協(xié)同設(shè)計在制造企業(yè)的運用
時間:2022-01-04 11:12:53
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摘要:隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的分散式串行研發(fā)模式已不能滿足目前新形勢下企業(yè)快速發(fā)展的要求。分析了企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)階段的現(xiàn)狀與需求,研究了協(xié)同設(shè)計的概念及其發(fā)展的合理性,最后對企業(yè)協(xié)同設(shè)計提出了目標和建議。
關(guān)鍵詞:產(chǎn)品研制;制造企業(yè);協(xié)同;MBD
在某些制造企業(yè),尤其是科研院所,長期以來一直采用產(chǎn)研分離的產(chǎn)品科研生產(chǎn)體制,主要體現(xiàn)在設(shè)計所負責產(chǎn)品的設(shè)計需求、設(shè)計開發(fā)和試制、設(shè)計定型、工藝設(shè)計等工作,而生產(chǎn)廠則根據(jù)設(shè)計提供的圖紙、工藝路線及相關(guān)工藝文件進行產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。設(shè)計提供的通常都是二維圖紙和紙質(zhì)技術(shù)資料,工藝文件編制和生產(chǎn)過程中的二維圖形和三維數(shù)據(jù)模型都要重新繪制,使得工藝準備周期較長,這樣的串行工作模式也使得設(shè)計更改頻繁,設(shè)計效率低下,設(shè)計、工藝和制造部門間的溝通成本大,研發(fā)制造成本高。目前結(jié)合數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展方向,傳統(tǒng)的以數(shù)字量為主、模擬量為輔的協(xié)調(diào)工作法開始被全數(shù)字量傳遞的協(xié)調(diào)工作法代替,實現(xiàn)設(shè)計、工藝、制造的一體化協(xié)同管理模式,使產(chǎn)品研發(fā)的信息充分共享,縮短產(chǎn)品研制周期,降低生產(chǎn)成本,提升企業(yè)的競爭力。
1需求背景
傳統(tǒng)的產(chǎn)品研制通常是采用按順序作業(yè)的工程方法,企業(yè)的設(shè)計、工藝、檢驗、制造都是相互獨立的活動,前一個階段的工作完成后,后一階段的工作才能開始,組織和管理也都是圍繞這個思路展開,在設(shè)計階段,設(shè)計人員無法考慮制造工藝方面的問題,造成設(shè)計與工藝制造環(huán)節(jié)的脫節(jié),設(shè)計方面的錯誤往往要在設(shè)計后期甚至是在制造階段才發(fā)現(xiàn),只能返工重新設(shè)計生產(chǎn),造成人力、物力、財務的浪費,同時產(chǎn)品質(zhì)量也無法保證。由此可見,企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)至關(guān)重要,好的產(chǎn)品設(shè)計,不僅體現(xiàn)在優(yōu)越的功能和性能,更要便于制造,降低成本。傳統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計過程面臨如下諸多問題。1)設(shè)計流程管理問題。設(shè)計、工藝、制造的串行流程使產(chǎn)品研發(fā)周期長、進度難以掌控,成本增加,由于缺乏產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理應用,因此資源共享性較差。2)三維數(shù)模應用問題。由于企業(yè)車間采用二維圖紙指導生產(chǎn),而設(shè)計部門的三維設(shè)計應用越來越廣泛,設(shè)計部門需要將三維數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為二維圖形,由于產(chǎn)品的復雜性,很多零部件需要多張2D圖紙才能表示完整的信息,工藝員和操作工需要花很多時間來理解圖紙,設(shè)計版本控制和更改的及時性得不到保證,這為后續(xù)的應用帶來不便。3)設(shè)計工具分散獨立。不同設(shè)計問題的設(shè)計過程中用到的軟件工具是分散獨立的,系統(tǒng)設(shè)計軟件之間存在不兼容問題,在一定程度上影響了三維數(shù)據(jù)模型在生產(chǎn)制造過程中的應用。產(chǎn)生上述問題的原因錯綜復雜,但根本原因之一是在設(shè)計時缺乏從整個產(chǎn)品生命周期考慮各環(huán)節(jié)的活動,考慮生產(chǎn)、交付周期、成本等要求,同時缺乏知識的積累與重用。