控制在产品生命周期管理中的作用

本文包括关于数字制造应用程序的在线额外侧栏。

一目了然 PLM的定义 数字制造 设计和自动化协作 PLM和MES相交 栏: 数字化制造:一个定义

那些负责控制工程的人通过与设计工程师合作获得了很多好处，通过产品生命周期管理(PLM)节省了大量资源。不要认为你对这个过程没有贡献。你是否曾经确定了一个产品设计的修改，可以显著地简化生产，然后考虑更好地提出改变，因为没有时间?

因为PLM领域充满了各种各样的解释，让我们从一个定义开始:PLM是一个战略商业方法它应用一组一致的业务解决方案，以支持跨扩展企业的协作创建、管理、传播和使用产品和工厂定义信息——从概念到生命的终结——集成人员、流程、业务系统和信息。PLM创建和管理数字产品或工厂，并为公司及其扩展的企业提供信息支柱。

PLM最初是在20世纪80年代中期开发的产品数据管理(PDM)应用程序中。早期的实现主要围绕工程设计数据。但随着行业在响应客户需求方面的发展，范围已经远远超出了工程部门。

共享信息、流程

作为这种演变的一部分，“产品生命周期”的范围或定义也发生了变化。15年前，“生命周期”侧重于设计工程活动，而工具侧重于CAD数据管理。在80年代后期，这种观点开始扩展到包括整个产品生命周期的工作流程和过程——在不同的设计活动之间共享信息和过程。

如今，随着PLM解决方案触及传统工程和设计部门之外的许多不同业务功能和组织，这种扩展仍在继续。公司希望在业务的每个领域利用产品和工厂定义信息，以提高设计、制造和服务产品和工厂的能力。一个主要的倡议是更紧密地集成设计和制造工程过程。

采用并行工程的方法，引入了产品开发与生产过程同时进行的概念。这些并发活动通常是两个不同但相关的开发线程。概念工程和产品工程主要关注产品或工厂的定义、设计和分析，而制造工程处理用于生产该产品的过程的开发。在许多情况下，制造过程的寿命超过了产品周期，制造工程任务成为使工艺适应新产品的任务之一。

从软件的角度来看，CAD/CAE(计算机辅助设计/工程)工具被用来帮助定义“什么”是要建立和制造过程管理工具被用来帮助定义“如何”是要建立。然后将其自动交付给制造执行系统(MES)以管理实际生产。PLM骨干解决方案提供了这些工具和流程的集成和管理。

数字制造

作为PLM的关键组件，数字化制造软件(参见“数字化制造”侧栏)首先与产品开发应用程序紧密集成，使公司能够在开发周期的早期更有效地优化产品设计和生产过程计划。如今，这些解决方案正在与MES集成，以快速、自动地将流程计划带到制造车间。数字制造概念已经存在了很多年，并且起源于20世纪80年代和90年代的开创性活动，包括精益制造、敏捷制造、即时制造、面向装配的设计、面向制造的设计和并行工程。

如何将PLM和MES集成到统一的企业系统环境中。

通过在PLM和ERP(企业资源规划)之间共享有关产品配置和相关生产过程的关键数据，将数字制造集成到PLM中，为改善工程和制造之间的联系提供了绝佳的机会，从而支持产品知识的传播。此外，作为产品开发早期协同工作的推动者，数字化制造使设计和自动化工程师能够一起工作，快速开发出可以在可用的生产设施内最容易和最经济地制造的设计。这种集成系统还支持更大的制造敏捷性，使公司能够根据不断变化的竞争需求和客户偏好，更灵活地改变业务。

MES基于最新的制造物料清单(BOM)和工艺路线提供实时制造数据收集，提供对制造工厂的可见性和对生产活动的监控。由于MES收集每个车间活动的数据，因此可以对这些数据进行分析，并与包括ERP和PLM在内的各种计划系统共享，以解决问题、规划和协调(参见“集成PLM和MES”图表)。

许多公司现在正在开发和完善数字制造解决方案，包括IBM/达索系统(其DELMIA套件)，Polyplan, Tecnomatix, Visiprise和UGS PLM解决方案(与E-Factory及其与Tecnomatix的关系)。

