統在信息和功能上有許多重疊,PLM和ERP的集成成為實現企業信息化的必然。兩個系統在技術實現上有許多相似之處,但兩者畢竟是面向不同應用領域而開發的系統,它們在處理管理信息的類型和數據交換的格式上存在顯著差別。

    目前PLM與ERP系統集成存在的一些主要問題主要包括:

    1)在集成的兩個系統之間沒有一個統一完備的信息描述,難以做到信息的完全共享。目前很多系統之間的集成僅僅只是通過數據文件來實現系統集成,只能共享有限的信息。

    2)難以實現兩個系統之間的過程集成。在串行工作環境中,信息流動是單向的,設計、制造過程中的信息不需要交流和反饋,而并行工程要求產品開發設計人員從一開始就考慮產品整個生命周期中的所有因素,包括質量、成本、進度計劃和用戶,PLM和ERP的分別實施使設計和制造過程缺乏必要與及時的信息反饋。

    3)系統集成之間信息的控制問題,即由誰來產生數據以及控制共同擁有的信息。

    4)組織障礙,使用PLM和ERP系統的部門之間,較難接受對方的思想,人為因素阻礙了系統之間集成,這也是一個不容忽視的方面。

    PLM和ERP系統的集成一般可以采用以下幾種方案。

    1)PLM為主,ERP為從。

    2)PLM和ERP系統之間的信息雙向傳遞。

    3)ERP為主,PDM為從。

    第二種模式比較適合航空發動機制造企業。BOM的產生、產品配置管理和文檔管理由PLM實現,ERP系統增加生產管理信息和成本核算等,并將這些信息發布到PLM系統完成產品信息的更新。雙向傳遞的集成方式使設計人員和制造人員都工作在自己熟悉的信息平臺上。

3.建立產品設計/制造協同平臺

    從產品設計到工藝規劃到產品制造是一個密切相關的過程,我國航空發動機行業的特點是設計和制造由不同的部門來完成,而且各自有一套不同的管理方式和數據環境,為了保障過程的順暢,實現全生命周期管理,建立產品設計/制造協同平臺是完全必要和必需的。

    建立設計/制造協同平臺時,需要設計部門和制造部門共同協商確定產品數據內容和數據表示方式、協商確定各種工作流程;建立異地協同作業環境和操作規范及數據同步機制,同時需要明確數據傳輸格式和數據組織模型。圖1是一種可行的數據組織模型。

4.建立制造工藝管理平臺

    制造工藝管理平臺緊緊圍繞著產品(products)、生產工藝流程(processes)、車間(plants)和制造資源(resources)四個方面進行信息處理自動化。制造工藝管理平臺系統可以確保產品數據從設計定義到最終投放生產順暢運行。建立制造工藝管理平臺,需著力做好如下工作:

    (1)制造資源管理

    制造資源管理(manufacturing resource manager,MRM)是一個擴展的數據庫功能,MRM可以管理各種不同類型的資源,例如,刀具、設備、夾具、典型工藝、工藝參數等,以供不同需要的調用。企業可以將所有制造過程中可以重用的資源分類及關鍵屬性錄入,建立統一的資源庫,在需要查詢調用資源時,可以按照多重屬性進行限制,以提高精確度。這樣,在編制加工工藝時,工藝人員可以及時、精確地在資源庫中查找各項活動所需要的資源;在進行生產管理時,生產計劃和管理人員可以方便地統計和核算產品制造所消耗和占用資源的成本、時間。

    MRM可以通過對資源的有效管理達到減少投資成本的目的;統一的資源庫可以減少在多數據庫中搜索資源造成的信息浪費,提高工作效率,推動企業標準化進程。

    (2)優化工藝過程,創建典型工藝

    創建典型工藝,應用典型工藝設計模板,將會極大地提高工藝設計的工作效率、提高企業的工藝文件標準化程度。發動機制造企業的工藝過程,相比其他行業有其特殊性,比較復雜,新的工藝人員必須花很長時間才能熟悉工作。如果能夠將典型的、通用的工藝過程,做成工藝模板,在編制工藝時,就可由典型工藝模板派生出新的加工工藝,不失為一種可行的辦法。

    需要注意的是,典型工藝放入資源庫時應使用客戶化的分類方式使用多關鍵參數查找功能,以便能夠快速確定和引用最貼近的參考模板,很容易地從一個模板工藝生成新零件工藝文件。

5.采用電子審簽流程

    電子審批流程是用基于電子化的審批發放來取代過去手工的簽字過程和技術通知,對各種對象(如文檔、圖紙、零件版本)提請審批,系統會根據預先的設定自動發送消息給指定的用戶,對于像工藝性審查這種在多部門共同完成的工作可以同時分頭進行,以實現并行的目的。采用電子審簽,改變過去人工跑來跑去的方式,可以節約人力和時間;采用并行的工作方式,省去串行的等待時間,可以大大提高效率。

    黎明公司現有的技術工作管理流程是在傳統的制造模式和手工管理方式下,經歷了幾十年逐漸發展起來的。有相當一部分并不適應信息化的要求,有必要對現有工作流程進行簡化和優化,并創建流程模板放到PLM系統中以實現電子化審批流程。

6.提高工裝設計質量和效率

    提高工裝設計的效率和質量的可以從兩個方面來實現:

    (1)工裝的關鍵特征與產品零部件具有相關性和一致性,利用wave幾何連接的方式進行工裝設計,一方面可以顯著提高工裝的設計速度和質量,另一方面也可以使得工裝與零件保持一致性,在零件尺寸更改時,迅速生成新的工裝3d模型。

    (2)其二,同類零件的同類工裝的結構具有相似性,而且經過多年的驗證和積累,其結構已經定型或標準化。因此可以把工裝按對應的零件種類和工裝種類進行分類,建立參數化的典型結構模板,放入MRM資源庫,在工裝設計時直接調用。

7.適度的客戶化開發

    由于各個企業的具體情況不同,PLM軟件需要使用者在供應商的支持下或多或少地進行一些客戶化的工作,使得客戶化后的系統既保持面向數字化制造的體系結構的優勢,又能滿足工藝的使用需求,同時兼顧用戶的使用習慣和應用基礎。但同時也要意識到:客戶化程度越高,后續的升級維護成本就越高。因此,客戶化開發工作一定要保持一個合適的"度",不能不做,也不能做得太"過"。

四、結束語

    PDM技術在GE、RR、PW等世界著名的航空發動機制造企業有一些成功的實施經驗,在國內的飛機制造企業也有一定的效果。而PLM作為在此基礎上發展起來的一項新技術即便在國際上,也鮮有成功的經驗可以借鑒。黎明公司作為在國內首家實施PLM的航空發動機生產制造企業,需要企業的各個部門通力合作,采取切實可行的方案,將黎明公司乃至航空發動機行業的信息化水平提高到一個新的高度?!?/span>

 
 

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