因此,要求在設(shè)計階段盡早考慮產(chǎn)品生命周期內(nèi)所有的影響因素,工藝、檢驗、材料、質(zhì)量、制造、維修等。隨著目前新形勢下企業(yè)的快速發(fā)展,現(xiàn)有的研發(fā)模式難以滿足產(chǎn)品研制過程中的跨部門、跨單位協(xié)作的需求,必須對企業(yè)現(xiàn)有研發(fā)模式進行優(yōu)化和創(chuàng)新才能適應外部激烈的競爭環(huán)境。對標國外先進水平,歐美國家產(chǎn)品的研發(fā)以產(chǎn)品研發(fā)中心、協(xié)同工程環(huán)境和并行設(shè)計環(huán)境等為主要支撐,并行協(xié)同的研發(fā)模式是研發(fā)的主要發(fā)展趨勢。數(shù)字化協(xié)同研發(fā)技術(shù)是一種全新的研發(fā)模式,其核心是多專業(yè)的數(shù)字樣機,強調(diào)強耦合的快速設(shè)計和集成化的研發(fā)[1]。在國內(nèi),大型制造企業(yè)的數(shù)字化技術(shù)也發(fā)展迅速,基于三維模型定義(ModelBasedDefinition,簡稱MBD)的數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)已經(jīng)成為新的發(fā)展趨勢,三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)得到廣泛應用。基于MBD技術(shù)的產(chǎn)品定義標準和規(guī)范是實現(xiàn)全三維設(shè)計技術(shù)在設(shè)計工藝制造各個環(huán)節(jié)落地的基礎(chǔ),也是協(xié)同設(shè)計的前提,其廣泛應用并行工程設(shè)計理念和方法,實現(xiàn)全生命周期數(shù)據(jù)管理,提高研發(fā)設(shè)計制造一體化,從而提高研制效率、縮短研制周期,減少研制成本。
2協(xié)同設(shè)計內(nèi)涵
協(xié)同設(shè)計是以數(shù)字化設(shè)計制造為基礎(chǔ),設(shè)計、工藝和制造協(xié)同工作的生產(chǎn)模式。由計算機提供強大的建模和仿真環(huán)境,使產(chǎn)品的零部件從設(shè)計到工藝到生產(chǎn)及裝配過程各環(huán)節(jié)的內(nèi)容都在計算機上仿真實現(xiàn),使產(chǎn)品研發(fā)的信息貫穿各個環(huán)節(jié)充分共享。協(xié)同設(shè)計研發(fā)模式是基于MBD的全三維數(shù)字化研發(fā)模式,用一個集成的三維實體模型來完整地表達產(chǎn)品定義信息,基于三維模型定義標準規(guī)范必須涵蓋設(shè)計的各類零部件,將設(shè)計信息(如三維尺寸標注)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息、各種制造信息(如加工要求方法)共同定義到產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型中,將模塊化設(shè)計理念應用到產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計中,采用數(shù)字化手段,利用三維產(chǎn)品模型、工裝模型和三維工藝數(shù)據(jù)完全替代二維圖紙和紙質(zhì)工藝指令,成為生產(chǎn)現(xiàn)場指導工人工作的技術(shù)依據(jù)。協(xié)同設(shè)計包含數(shù)據(jù)協(xié)同和流程協(xié)同[2]。1)數(shù)據(jù)協(xié)同。數(shù)據(jù)協(xié)同既包括設(shè)計向工藝傳遞設(shè)計BOM、設(shè)計圖紙及文檔,工藝轉(zhuǎn)換為工藝BOM后,輸出工藝BOM、工藝路線、工時定額、材料定額等,將這些信息快速傳遞給制造環(huán)節(jié),在制造環(huán)節(jié)加以生產(chǎn)所需的屬性后快速地進行采購和生產(chǎn)。同時,業(yè)務環(huán)節(jié)的物料屬性例如成本、庫存等共享給設(shè)計,設(shè)計人員在任何設(shè)計環(huán)節(jié)都能查詢到材料和零部件的成本、庫存信息,以提供設(shè)計成本核算或報價時使用。在各業(yè)務環(huán)節(jié),特別是制造執(zhí)行環(huán)節(jié)能方便地查詢到設(shè)計文檔和設(shè)計信息,以提供生產(chǎn)作業(yè)指導,避免出錯。2)流程協(xié)同。