PDM在并行工程中的运用实例

PDM在并行工程中的运用实例

如今支持并行工程的较为适用的集成框架产品为PDM体系。应用PDM技术,起首,可以完成狭义产品数据的散布式操持,为用户的查询与共享提供了极大的方便;其次,可以在谋略机环境中

并行工程简介
        并行工程技术的生长
        临时以来,产品开拓不停相沿传统的串行设计要领,遵行“需求阐发-见地设计-细致设计-工艺设计-加工制造-售后服务”的基本流程。尽管在大批量消费模式中,这一要领曾经起过紧张的作用,但是,随着产业社会向信息社会与后产业社会的生长,市场竞争日趋猛烈,新产品开拓危害越来越大,串行设计要领就表露了越来越多的缺陷。
 
        据统计,产品设计的早期阶段(如见地设计,方案验证等)对产品总本钱的影响起决议性作用,此中产品总本钱的70%~80%已在该阶段确定,而该阶段消耗的付出用度仅占产品开拓总付出用度的7%左右。因此,如何加大产品设计的早期投人。提高产品早期设计的质量成为越来越存眷的中心,也被越来越多的毕竟证明是高涨产品全生命周期本钱的紧张而有效的途径和要领。
 
        但是,在串行设计中,由于职能局部之间缺乏充足的信息交流,起首是设计局部对市场需求及客户要求相识不敷,其次是在设计中不克不及片面地思量卑劣的可制造性、可装置性、质量包管、环境危害等多种要素,致使所制造的产品有大约存在很多不可预料的缺陷,这就一定要求对设计举行频繁修正,构成了加工制造到见地设计的设计修正大循环,乃至大约在差异阶段或差异关键里屡次重复这一进程,形成设计窜改址大、产品开拓周期长、本钱高,无法餍足猛烈的市场竞争的必要。
 
        而并行设计这以产品设计(尤其是产品设计的早期阶段)为中心,并面向每个产品生命周期的设计要领,正是在为赢得市场竞争这一背景下应运而生的。这种把产品设计与制造进程和市场需求一同思量的要领以当代信息技术为底子,经过构成多学科产品开拓步队,改造产品开拓流程,应用种种DFx(面向某一范围的设计)东西等身手.使产品开拓的早期阶段能赶早思量卑劣的种种要素,淘汰返工,抵达收缩产品开拓周期、提高产品格量、高涨产品本钱的目的,从而在环球市场竞争中失掉告成。
 
2.并行工程的外延
        并行工程的见地.按1986年美国国防阐发研讨地点其“R-338研讨报告”中提出的,其定义如下:
       “并行工程是对产品及其相关进程(包括制造和支持进程)举行并行、一体化设计的一种体系化事故模式。这种事故模式力图使开拓者们从一末尾就思量到产品全生命周期(从见地设计到产品报废)中的全部要素,包括质童、本钱、进度和用户需求。”
 
       依据上述定义及比年来人们对并行工程的实际与体会.可归结出并行工程有以下特点:
       (1)并行工程是一种面向产品生命周期的设计,尤其存眷设计早期阶段。并行设计将新产品的开拓与消费捆绑在一同,两项义务不再是次第举行、区分思量。而是在产品设计时就要思量消费制造的要求。这种做法通常称为面向产品生命周期的设计,即设计新产品时不但思量主顾需求,也要思量消费和分销商的要求,乃至要思量采取后的废品处置惩罚和重用标题。另一方面,由于产品的旱期设计对产品的质量和本钱起决议性作用,并行工程对其赐与格外的存眷,这种存眷不但表如今设计要领上,同时落实到详细身手和谋略机支持东西上。
 
       (2)从串行进程到并行进程
       如图6-5(a)所示,传统的产品开拓进程可以归结为五个基本关键:见地设计、细致设计、工艺设计、加工制造、售后服务。各个关键的活动是依次举行的一个阶段的事故完成后,下一阶段的事故才末尾。由于设计局部处于相对独立的位置,附属于设计局部的设计职员只对自身地点的设计局部和自身设计的产品仔细,与其他局部缺乏充足的信息交流与意见反应,也不容易担当有损设计局部优点的意见,很难使产品设计一次告成完成,招致修正频繁,延伸产品开拓周期,提高开拓本钱,质量得不到包管等。
 
       而并行设计则起首突破职员对局部的附属干系,以产品为中心结构由多个职能局部的多学科职员构成的集成产品开拓团队协同事故,变化传统的串行事故模式。如图6-5(b)所示。产品设计的差异阶段其偶然间的堆叠性,即前一阶段还未完成,后一阶段曾经末尾上作,同时前后阶段做到及时信息反应与意见交流。从图6-5的串并行模式的比拟可以看出,由于差异设计阶段完成并行性,不但可以提高产品格量,同时可以节流设计时间,并大大高涨开拓本钱。
 

