江苏宏源纺机公司PLM技术开发与应用研究

　　江苏宏源纺机股份有限公司处于竞争激烈的纺机行业，整机产品结构复杂、用户订单设计及变型繁多。本公司为了确保产品在市场中获得成功，在产品设计时即充分考虑用户的意见，不断进行产品创新，满足多变的市场需求；同时，优化纺机整机产品生命周期不同阶段的业务流程，消除信息孤岛，实现了基于整机产品设计数字化集成的产品生命周期管理PLM(Product Lifecycle Management)。

　　1 PLM技术的国内外现状及趋势

　　PLM是一种对所有与产品相关的数据在其整个生命周期内进行管理的技术。PLM与产品数据管理有关，与PDM(Product Data Management产品数据管理)密不可分且有着深刻的渊源关系，PLM完全包含了PDM的全部内容。但是，PLM又强调了对产品生命周期内物流的所有信息进行管理的概念，所以，PLM也与ERP(Enterprise Resource Planning企业资源计划)密切关联。纵观国内外领先的PLM建设，其发展趋势主要有以下4个方向。

　　1.1 虚拟设计、虚拟制造、仿真分析、专家系统、数字化虚拟样机装配、敏捷制造、网络制造以及制造全球化。虚拟设计及制造技术以计算机支持的三维仿真技术为前提，使用虚拟技术，最终完成数字化虚拟样机替代物理样机，从而缩短整机产品研发周期，大大提高产品设计研发的成功率。

　　1.2 CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM(Computer Aided Design计算机辅助设计/Computer Aided Evaluation计算机辅助分析/Computer Aided Manufacturing计算机辅助制造/Computer Aided Process Planning计算机辅助工艺)的集成，实现企业面向新品整机研发创新的全数字化设计与制造。

　　1.3 CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM与企业资源计划ERP、供应链管理SCM(Supply Chain Management)、客户关系管理CRM(Customer Relationship Management)的集成，形成整机制造企业信息化的总体构架。整合整机制造企业管理流程及创新流程，建立从企业的生产经营决策到企业内部技术、工艺、制造和管理部门，再到用户之间的信息集成，实现整机制造企业与其上下游企业的信息流、物流和资金流的顺畅传递。

　　1.4 以提高对市场快速反应能力为目标的整机设计及制造技术将得到快速发展和应用，包括并行工程、模块化设计、快速原型成形、快速资源重组、大规模定制、客户化定制生产方式等技术。

　　2 PLM的国内外应用情况

　　随着图形学、网络、关系数据库技术的发展，C/S(客户机/服务器)、B/S(浏览器/服务器)以及与面向对象技术的应用，PLM技术得到了飞速的发展，在美国、日本、西欧等发达国家的企业得到了广泛的应用，同时也为企业带来了巨大的效益，赢得了非凡的成就。现在，PLM技术在我国也受到了广泛的关注。

　　对于纺机制造企业而言，整机的研发阶段便决定了整机成本(即直接成本)的70%或更多。ERP、SCM、CRM等企业管理信息系统的推广应用为企业带来了一定的效益，但是这些信息化系统对提高纺机企业产品开发过程中的核心功能却没有太大的影响，即对产品生命周期上游的研发阶段缺乏关键控制作用。对于由研发而产生的高额的直接成本状况的改善，仅能提供非常有限的功能。为了解决这些问题，企业需要在战略上把目光转向最为关键的、驱动生产和制造的基本业务需求，即开发和生产满足用户功能需求的创新产品上来，以创新的产品和专利知识产权的价值来获得高附加值的回报，真正为企业创造财富。而产品设计创新，需要PLM(产品生命周期管理)系统的支持。

　　PLM系统可以有效地降低直接成本，为企业赢得更多收益和净利润。保证企业在一个连续稳定的智力资产的基础上，做好整机产品的研发与创新，在第一时间和第一地点找出整机产品成本的真正成因；确定正确的产品研发方案，充分共享设计CAD/CAE模型；自动生成CAM加工NC代码；自动通过CAD和三坐标测量仪接口将设计模型转化为质量检测模型；完成数字化样机装配及验证；使用基于PDM的并行工程提高产品设计质量，缩短产品研发周期，降低整机产品研制成本；使用ERP合理规划企业整体资源；将正确的产品及早推向市场，提高企业的核心竞争力。

