基于模块化的PLM系统设计研究

　　随着互联网、大数据、云计算以及物联网(IoT)等技术的蓬勃发展，制造业在最近几年发生了重大转变，产品研发型企业更是站在数字化转型的浪尖上。PLM，是一种管理策略，可以在一个产品全生命周期里统筹所有信息资源，可以保证产品数据的完整性、正确性、一致性，可以解决企业产品设计研发过程的过度变更、追溯性差等问题，可以实现研发部门、工程技术部门、公司各业务相关部门，甚至企业间对产品数据的协同应用，真正做到了“删繁化简”。

　　随着公司产品、业务的不断发展，产品结构越来越复杂，竞争不断加剧，产品的交付周期愈来愈短，公司也面临许多外在的考验、挑战。PLM系统可以实现产品设计、工艺设计、制造等过程中紧密协作；实现以BOM为核心的工艺信息化管理，在工艺设计过程中运用仿真和动画达到预期效果。PLM系统就是打造一个管理产品生命周期中各类数据、过程和应用的协同管理平台，以提升公司生产效率和竞争力。

　　建立与ERP、BPM、MES、MOM等系统和CAD软件高度集成的数据管理系统，实现对产品数据全生命周期的管理。通过PLM系统实现对产品技术状态的管控、产品设计与工艺设计的协同、产品设计数据传递到CAPP中、产品设计数据传递到ERP中；通过PLM系统，建立三维数字模型的应用环境，将产品设计数据管理、技术状态控制、研制过程管理进行集成。

　　PLM系统工程设计采用西门子的Teamcenter系统，进行产品数据、设计模板的规范化定义实现三维模型的全寿命周期的管理。Teamcenter中所有设计数据和工艺数据保证了单一数据源，直接使用产品设计的数据进行工艺设计，实现与产品设计和制造资源关联的数据结构。针对产品设计、工艺业务需求提出PLM系统建设方案，通过对产品、资源和工厂的数据集成管理，实现产品从设计到制造的全过程信息支持。PLM系统总体设计方案如下图所示。

　　2.1 基于MBD的设计

　　(1)三维建模、三维标注。三维模型是实现全三维快速设计和制造的基础和源头，高质量的三维模型能保证后续工序的正确性，提高产品的质量。采用NX CAD三维设计软件实现全参数化建模，并利用三维标注模块根据MBD规范标准在产品的三维模型上完成各类产品信息（尺寸标注、文字注释、几何形位公差等）的定义。

　　(2)三维模型质量检查。三维模型的模型数据以及PMI数据的合规性和可制造性，是三维设计的关键。检查的内容主要包括建模合规性、装配合规性、几何对象合规性、文件结构合规性。

　　(3)建立常用资源库。在产品的研发过程中，有大量的工作资源是大家都要重复利用的，三维数字化开发平台必须为大家提供这些资源，以提高工作的协调性、数据的可交换性和标准化程度，从而提高三维数字化开发平台的可用度和可推广性，资源库内容主要包括二维制图符号库、用户自定义特征库、标准件库。

　　(4)建立应用标准规范。合理的标准规范能引导和管理基于MBD的三维设计，设计的一致性和规范性能够促进基于MBD的三维设计的快速推广和普及，实现设计的国标化、规范化、流程化、自动化，方便快捷地完成各流程的设计与定义。

　　2.2 知识库的创建

　　采用Teamcenter设计管理软件建立知识库，该知识库的创建是基于大量产品设计经验，总结各个专业的知识和经验，在系统中通过分类库、工艺资源库等形式固化下来，并提供给相关人员参考和借鉴，减少重复错误，提高设计能力和设计质量，缩短研发周期。

　　知识库需能储存多种形式的知识，包括电子表格、手册、公式、数据库，以及经验规则、专用程序等。获得的知识既可以是型号数据，也可以是共性资源数据。型号数据包括型号的技术要求、三维模型、工程图纸、技术文档、仿真数据、工艺数据、工装数据、加工数据、检验数据、试验数据和维护数据等；共性资源数据主要包括技术参数库、特征零部件库、典型图样库、标准件库、外购件库、工艺模板、典型工艺、材料库、工装库、设备库、质量规范、可靠性实验库、性能实验库、故障库，以及科技文献、科技成果、战略情报等等。

　　2.3 设计仿真分析与管理

　　采用西门子的Teamcenter和NX CAE模块搭建设计仿真分析和管理平台。实现如下功能：

　　(1)设计和仿真统一平台，提高仿真效率，提升设计质量。NX CAE仿真模块实现与CAD的高度集成，设计模型的信息全部带入分析中设计模型修改与更新，分析模型可以自动捕捉到设计的变化，可控的自动更新分析模型。基于TC和NX CAE仿真分析模块搭建集成的仿真分析数据管理平台，实现仿真分析数据在TC中进行管理。