串并行产品开拓流程比拟 
图6-5 串并行产品开拓流程比拟

 
       (3)从信息集成走向进程集成
       信息集成是并行工程的底子,也是谋略机集成制造体系的中心肠点,这种信息集成因此操持设计、制造与操持中种种白动化信息孤岛的集成为目的,这一集成必要操持底层数据库的相互访问以及差异运用软件之间的接口。
 
       仅有信息集成还不克不及餍足并行工程的必要,还必要效果集成与进程集成的支持。所谓效果集成,是指在集成框架的支持下,完成运用体系的“即插即用”和运用效果的互操纵。而进程集成则夸张在信息集成与效果集成的底子上,以进程为中心,看重知识、协作和人的有效参与,从已往单纯的信息集成向人-操持-技术并行的集成,终极完成产品开拓全生命周期的进程操持与控制。
 
        3.支持并行工程的集成框架——PDM
       并行工程的中心内容包括四个方面:第一是产品开拓进程重组.把传统的串行产品开拓进程变化成集成的、并行的产品开拓进程;第二是产品开拓步队重构,行将传统的局部制或专业组变成以产品为中心的多效果集成产品开拓团队;第三是数字化产品定义和CAx/DFx东西的运用:第四是协同事故环境,用于支持集成产品开拓团队协同事故的网络与多媒体通讯环境等。集成框架是完成上述四方面集成的紧张支持环境,是支持并行工程快速实行的紧张包管。
 
        如今支持并行工程的较为适用的集成框架产品为PDM体系。应用PDM技术,起首,可以完成狭义产品数据的散布式操持,为用户的查询与共享提供了极大的方便;其次,可以在谋略机环境中结构集成产品开拓团队,规则其义务和权限;再次,可以或许方便地完成对运用东西的封装,并能进一步完成接口集成与细麋集成。末了。可以提供进程的操持与监控,为并行工程中的协同事故与进程集成提供需要的支持。图6-6说明白PDM作为集成框架的作用。

PDM作为并行工程中的集成框架 
图6-6  PDM作为并行工程中的集成框架
 

某大型产业集团实行并行工程的背景阐发
        1.产品设计与制造的近况与特点
        (1)设计近况与特点
        ①多学科的体系设计,自行设计为主。
        ②多方案阐发评价。
        ③布局庞大,零件种类多。
        ④阐发、优化参与设计。
        ⑤体系装置难度大。
        ⑥产品数量大,操持事故难。
        ⑦实际谋略与实行模型相连合。
        ⑧精度要求高、互换性好、可靠性强,且便于维护。
   
        (2)产品特点
        ①产品布局革新多,布局庞大,要餍足的效果要求多。
        ②零件种类多,精度要求高。
        ③产品具有创新性,技术新,难度大,且触及的专业范围广,包括电子、微波、布局、热学、制造加工工艺等方面的技术。
        ④产品应具有高可靠性、寂静性及质量。
 
        (3)布局件制造工艺近况与特点
        ①投入配置与工装种类多,消费预备周期长。
        ②数控加工与老例加工及手事故业并存,相互接洽谐和制造要求格外突出。
        ③专业多,分工巧,零件制造工艺蹊径长,加工工序多,同时采取较多的新工艺,特种工艺。
        ④较多采取高精度数控加工配置.但同时也采取伟大机床和公用工装举行加工。由于工序多,装夹找正次数多,不但费时费力,并且加工精度难以包管,超差率高,关键工序的加工合格率不到70%。
        ⑤采取单向开环的传统要领举行工艺进程设计和控制。
        ⑥采取多种加工工艺要领完成产品制造。
 
        (4)消费近况与特点
        ①新产品研制批次多,技术攻关项目多,范例多,周期短,义务重,要求采取的技术新,有较强的应变身手。
        ②一个新产品从立项研制到定型必要颠末样子边幅、初样、试样和正样四个阶段,颠末多个差异形状的测试,消费结构出现交织,研制与小批量消费并行的场所局面。
        ③现有资源处于单机运转形状,工序疏散,在线工装数量多。
        ④新产品对加工进程及质量操持有严厉的要求。
        ⑤布局件种类多,加工工艺呈多样化。
 