　　3 宏源公司基于整机产品设计数字化集成的PLM的关键技术

　　宏源公司通过应用数字化集成技术，组合数字化整机产品设计开发过程中所使用的各项功能，完成了以高速弹力丝机、电脑粗纱机、高性能精梳机等宏源主导整机产品为目标的PLM系统建设。

　　在产品开发的早期即充分考虑产品生命周期中相关环节的影响，强调功能集成和过程集成，实现整机产品的研发与创新，在第一时间和第一地点找出整机产品成本的真正成因；确定正确的产品研发方案，实现CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM/ERP集成，充分共享设计CAD/CAE/CAM/CAPP模型；生成并优化CAM加工NC代码；自动通过CAD/CAE和三坐标测量仪接口将设计模型转化为质量检测模型；完成数字化设计建模、装配、分析仿真、有限元分析、协同生产加工制造、质量检测控制，三维模型装配虚拟样机。建立完整的产品数据管理和设计过程管理系统，实现ERP软件与设计工艺软件、PDM之间的良好集成。从而，提高产品设计质量、缩短产品设计周期、加快高品质新产品投放市场速度，有效地降低整机产品研制成本，实现整机产品创新、工艺创新，提高整机产品价值及市场竞争力。

　　宏源公司基于设计数字化集成的PLM的关键技术如下。

　　3.1 开放的底层框架

　　将三维CAD/CAE/CAM软件集成于PDM中，将CAPP软件集成于PDM中，实现PDM与ERP之间的数据接口，完成PDM与ERP的集成，最终完成整机产品设计数字化集成。

　　3.2 面向业务的全面功能

　　按照纺机整机制造企业管理特点，完成整机产品设计流程定义以及生产、经营、管理等业务的流程定义，按照流程定义搭建企业信息化模型。

　　3.3 可靠的技术支持、实现基于整机产品设计数字化的PLM企业级集成

　　基于整机产品设计数字化集成的PLM是一项管理所有与整机产品相关信息和相关过程的技术，其核心在于能够使所有与项目相关的人在整机产品生命周期中按照权限共享与产品相关的异构数据。本PLM是一个企业信息的集成框架(Framework)，各种应用程序诸如CAD/CAM/CAE、CAPP、OFFICE、PDM、ERP等，通过应用接口API、开发(封装)直接作为一个个对象(Object)被集成进来，使得分布在企业各个部门、各种应用软件产生的所有产品数据得以高度集成、协调、共享，产品设计研发过程得以高度优化或重组。

　　3.4 结构化的实施方法学

　　结合整机制造企业的经营管理流程特点及具体详尽的业务需求，合理利用现有资源，积极创造条件，有计划、有步骤地实施企业信息化工程建设。根据“积极稳妥、循序渐进、为我所用、分步实施、重点推进”的原则，在开发实施建设过程中遵循软件功能满足实际需求、功能与应用紧密结合、应用与需求保持一致并取得效益的原则。

　　4 宏源公司PLM的创新点及技术路线

　　宏源公司基于整机产品设计数字化集成的PLM创新之处在于，从宏源公司产品设计及生产经营管理业务模式实际出发，依据本公司的产品工艺设计、生产经营管理模型及流程搭建。

　　依据PLM工作分解结构，宏源公司制定了PLM的具体技术路线。纺机整机企业的产品设计及生产经营管理流程及详细需求调研→实施三维CAD/CAM/CAE：完成产品设计零部件的三维建模、装配、仿真模拟分析、加工后处理、NC(NumbericControl数控)代码自动产生→实施CAPP：完成基于产品链的工艺规划与产品设计的集成→实施PDM系统：实现CAD/CAM/CAE/CAPP/OFFICE 集成于PDM中、协同设计产品数据管理、设计工艺更改工作流管理→实施ERP系统：完成企业的物流、资金流、信息流的集成→实施CAD/CAE与三坐标测量仪之间的数据接口：完成产品质量控制与产品设计的集成→实现CAM与CNC加工中心之间的数据接口：完成协同制造与产品设计的集成→实现PDM与NERP(Next generation of Enterprise Resources Planning新一代企业资源计划)之间的数据接口：完成用户订单动态BOM、订单动态成本的有效控制→PDM与NERP的集成：实现管理软件与主流设计软件和PDM产品数据库的良好集成，最终实现基于整机产品设计数字化集成的PLM。