　　(2)广泛的数据开放性。支持许多种格式的CAD几何模型，直接编辑和理想化功能都可以用于所有这些格式的几何模型。支持的几何模型格式包括：NX、CATIA V4和v5、PRO/E、SolidWorks、SolidEDGE，支持通用格式几何文件，比如Parasolid、STEP、STEP、IGES等数据格式。

　　(3)快速、高效、智能化建模能力。前后处理除了能快速的获取几何，在模型简化和网格生成方面也有她非常独特的技术，包括几何体提取、抽取中面、自动区域网格划分技术、相似网格、焊缝/筋提取等。

　　(4)多学科多场所协同分析平台。基于搭建的仿真平台环境，能够提供多学科仿真的广泛分析能力，无论在执行结构分析、热分析、流体分析、运动分析，还是许多其他类型的分析，都是统一的用户界面，并采用相同的文件结构和管理模式。

　　(5)通过仿真管理系统，实现产品研制过程中各个阶段、总体到分系统的仿真项目、各种仿真分析工具、仿真数据、仿真工具之间的接口、仿真数据查询等各个方面进行协同，最终建立一套规范的虚拟样机开发环境来解决目前各种仿真工具、仿真数据零散，仿真项目和过程不受控制，总体与分系统的仿真数据难以复用等问题，从而真正实现设计、工艺、仿真一体化。

　　2.4 产品设计管理

　　通过Teamcenter设计管理软件实现产品的设计管理要求，主要包括以下方面的内容：

　　(1)实现图文档管理建立图文档分类与查询功能，根据产品类型、文档编号等属性直接找到文档，而且还可对这些条件组合查询，查询条件可以保存备用。建立文档模板，让用户在创建文档时可以自动调用相应的模板。实现文档版本管理、文档可视化及文档齐套性检查。

　　(2)实现与CAD软件集成。Teamcenter可以同CAD软件高度集成科研通过专门的API（应用编程接口）用来创建零件对象、产品结构和将三维CAD数据转换成轻量化的JT格式实现Teamcenter与AUTOCAD集成、三维CAD集成、NX三维建模软件集成。

　　(3)产品结构化管理。在Teamcenter中，通过产品结构管理为设计和生产等业务的需要创建和操纵BOM表，并以可视化的方式提供产品结构。实现零部件关联查询、配套管理、产品结构比较、BOM可视化展示等功能。

　　(4)工作流程管理。工作流管理是整个系统的重要组成部分，通过电子化的方式使任务分配、接收、文档审核与发放快速进行，大幅度加快集团化工作流程的进度以及提高工作效率。

　　(5)变更管理。要想管理好整个变更过程，对于复杂的情况必须能够做到使变更管理跨越整个产品的生命周期，为了达到这样一个目标，基于CMII标准的变更管理规范应运而生。Teamcenter能够支持基于CMII的变更管理，也就是说变更管理可贯穿整个产品生命周期。

　　(6)物料清单管理。物料清单(BOM)管理是产品结构管理的补充，也是实现设计、工艺、制造协同的重要数据基础。

　　2.5 超级BOM搭建

　　超级BOM的管理是产品结构管理的补充，超级BOM的搭建包括两个方面的内容，即变量配置和BOM多视图管理。

　　通过智能制造项目中PLM系统建设，形成了以Teamcenter为中心的产品全生命周期管理平台。Teamcenter不仅仅被制造业使用，还在各种设计、生产行业广泛运用，Teamcenter将PLM系统进行模块化组合，使他能够切实地满足各类客户的各种需求。利用Teamcenter系统本身强大的功能和特定的接口集成，实现设计软件(CAD)、设计仿真软件(CAE)、工艺仿真软件(Tecnomatix)、BPM编码管理系统、通讯软件(RTX)和Teamcenter系统的集成，增强各部门间的协同研发能力，全面提升设计研发效率，加强数据管理；通过ERP-SAP系统、MOM和Teamcenter系统的无缝集成，提升产品生产准备效率，缩短产品交货周期。通过模块化PLM系统的实施应用，开展三维工艺设计与管理系统建设打通了设计工艺仿真制造一体化道路，让设计数据与制造数据能够实时连接起来，确保数字化制造过程进行有效的信息共享与交互，提升了科研管理的效率，提升了公司核心竞争力，促进公司可持续、绿色发展。