流程協(xié)同包含銷售根據(jù)客戶對產(chǎn)品的需求和個性化描述,快速從市場營銷環(huán)節(jié)傳遞到研制設(shè)計環(huán)節(jié),設(shè)計環(huán)節(jié)完成產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計后迅速傳遞到生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)及檢驗環(huán)節(jié),生產(chǎn)部門根據(jù)確認的產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)組織加工生產(chǎn)產(chǎn)品,在訂單交期范圍內(nèi)將產(chǎn)品按質(zhì)按量地交付給客戶,最后進行相關(guān)倉庫、賬款、成本核算等業(yè)務處理。其次,流程協(xié)同體現(xiàn)在設(shè)計變更時各環(huán)節(jié)的快速決策和執(zhí)行,發(fā)生設(shè)計變更需求時,首先在要進行變更分析,此時就要與業(yè)務協(xié)同,分析變更的影響度,對客戶或?qū)Ξa(chǎn)品。其次設(shè)計變更帶來的設(shè)計BOM、工藝BOM、設(shè)計及工藝的變更不但要把變更的物料、PBOM、工藝信息傳遞給制造,還要把對庫存的處理、制造的處理、檢驗調(diào)試的處理、采購的處理、成本的處理通知到各業(yè)務環(huán)節(jié),保證業(yè)務部門進行相應的業(yè)務處理。
3協(xié)同設(shè)計的目標
改變傳統(tǒng)的設(shè)計研發(fā)模式,以數(shù)字樣機為核心,實現(xiàn)單一數(shù)據(jù)源的協(xié)同設(shè)計并行工作模式,保證設(shè)計和制造流程中數(shù)據(jù)的唯一性。將全三維數(shù)字化產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)MBD推廣到企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的各個階段,將數(shù)據(jù)管理和流程管理延伸到產(chǎn)品設(shè)計的各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)產(chǎn)品快速設(shè)計,達到設(shè)計的標準化和規(guī)范化,在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上,提高研制效率,縮短研制周期,降低企業(yè)成本,推動企業(yè)從傳統(tǒng)研制模式向數(shù)字化研制模式的轉(zhuǎn)變,同時實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計知識和經(jīng)驗的積累和重用,加強知識管理和利用的手段,促進產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計。
4結(jié)語
數(shù)字化協(xié)同研發(fā)模式以并行工程為核心思想,是對傳統(tǒng)研制工作及流程的優(yōu)化和創(chuàng)新。利用協(xié)同研發(fā)平臺進行產(chǎn)品研發(fā)的技術(shù)狀態(tài)管理模式,可以滿足多型號多批次產(chǎn)品的全生命周期數(shù)據(jù)管理需求,形成網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、集成化的多級協(xié)同工作能力,縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期,降低企業(yè)成本,適應產(chǎn)品系列化快速研制的發(fā)展趨勢,加快對市場的響應速度,從而提高企業(yè)核心競爭力。在實際運用中,建議可以借鑒國內(nèi)外相關(guān)成功經(jīng)驗,盡快開展適應企業(yè)的協(xié)同設(shè)計建設(shè),提升企業(yè)的核心競爭力,推動企業(yè)發(fā)展。
參考文獻
[1]萬家嗣.協(xié)同設(shè)計理論及其應用研究[D].武漢:武漢理工大學,2002.
[2]施迸發(fā),李濟順,焦合軍.面向網(wǎng)絡(luò)化制造的中小企業(yè)協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)研究[J].制造技術(shù)與機床,2008(12):43-47.
作者:張敏 張順旺 單位:中國電子科技集團公司第三十二研究所
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