        2.产品设计、制造的瓶颈标题阐发
        经观察与阐发,其存在的瓶颈标题重要有如下几点:
        ①采取串行产品开拓进程,信息活动是单向的,设计、制造进程中缺乏需要与及时的信息反应。各关键共同不敷精细,产品开拓进程有关职员冉冉参与,尤其是工艺、制造职员参与较晚,没有赶早地片面思量产品的可装置性和可制造性、制造进程中质量控制等标题,形成产品开拓的前期才发明设计标题,致使返工较为频繁。
 
        ②产品数据操持(如版本操持、工程变化的操持等)完全处于手工操持的形状,未能有效地结构起来,致使产品数据的查询、转达和修正均要经过开拓职员之间的相互交流而完成,费时费力,遵从低下。由于人不对,通常难以包管设计及制造数据的准确性、同等性和寂静性,因此在实践设计和制造进程中会招致一些不该出现的标题。
 
        ③产品开拓职员采取传统操持方法按专业设置课题组举行操持,没有完全按并行工程的团队(teamwork)事故设置准绳及多学科(专业)构成产品开拓步队,形成产品前期阶段谐和会多、返工多、本钱高、产品开拓周期长。
 
        ④固然设计和制造局部均创立了各自的谋略机运用体系,但各体系之间缺乏需要的通讯身手,使得局部软件按“孤岛”方法事故,信息相同依旧存在很大停滞,缺少有效的集本钱领。
 
集成产品开拓团队的结构
        针对两类庞大布局件,依据其参与设计、制造的职员干系,组建了集成产品开拓团队,成员包括设计、工艺、制造、市场、财务、客户服务、协作单位等,这是一种动态的结构情势,其结构布局图如图6-7所示。此中每一个空心圆都代表集成产品开拓团队里的一个角色,表现必要指定职员从事某种详细事故。一个角色可以由多团体私家员包袱一团体私家员也可以包袱多个角色,详细的陈设必要依据实践环境而定。开拓职员来自原有的各职能局部,同时还必要担当团队领导的操持。

职员的结构布局矩阵图 
图6-7 职员的结构布局矩阵图

 
支持环境的创立
        以PDM体系作为并行工程的集成框架,为并行化产品设计与进程操持提供了需要的跨平台的软件支持环境。基于PDM体系的并行工程体系布局如图6-8所示。这一体系布局以PDM体系为中心,共分六层,即异构谋略机与操纵体系层、网络与通讯协议层、数据库层、PDM集成框架层、运用体系层、群组事故层。

 并行工程的支持环境
图6-8并行工程的支持环境

 
        (1)异构谋略机与操纵体系层包括SUN/Solaris,DEC/OSF,SGI/IRIX,PC/Windows等硬件平台与相应的操纵体系,由它们支持运用、开拓与网络通讯。
 
        (2)网络与通讯协议层经过广域网使参与单位举行种种信息的互换,如图像、声响、图形、文本、报表等。在各个单位的研讨、开拓与测试、运用环境中,应用局域网(Ethernet, TCP/IP协议)。
 
        (3)数据库层应用干系数据库(()racle7.2 )作为数据存储的媒体,一方面作为框架的底层支持库,另一方面用于支持某些运用体系的局域信息集成。
 
        (4) PDM集成框架层选用美国SDRC公司的Metaphase 2.2支持运用体系的运用集成、信息集成、集成产品开拓团队及产品开拓活动的集成。
 
        (5)群组事故集成框架层为集成产品开拓团队提供一种通讯身手,采取IBM公司的Lotus Notes,用于创立非及时的协作环境,SUN公司的SHOWME用于创立及时的多媒体集会体系。
 
        以上五层构成并行工程的支持环境子体系,下面为三个运用分体系:
        ①理与质量分体系:旨在革新并行工程运用企业的传统开拓模式,将客户需求转换成工程设计中的可控质量目的,并经过项目谐和板操持产品开拓活动。
 
        
工程设计分体系:是整个并行工程的中心,它包袱着集成化与并行化产品设计与工艺设计的义务,重要包括CAD、面向装置的设汁(design for assembly,DFA)和面向制造的设计(design for manufacturing,DFM),谋略机协助工程(computer aided engineering,CAE)和加工进程仿真(manufac turing process simulation,MPS),另有谋略机协助工艺设计(computer aided Process planning CAPP)、谋略机协助装夹设计(computer aided fixture design. CAFD)和谋略机协助制造(computer aided manufacturing, CAM)。
 
