基于Teamcenter 的標準件系列產品工藝設計研究及應用

陳棟CHEN Dong；寇明KOU Ming；張赫明ZHANG He-ming

（中國航空工業標準件制造有限責任公司，貴陽 550014）

0 引言

設計數據經過標準化的轉換，形成物料數據和圖文檔數據，基于設計數據進行工藝設計，形成工藝物料數據、檢驗數據、PBOM 數據和圖文檔數據，設計數據和工藝數據所組成的技術數據鏈條為后續計劃、制造、生產準備、物料管理等活動提供支撐。為了確保PBOM 等工藝數據與產品數據的強關聯關系，采用一個件號產品編制一本工藝規程的工藝設計模式，雖然可以進行克隆，但對于標準件龐大的存量和增量產品基數，工藝設計效率遠遠無法滿足實際需求，同時在數據鏈條上仍存在諸多斷點，需要通過多次轉換和維護，工作量大，出錯風險高，技術狀態管理難度大。標準件產品具備系列化、多品種、構型簡單、件號數量龐大等特點，急需搭建一套能夠實現協同設計數據、高效率、匹配工藝標準化管理、結構化要素齊套的管理平臺，解決工藝設計效率瓶頸，以及下游MES、ERP 等系統對結構化工藝數據的需求和工藝無紙化等問題，支撐標準件產品的全生命周期數字化管理。

1 設計、工藝一體化平臺

Teamcenter 是西門子公司的全生命周期管理PLM 系統，系統基于SOA 架構設計，具有很好的系統開放性。能夠以完全SOA 架構的方式，提供PLM 系統所要求的功能，包括文檔管理、產品結構管理、配置管理、零部件分類管理、工作流程管理、更改管理、項目管理、需求管理等的產品全生命周期管理，是一套全球制造業應用比較廣泛的整體解決方案。[1]

首先，產品設計數據與工藝設計在統一的數據源下進行管理，利用產品對象與設計標準、更改數據、技術規范等的關聯，便于對工藝與產品總體的技術狀態進行管控。

其次，平臺分類庫可以有效的對產品、工裝、原材料、設備等資源數據進行管理，并基于TCM 模塊OOTB 功能界面進行工序、工步等的關聯關系搭建，通過轉換實現快速輸出二維PDF 工藝卡片。

第三，Teamcenter 的TCM 模塊具備強大的結構化數據搭建功能，同時與NX、CAD 等工具軟件、ERP、MES 等生產制造系統均具備優秀的集成性能，因而基于結構化數據形成的PBOM 可以有效支撐下游業務系統的應用。

2 標準件系列產品結構化工藝設計

2.1 工藝設計統一界面

在對工藝設計模塊進行總體設計之前，對Teamcenter的TCM 模塊和一般國產CAPP 應用進行了對比，經過對比發現，相較一般國產CAPP 應用，Teamcenter 的TCM 模塊存在跳轉界面多，操作復雜等缺點，所以總體功能的設計兼顧標準件系列產品工藝編制、CAD 集成等功能實現的基礎上，以用戶視角設計操作邏輯、步驟和界面，通過定制化二次開發，結合工藝規程特點，分工藝級、工序級、檢驗模塊分別設計統一的操作界面，主要包括基本信息維護以及對象創建、刪除、關聯關系搭建等功能，依托OOTB 界面的樹結構對工藝、工序和資源要素關系進行管理，而數據的處理和關聯則通過統一界面完成，并將添加、維護和關聯關系搭建的相關數據映射到工藝BOM 中，使工藝人員進行工藝設計時對于工藝數據的處理基本達到“所見即所得”的效果。工藝級設計界面見圖1，工序、工步級設計界面見圖2。

圖2 工序、工步級設計界面

2.2 結構化與系列化工藝設計的融合

Teamcenter 的TCM 模塊與NX、CAD 等工具軟件具備優秀的集成性能，基于標準件產品構型簡單的特點，典型標準件示例見圖3，工藝設計主要由二維CAD 軟件進行即可滿足需求。根據對Teamcenter 軟件平臺功能模塊的分析，結合公司產品工藝設計特點，對標準件系列工藝設計、二維制圖軟件與Teamcenter 系統集成、工藝更改、工藝規程克隆、工藝文檔簽審等重點功能進行了詳細的業務邏輯設計和功能方案設計?；诠δ茉O計方案，直接對接精準開發實施，避免業務和功能語言不通造成的結果偏差。

圖3 典型標準件示意圖

①系列工藝總體邏輯。

通過定制化開發推翻單一產品創建工藝對象的邏輯，選取基于一定原則判定為系列產品的多個產品對象，創建多對一的工藝對象，并基于單一的工藝對象，按工藝設計程序維護資源、工序、工步、檢驗內容等，并通過界面功能實現產品對象與相應資源、工序、工步、檢驗值等變量的關聯關系搭建。完成系列產品工藝要素總體設計后，執行父級工藝對象簽署流程，流程過程中所有節點人員均可通過列表形式的工藝卡片審查系列工藝中所有產品的工藝要素，達到一次流程發布多項產品工藝規程的目的，待父級工藝對象發布后，系統中的工藝服務、工序服務、工步服務根據產品關聯關系，執行派生單件號工藝功能，將父級工藝中單件號產品的工藝進行抽取，整合并發布形成單件號工藝規程，實現單件號產品與結構化工藝要素強關聯的目的，系統邏輯框架見圖4。