　　宏源公司PLM系统项目的实施重点及难点：

　　4.1 CAD/CAM/CAE与PDM集成

　　完成了二维及三维CAD/CAM/CAE软件集成于PDM中，实现PDM管理所有的产品二维和三维图文档数据。宏源产品设计采用高端的三维CAD/CAM/CAE软件UniGraphics NX。使用三维软件的第一步是建模，在对零件完成三维建模之后，产品分析便有了良好的基础。利用装配功能，可以及早发现零件设计的错误，避免干涉问题；利用机构分析，可以进行运动学和动力学分析，避免机构设计错误；利用有限元分析，可以研究构件的应力分布，对结构进行优化设计。在计算机上对设计出的产品进行仿真，充分发挥三维软件UG在零件建模、部件组件装配、机构设计分析、装配公差分析、有限元分析、加工方面的优势，快速适应市场对产品开发的要求，保证产品设计一次成功；提高了产品设计质量，缩短了设计周期，对产品的结构性能进行了分析优化，实现了CAD/CAE/CAM的集成。

　　4.2 OFFICE软件与PDM集成

　　完成了OFFICE软件与PDM的集成，实现PDM管理所有的产品设计及工艺设计的OFFICE文档(例如Word文档、Excel文档和PPT文档等)。

　　4.3 CAPP与PDM集成

　　完成了CAPP软件集成于PDM中，实现PDM管理所有的产品零部件机加工工艺、装配工艺及工装工艺文档。

　　4.4 CAD/CAE与三坐标检测仪之间的数据接口

　　完成三维CAD与三坐标测量仪之间的数据接口程序，实现CAD软件与三坐标测量仪之间三维模型共享。使用CAD/CAE系统将三维模型转化为IGES、STEP格式，通过此接口，三坐标测量仪可以读出IGES、STEP文档。实现了从设计三维模型到检测用模型的继承，从而实现了零件的数字化检测。

　　4.5 CAM与CNC加工中心之间的数据接口

　　完成三维CAD/CAE三维模型的CAM后处理，自动生成NC加工代码，实现CAM与CNC加工中心之间的数据接口程序；使用网络技术及CNC联网系统，实现CNC加工中心自动调用CAM生成的NC代码，完全替代手工数控编程，做到从数字化设计到生产加工制造的链接。

　　4.6 PDM与NERP系统的数据接口及集成

　　完成了PDM与NERP之间的数据接口程序，实现产品数据从PDM无缝导入NERP中。由PDM完成产品BOM汇总、工时定额、材料定额、工艺装备等工艺数据BOM汇总，按照PDM与NERP数据接口协议产生带格式的txt文档，由NERP的导入程序将此接口数据txt文档导入NERP中，产生与PDM相一致的产品结构和工艺数据。同时，可以将订单EBOM和CAPP卡中的工艺信息导入NERP中，实现一份订单一份EBOM结构以及其工艺数据。

　　5 结论

　　宏源公司从2008年4月至2009年12月完成了基于整机产品设计数字化集成的PLM项目建设，2010年10月通过江苏省科技厅组织的项目验收工作。在项目实施期间，新增年产值2640万元，新增利税165.13万元，项目新产品贡献率提高10%，开发周期缩短20%，制造周期缩短10%，取得了良好的社会经济效益。

　　通过本项目的开发实施，宏源公司以纺机整机产品设计数字化为核心，集成产品设计、分析仿真、工艺规划、协调制造及质量控制等应用技术，构建了统一共享的整机产品数据库，建立了产品设计制造数字化集成系统，实现了产品的全生命周期管理，实现了多项目多任务的动态综合平衡，使产品全生命周期中的成本效率最大化，帮助设计人员、工艺人员进行整机产品创新、工艺创新，提高整机产品价值及市场竞争力。同时，为全国纺机行业提供了基于整机产品设计数字化集成的PLM系统解决方案，在信息化建设中起到了示范带头作用，提高了纺机行业的整机产品设计制造信息化水平。

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