        ③制造分体系:重要触及原型制造,包括消费计划与调理、资源建模与操持、单件消费等,并将制造分体系的形状信息反应给工程设计分体系。
 
散布式协同事故环境的定义与配置
        并行工程不仪要组建集成产品开拓团队,更紧张是对团队成员举行有效操持。基于PDM的散布式环境要做到这一点,既要对团队成员的角色有明白的分工和权限阐发,同时要求在PDM中定义用户、用户组和角色,配置团体私家事故环境与数据共享环境,确定命据操纵权限,以便包管在散布式共享环境中协作成员能及时、准确、有效地失掉他想要的数据。
 
        依据上节中新产品开拓的团队的职员结构布局图,将相关职员分红一九个组.每个组可以有多名成员.每个成员也可以属于差异的组,每个组对应一个角色,并对应一个数据存储的事故途径,即在电子堆栈中的存储位置,如表6-6所示。
 

表6-6 职员分组、角色与存储事故途径比拟表
 职员分组、角色与存储事故途径比拟表

        终极完成的并行化产品开拓环境配置实比如图6-9所示。

各组包袱的角色及数据在PDM中的寄存位置和共享方法 
图6-9 各组包袱的角色及数据在PDM中的寄存位置和共享方法

 
        图6-9中带箭头的线表现数据的转换干系及相应操纵权限,检入、检出、拷贝、移动、移交全部权、提交、解冻等。差异的用户或用户组对同一个电子堆栈中的数据,操纵权限相差很大,完全依据必要来定义。
 
        从图6-9可以看出,九个组相关职员孕育发生的数据分三个层次举行操持,即私有数据、组内共享数据、全局共享数据,区分对应团体私家事故区、局域电子堆栈及全局共享电子堆栈,数据的形状分事景况态、预公布形状与公布形状等。团体私家事故区中的信息为团体私家全部,局域电子堆栈中的数据为同组共享,差异组之间不克不及共享。
 
        电子堆栈间的共享环境或存取权限如表6-7所示,本构成员对数据的操纵权限最高,但是在同一组中,也可以再举行细分,组长的权限最高,其他成员次之。其他构成员对局域电子堆栈中的数据具有查询权益。要共享数据,一样寻常经过与之相关的全局共享电子堆栈,而共享电子堆栈之间的数据过渡由并行工程仔细组去完成。
 

表6-7 电子堆栈共享权限表
电子堆栈共享权限表

产品布局操持
        在Metaphase中,产品布局经过Part(零部件父类),Assembly(部件类)和Component(零件类)三类东西及其之间的干系表现,此中Assembly和Component均是Part的子类。但这三个产品布局类直接提提供用户的属性只包括零部件称号、ID号、消费/外购选项、版本号等,而在实行并行工程时,必要形貌和结构产品设计与制造的全进程信息,因此为餍足设计、装置与制造的要求,必需增长更多的零部件属性,即对产品布局构件类的属性举行扩展。
 
        详细的完成要领是经过Metaphase提供的运用开拓接口,修正原有三个产品布局类的信息模型,增长所必要定制的属性并修正相关的用户界面。图6-10即为依据实践项目要求定制后的部件属性对话框,此中Item Spec, Lead Time, Lead Time Unit和Draw Number等均为新增长的属性。
 
        在完成产品布局类信息模型的扩展后即可依据产品设计文件创立产品布局树,如图6-11所示。然后应用分类文档的效果,区分为每个零部件天生所必要的分类文档。在此底子上,创立零部件、分类文档和零部件的种种设计数据之间的接洽,如图6-12所示。经过多么结构产品数据,使得用户可以方便直观地找到自身所必要的数据并对其举行权限允许范围内的操纵。

扩展后的部件城性 
图6-10 扩展后的部件城性

 
并行工程中的运用东西集成
        1.各东西孕育发生的数据阐发
        在并行工程项目中,与设计相关的运用东西重要有产品设计组应用的CAD东西,模装组应用的DFA东西,工程阐发组应用的CAE东西,铸造组应用的ZCAE东西,制造工艺组应用的DFM/CAPP东西,装夹组应用的CAFD东西,加工组应用的CAM东西,加工仿真组应用的MPS东西等。这些事故组及其东西均从其他组输入数据,颠末事故后天生输入数据供其他东西应用,其详细的输入和输入数据流如表6-8、表6-9、表6-10所示(篇幅所限,仅列出CAD, DFA, CAPP三个东西的数据):

表6-8  CAD输入输入数据表
 AD输入输入数据表
表6-9 DFA输入输入数据表
 DFA输入输入数据表
表6-10  CAPP输入输入数据表
CAPP输入输入数据表

