制造业设计信息全面数字化与标准化

目前，我国的制造业企业没有执行统一的标准。许多企业采用行业标准、甚至是企业标准。连标准化程度最高的产品设计过程，也存在许多不同的要求，例如产品零部件号,外构件,明细表的书写方式等。在后续的工艺编制环节，则根据企业的产品、行业的特点不同，需求差别更大。企业生成各种清单、报表的方式以及编码方式也是五花八门，各不相同。

在推进“两化”融合过程中，涉及信息化解决方案的提供者、需求者及行业主管部门和服务机构等，由于标准化的缺位，使许多结构性矛盾凸现，信息孤岛、低水平重复开发等问题阻碍了信息化的推进。这些内在结构性矛盾与“融合”中难以调和的问题都需要在一种统筹兼顾、顶层设计的思想指导下，以标准来开路、推进。单纯的标准化问题只是一个技术问题，当标准化上升到引领“两化”融合的高度，就是一项涉及社会方方面面的系统工程。

论述“两化融合中的数字化与标准化”(已提供),为了深入解释两化融合中的数字化与标准化,使用户和软件开发设计者及有关信息化标准化管理部门引起重示,现将两化融合中的数字化与标准化落实到具体信息化各领域,提供一些具体想法,下面是第一篇。

1．问题的提出

两化融合对设计信息全面数字化要求,一是要求设计信息的优化,二是要求设计信息必须为企业信息集成与建立数字化企业提供基础。本文主要就设计信息必须为企业信息集成与建立数字化企业提供基础提出以下意见，供参考。在企业信息化调查中，了解到虽然目前大多数企业使用CAD设计软件，有的还使用部门级PDM进行图档、流程管理，但由于CAD设计软件，部门级PDM没有全面实现设计信息数字化， CAD输出图纸、文档的标准化与规范化程度很差，有的虽然达到纸质图纸的标准,但其信息、数据不能提取，达不到企业系统集成的要求，如果要实现系统集成，原来存入计算机图纸、文档必须返工，造成极大时间、人力的浪费，成了企业信息集成与建立数字化企业于两化融合的拦路虎，为此必须引起各企业的重视。为了使各企业完整了解设计信息数字的内涵及其在企业信息化中重要性，提出以下几点。

2．设计信息数字化的由来及发展

(1)设计信息数字化的由来

设计信息数字化来源于CAD技术的应用,CAD技术应用于产品设计目前已是众所周知，CAD系统输出人们看到的是计算机屏幕上的图形及技术文件和用绘图仪、打印机输出常规的图纸、文件，其实这些屏幕上的图形、技术文件和输出常规的图纸、文件，存在计算机内部都是各种格式的数据，所以应用CAD技术进行产品设计，其设计过程和输出图形及技术文件已进入设计信息数字化范畴。

(2)设计信息数字化的发展

常规的CAD技术已进入设计信息数字化的范畴，对传统的产品设计要求或单独(非集成)CAD系统,这一常规的CAD技术已经能满足要求，可以说初步数字化了。由于市场经济的发展，企业竞争因素的变化，企业各方面都需要应用信息技术，因此出现了CAD/CAPP/PDM/CAM等一系列CAX技术与MRP/MRP-II/ERP等一系列管理信息化技术。由于传统企业的产品开发、生产经营管理是按企业内部的分工由各部门分工进行的，互相之间以图纸、工艺、技术文件、计划、统计、报表、单据及各种通知、会议为手段组织企业生产经营。在开展“甩图板”、“甩钢笔”、“甩账本”后，由于没有全面实现数字化，CAD/CAPP/ERP都为孤岛，各部门互相之间信息传递还是纸质图纸、工艺与技术文件，图1是传统的初级信息化企业信息管理。

图1传统的初级信息化企业信息管理

图2数字化企业信息集成信息管理

这种初级信息化解决不了企业的产品开发、生产经营管理数据信息的共享，系统不能集成运行,发挥不了企业信息化最佳效果。根据世界经济发展的经验，应用信息技术改造与提高传统企业是企业现代化的必由之路，为此制造企业要充分发挥信息技术的作用必须走系统集成的道路。按照系统集成的要求，CAD输出必须为企业信息化系统识别、读取和处理，常规的CAD技术不能满足要求，因为常规CAD的图纸、文件，存在计算机内部都是各种格式的数据，不需要输入到其它计算机系统中，其它系统也不会读取这些数据，这对单独(非集成)CAD系统已满足要求。但是在系统集成的要求下，CAD系统的输出不能再是单一的纸质图纸与表格文件，CAM系统需要图纸属性数据、图形数据、CAPP也需要图纸属性数据、图形数据，但还需要材料数据、装配关系数据、零部件数量，ERP也需要图纸属性数据还需要产品结构数据、外购零部件数据等等。因此单独(非集成)CAD系统,虽然已经将图样及一些文件数字化了，但是由于：一是所采用数字化格式混乱，二是表示方法以图形数据为主，目前计算机还没有认识图形的功能，又无法读懂初步数字化了图形数字文件，三是其它企业信息化系统已经研究了一些有效的描述产品数据的方式与方法，但与CAD系统不统一，这些方式与方法只要对常规的CAD系统进行改造，就可以实现CAD系统所需数据和所产生的数据与其它系统所需数据互相共享，四是国际上已研究完善一些信息数据交换标准。因此要使常规的CAD系统数字化满足系统集成的要求，必须进行改进。