过程的好处

实施数字化制造解决方案的制造商通常报告说，他们从改进的工艺和生产计划中获益良多。这些好处包括更快的批量生产，减少整体产品引入项目时间，增加生产吞吐量，降低资本成本，提高设施利用率，降低运营成本，提高产品质量，减少持续产品支持。

使用数字制造技术，组织可以大大减少设计更改的数量。通过模拟，设计师和工程师可以在实际生产之前看到产品是如何生产和组装的。通过合作，他们可以探索设计方案并评估对生产效率的影响。由于随着产品进一步进入生产阶段，设计更改的成本会急剧增加，因此这些早期的虚拟更改可以显著避免成本，并显著减少开始生产的时间。

在制造环境中使用零件的数字表示可以节省工具设计费用。这种改进的可视化允许工具设计师和自动化工程师更清楚地了解生产所需的工具。此外，该解决方案支持对产品和工具设计人员进行有效的制造过程和方法培训。

数字化制造的一个固有优势是建立概念验证和验证流程。通过数字化建模和工艺规划，用户可以定义数字化制造操作，作为工艺仿真的基础。通过仿真，用户可以直观地、分析地验证制造操作是否按计划进行。任何潜在的事故或效率低下都可以迅速识别和纠正。

数字化制造在整个运营计划和生产过程中节省了大量时间和成本。

从流程模拟中吸取的经验教训可以合并到一组“最佳实践流程”中，以便在类似情况下后续重用。使用这些经过验证的过程可以确保采用最合适的方法。最佳实践程序提供一致性和改进的产品质量，并可以显著降低涉及过程和操作计划和生产的成本(见“操作和生产效益”图表)。

通过访问共享数据，信息搜索时间可以减少多达80%。产品和流程计划人员可以更早地获得反馈，从而减少了解决问题所需的时间。

数字化制造使控制和自动化工程师能够在更早的时间更充分地参与整个产品定义过程。他们成为设计同行的合作伙伴，并提供有价值的见解和知识，以提高零件、组件和产品的可制造性。他们的知识和专长是公司改进产品和生产方式所需的关键智力资产。

数字化制造应用

数字化制造所包含的应用程序通常包括用于定义、可视化、模拟和分析制造产品所需的分步操作的工具。软件用于开发整个工厂的工作流程，考虑到组成整个生产操作的各个工位的速度、容量和产量。运行模拟来研究和优化如何使用可用资源执行工作，包括工具和设备，如机床、机器人、材料处理系统以及制造人员。对于手工操作，人体工程学软件包用于评估人为因素，如装配的可及性，运动范围，提升和定位零件的难度，以及重复操作。

数字化制造工作的最终输出是工艺计划:生产步骤的详细顺序(以及所需的零件、材料、工具、资源等)，从开始到结束，在车间从一个工作站移动到另一个工作站，制造一个零件或组件。过程计划是ERP系统和MES系统所需要的基本输入。

作者信息

肯·安曼是CIMdata Inc.的研究主管。

数字化制造:一个定义

数字制造是一种主动提供解决方案，支持设计和制造学科之间有效的协同制造过程规划。数字化制造结合了集成的工具套件，利用产品定义和支持可视化、仿真和其他必要的分析来优化产品和制造过程设计，并支持来自不同工程和制造学科的需求。它还支持人体工程学和人为因素分析以及优化制造过程所需的其他工程分析工具。它促进了作为整个产品生命周期的组成部分的产品和过程设计的整体视图，并使产品设计对制造过程约束和能力敏感。数字化制造包括对以下功能领域的软件支持:

将设计数据转化为制造数据;

流程规划;

生产作业和机加工工艺规划;

装配定义和排序;

详细的线路、单元、站和任务设计;

质量测量和报告;

生产文件、车间指导和协作;和

车间活动、设施、资源和能力的模拟和分析。

它通常用于降低风险、提供虚拟工厂参观、建立概念验证、更快地部署机器、在生产前验证流程、减少占地面积和重新设计设备、在瓶颈、碰撞和工人问题发生之前识别它们、提高资源利用率、离线编程机器和单元、消除原型、减少返工或报废。

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