 展开的产品布局树
图6-11 展开的产品布局树
产品布局与文档操持 
图6-12 产品布局与文档操持

 
        2.运用东西集成的完成进程
        在Metaphase中运用东西集成的完成进程如图6-13所示。
        起重要做的事故是定义运用东西及其相关的数据文件的类信息模型。图6-14(a)是必要集成的运用东西的类信息模型,此中Tool类是Metaphase原有类体系布局中的一个笼统类,而其他类则定义了所必要集成的运用东西,它们都是Tool的实例化子类。图6-14(b)表现的则是在集成CAD东西Pro/E时所必要定义的数据文件信息模型,此中NoEdTxt类也是Metaphase原有类体系布局中的一个笼统类,ProEFile则是为了方便对Pro/E所孕育发生的数据文件举行操持而新定义的一个笼统类,其他类则区分对应于必要操持的几种Pro/E数据文件,如.asm文件、. prt文件、. drw文件等,它们都是ProEFile的实例化子类。

运用集成的完成进程 
图6-13 运用集成的完成进程
 运用东西集成的信息模型
图6-14 运用东西集成的信息模型


 
        在完成对运用东西及其数据文件的信息模型定义后,还必要对运用东西的举动举行建模。图6-15是一个采取场景图对启动Pro/E东西这一进程举行形貌的实例。它标明了从用户选择启动Pro/E菜单后在Metaphase内所定义的各个东西之间的音讯转达及对应的处置惩罚要领。
 
        完成对全部的运用东西及其相应数据文件建模后,可应用Metaphase提供的MODeL东西建模言语将它们表现出来(信息模型和举动模型区分在*. met和*. mth文件中定义,菜单界面也在*. met文件中定义),然后经过Metaphase提供的MODeL言语编译器对其举行编译,孕育发生全局东西字典及运用要领服务器,此时运用东西集成事故便告完成。

启动运用工其的场景图 
图6-15 启动运用工其的场景图

 
并行化产品开拓进程的操持与控制
        产品设计与制造进程的改造
        为操持6.2.2节中所述的瓶颈标题.采取并行工程头脑,起重要做的事故便是阐发原有的产品开拓流程。针对庞大布局件,其传统产品开拓进程如图6-16所示。存在的标题已在前面章节有所先容,重要是应用串行设计方法,缺乏早期发明标题的要领与身手,设计错误屡屡在设计前期,乃至在制造阶段才被发明。
 
        针对原有设计、制造流程,依据并行工程的头脑和要领,提出面向并行工程的设计、制造流程,如图6-17所示。从图6-17中可以看出,原有产品开拓的大循环被剖析为多少个小循环,在方案设计阶段增长了QFD, DFA东西,使得从用户需求到方案确实定都有更好的包管,同时增长了到工艺设计的产品信息预公布。在细致设计阶段增长厂DFA,DFM,ZCAE,CAE等东西。在工艺设计阶段增长了LAPP, CAFD, MPS等东西,使得相关学科的产品与工艺设计职员赶早参与设计,赶早发明设计错误。

 庞大布局件串行开拓进程
图6-16 庞大布局件串行开拓进程
并行化产品开拓流程 
图6-17 并行化产品开拓流程

 
        2.事故流程操持与控制
        前面给出的产品开拓进程改造结果还不具有可操纵性,必需连合差异产品东西(包括零件、部件等)的差异特点,并在进一步细化的底子上,围绕选定的设计东西,分层定义其事故流程,包括产等级并行化设计进程事故流程、布局件设计进程事故流程、零件设计进程事故流程以及数据审批/发放事故流程等。图6-18给出了一个部件级设计进程事故流程的实例。

 部件级并行设计进程事故流程
图6-18 部件级并行设计进程事故流程

 
        在实践实行该流程时,要是马虎各个活动在时间上的并行而单纯从产品信息冉冉美满的角度思量,则又可以将该流程表现为图6-19。此中每个活动都指派产品开拓团队成员及其所完成的义务。有关活动的详细构成要素信息见表6-11。

实践实行的活动 
图6-19 实践实行的活动

 

表6-11 活动的构成要素
活动的构成要素
活动的构成要素
活动的构成要素 

    在Metaphase中,实行一个事故流程的实比如图6-20所示。

设计进程运转实例
图6-20 设计进程运转实例

 
        图6-20所示的欣赏窗口中颜色较深的绿色节点表现曾经完成的义务,淡黄色的节点表现正在实行的义务。团队的操持职员可以随时经过如上所示的欣赏窗口观察流程的实行形状。要是团队操持职员发明有的义务高出了规则的时间,或是义务虚行职员报告由于一些事前未预推测的缘故原因招致无法定时完成义务,则他可以采取相应步伐,如将该义务重新指派给其他团队成员,或增长资源,或调集相关职员举行协商操持。
 

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