圖4 標準件系列產品工藝設計系統邏輯框架

②3PR 關聯。3PR 關聯及產品、工藝、工廠和制造資源的關聯，將產品零部件、工藝、工序、生產線、工作區域、制造資源等信息作為相互關聯的對象來處理。[2]

利用3PR 關聯技術，在工藝設計界面增加系列產品與材料、產品與工序、產品與設備、產品與工裝、產品與輔料、檢驗項與檢具、檢驗值與檢具之間關聯關系的搭建及管理功能，基于單件號產品與相關結構化工藝數據的關聯關系，實現父級工藝派生單本工藝功能，父級工藝對象與單本工藝對象相對關系見圖5。

圖5 系列產品父級工藝對象與單本工藝對象關系

③結構化。結構化工藝徹底顛覆了傳統卡片式的工藝模式，將工藝由卡片形式轉變為一個樹狀結構，即工藝BOP（Bill of Process 過程清單），將工藝的數據對象，如工序作為結構中的某一級節點。

④結構化檢驗數據。BOP 中工藝、工序、工步、工藝裝備資源均可在TCM 模塊中的統一界面進行維護和編輯，而工序二維圖形中的檢驗標注作為檢驗信息為了與圖形信息保證數據源的一致性，設計了CAD 軟件的二次開發并與Teamcenter 進行集成，形成基于集成的圖形、標注信息傳輸，集成關系見圖6。

圖6 CAD 軟件與Teamcenter 集成關系

CAD 軟件中關于系列化產品變量的處理采取列表形式實現，列表由CAD 軟件根據命令自動生成，表頭信息主要由Teamcenter 傳輸給CAD 的產品圖號和圖形尺寸標注的球標序號組成，變量信息由工藝人員手動填寫，非變量信息由CAD 軟件根據標注內容自動填寫，完成列表所有信息的維護后通過集成按鈕將結構化檢驗相關數據和圖形數據傳回Teamcenter，再由Teamcenter 系統對檢驗數據進行接收、轉換、顯示以及處理檢驗數據與檢具對象的關聯關系。

2.3 基于工藝標準化的典型工藝管理

派生型CAPP 系統利用零件的相似性來檢索現有的工藝規程，系統是建立在成組技術基礎之上，零件按照其幾何形狀或工藝的相似性歸類成族，建立零件族主樣件的典型工藝規程即標準工藝規范，它可以按零件族的編碼作為關鍵字存入系統數據庫或數據文件中，標準工藝規范的內容通常包括完成該零件族零件加工所需的加工方法，加工設備，工、夾、量具及其加工順序等，其具體內容可根據系統開發對象的實際情況而定。[3]

基于公司產品加工工藝特點，梳理產品工藝技術分類，該分類架構通過Teamcenter 分類庫進行管理，采用同樣架構分別管理產品物料對象和典型工藝模板，兩個分類樹必須保持同步，通過二次開發實現基于產品工藝類別架構進行工藝規程模板自動匹配（見圖7），即輔助識別功能，系統需要根據新產品的工藝類別自動搜索并顯示同類別典型工藝規程模板，同時根據產品屬性進行匹配度識別，匹配屬性可以根據產品設計要素進行配置，匹配度高的模板通過顏色區分和條目順序進行顯示，幫助工藝人員找到同類別產品相關要素匹配度最高的典型工藝規程模板。通過工藝標準化管理和克隆功能，大幅度提升工藝復用的效率和精準度，核心意義在于實現基于產品類別的典型工藝規程模板的管理。

圖7 工藝規程模板自動匹配

2.4 基于集成管理的工藝無紙化

工藝員基于產品對象進行工藝設計形成PBOM 和PDF 格式工藝圖文檔，同時需要按照技術狀態管理和文檔資料管理的相關要求，結合相關屬性和對象狀態，在相應流程節點自動或手動加蓋各類水印，如“受控”、“定型”、“關鍵件”等，發布的工藝文檔通過集成推送至MES 系統，系統在工藝設計過程中自動將產品物料屬性如圖號、材料、規格等信息映射至工藝規程對象。通過系統集成技術，依托Teamcenter 系統統一的數據源，實現設計數據、工藝數據的協同一體化辦公，形成了基于集成管理的工藝無紙化管理，解決了一直以來設計輸入信息傳遞速度慢、紙質文檔管理成本高、重復性工作量大、技術狀態管理困難等問題。

3 結論

本研究基于標準件制造業對于系列化產品工藝設計能力提升的需求，在設計數據與工藝數據協同一體化基礎上，對Teamcenter 的TCM 模塊工藝設計功能關鍵技術進行了研究，提出了多維度產品數據與工藝數據的關聯關系搭建思路，以型號技術工藝設計業務為主線，突破工藝設計效率瓶頸，構建一體化、集成化、模塊化的結構化工藝設計功能架構，并以Teamcenter 為核心與CAD 軟件、MES、ERP 系統集成，形成了面向工藝設計到工藝應用的閉環管理模式，在完成工藝設計與管理平臺及其關鍵業務組件的構建后，公司PLM 管理應該面向更為系統的流程化、知識化、智能化的方向去研究以及規劃后續建設方向。