(3)设计信息全面数字化的要求

① CAD系统内部图形数据与设计文件、表格数据的数字化。CAD系统以完成图形设计为主，设计图纸标题栏中文字标注及说明是描述图纸的必要信息，装配图上的标注是描述该装配件所需的零部件、外购件、标准件。另外为了完整描述产品，还须提供设计文件、表格，如装配明细栏或明细表上描述有关装配所需零部件名称、图号，描述产品或部件的所需零部件、外购件及标准件的数量以及产品或部件所需通用件、借用的件数量等等，这些设计文件、表格数据来源于设计图纸，是CAD系统内部数据关系。形成设计文件、表格是集成运行CAD系统内部的重要目的，系统要达到目的，必须改进目前CAD软件，对图形上的标注、标题栏数据形成方式方法进行改进，并应用数据库技术，建立描述产品设计信息数据的数据库，解决图形上的数据与产品数据库的互联关系，实现数据共享。

② CAD与CAM集成的数字化。CAD与CAM集成的目的是在应用数控机床、加工中心等自动化设备时使数控编程（NCP）软件能读取CAD图形数据，自动编制数控程序，实施制造数字化。目前已形成多种CAD/CAM套装软件，可以实现无缝集成；世界标准化组织ISO已发布了STEP标准，制订了产品数据模型产品数据的表达与交换标准，将为逐步统一CAD与CAM产品数据的表达与交换。所以目前企业解决CAD与CAM集成，可以购买现成的CAD/CAM套装软件。

③CAD与CAPP集成的数字化。CAD与CAPP集成的目的是在设计编制工艺文件时能利用、读取CAD已形成的图形文件与数据，完成工艺设计与文件编制。由于工艺设计与文件种类较多，包括：工艺路线、工艺规程、材料定额计算、工时定额计算、工装设计，需要CAD输出的零件图及数字化的零件基本属性数据(图号、名称、材质、热处理、零件外形尺寸、零件净重要求等),产品结构数据（物料清单），零件分类编码等。而CAD系统需要CAPP输出的工艺信息,进行DFM/DFA。

④CAD与ERP的集成的数字化。ERP运行需要CAD输出的数字化的产品、部件（组装件）、零件、外购件、标准件的基本属性数据，还需产品、部件、组件组成的结构数据及数量，是构成数字化的产品结构BOM表的核心。CAD系统需要ERP库存、价格、成本等数据,图2是数字化企业信息集成信息管理。

(2)CAD输出产品设计信息数据格式、数据结构的标准化与规范化

①建立产品设计信息数据的数字化标准表达方式的基础，CAD系统是建立产品数据的数字化标准表达方式的工具，为此CAD系统必须符合以上输出的产品数据数字化、标准化与规范化要求;

②建立产品设计信息数据的数字化标准表达方式，为了使CAD输出的产品设计信息数据能达到企业信息化系统共享，必然要使用数据库技术，因此产品数据必须符合产品设计信息数字化标准数据库管理系统的要求，首先是数据格式必须统一、规范，由其图形数据格式必须统一、规范，CAD系统版本也必须统一、规范（有几种CAD软件的，必须有统一交换标准）。其它产品设计信息必须数字化，并且表达方式必须标准化与规范化，对于产品数据表达方式必须既能按照数据库管理系统的要求表示产品及其结构，建立产品数据的数字化模型，凡是设计图纸、技术文档资料中出现的零部件（包括通、借用）、外购件、标准件、原材料等都必须建立项目属性数据表，图5是产品属性数据建立ITEM表界面，凡是有装配关系的都必须建立项目结构数据表，图6是产品结构数据EBOM表界面，这些是产品设计信息数据数字化模型的必要组成部分。为了建立产品设计信息数据的数字化模型，必须能从零件图、装配图中自动提取数据，建立项目属性数据表、产品结构数据EBOM表，完成产品数据全面数字化。

图5产品属性数据ITEM表部分界面

图6产品结构数据EBOM表部分界面

③CAD系统达不到符合以上输出产品设计信息数据数字化、标准化与规范化，又不能提取数据的CAD系统必须进行一定的改造，一般这种改造只要通过二次开发就能完成，部分CAD软件企业已经开展这一工作，但不标准、不完整，为此必须完整、统一。

④CAD系统必须与PDM系统密切配合建立为产品设计所需数据库、图形库这是改变设计方式方法适应市场经济多品种个性化定制和发挥CAD优化产品结构的关键，应用CAD技术实施产品设计通用化、标准化、模块化是发挥信息技术作用重要基础工作。商品化的PDM软件只提供系统的结构，数据库、图形库的结构，数据库、图形库的内容大部分要发挥CAD优化产品结构的作用，企业必须自建。

（3）制订设计信息全面数字化的标准与规范

从标准角度看：在手工作业有GB/T 10609.1-89(国际标准组织 7200-1984) 技术制图标准与行业标准 JB/5054.1-6054.6-2000" 产品图样及设计文件 "等一系列标准，控制产品设计的图样及文件，保证手工作业产品设计正常运转，保证手工作业生产经营管理的必须产品图样及设计文件。在计算机应用条件下（数字化企业）什么是符合计算机应用规范化与标准化的产品数据？目前图形数字化有产品数据的表达与交换STEP（ISO 10303）标准，但无其它全面数字化条件下产品数据标准，包括产品属性数据、产品结构数据、零部件数据、外购件数据的表达标准。为了实现设计信息全面数字化，按以上要求制订设计信息全面数字化的标准与规范，并把标准与规范固化到CAD及有关软件和数据库、图形库中，才能保证系统正常运行。所以在数字化企业中,数字化标准是数字化设计遵守的一系列可重复使用的规则、导则或特性文件，是制造业数字化的基础保障，“没有标准化就没有产品设计的完整的数字化”。