模具制造業(yè)PDM技術(shù)的應(yīng)用
1 前言
PDM(Product Data Management，簡(jiǎn)稱(chēng)PDM)是一門(mén)管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息(包括電子文檔、數(shù)字化文件、數(shù)據(jù)庫(kù)記錄等)和所有與產(chǎn)品相關(guān)的過(guò)程(包括審批／發(fā)放過(guò)程、工程更改過(guò)程等)的技術(shù)，它是一門(mén)集數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)管理能力、網(wǎng)絡(luò)通訊能力與過(guò)程控制能力于一體的工程數(shù)據(jù)管理綜合技術(shù)。
隨著國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)日益強(qiáng)勁，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正在將大批的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移，其轉(zhuǎn)移的重點(diǎn)就是制造業(yè)，我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展正面臨一個(gè)難得的機(jī)遇。為此，科技部在原攻關(guān)計(jì)劃制造業(yè)信息化工程項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，整合863計(jì)劃和攻關(guān)計(jì)劃有關(guān)的科技資源，組織實(shí)施制造業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用示范工程，以期大幅度提高我國(guó)制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和升級(jí)，以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)制造業(yè)的跨躍式發(fā)展。
隨著國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)日益強(qiáng)勁，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正在將大批的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移，其轉(zhuǎn)移的重點(diǎn)就是制造業(yè)，我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展正面臨一個(gè)難得的機(jī)遇。為此，科技部在原攻關(guān)計(jì)劃制造業(yè)信息化工程項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，整合863計(jì)劃和攻關(guān)計(jì)劃有關(guān)的科技資源，組織實(shí)施制造業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用示范工程，以期大幅度提高我國(guó)制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和升級(jí)，以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)制造業(yè)的跨躍式發(fā)展。
改革開(kāi)放20多年來(lái)，我國(guó)已成為使用各類(lèi)模具的大國(guó)。深圳的模具制造業(yè)經(jīng)過(guò)不懈的努力，已從最初以作坊式為主的低水平制造發(fā)展成為深圳市的支柱產(chǎn)業(yè)，進(jìn)而成為全國(guó)模具制造業(yè)的領(lǐng)頭羊。國(guó)家大力推行制造業(yè)信息化技術(shù)，為進(jìn)一步提升深圳模具企業(yè)的技術(shù)水平，保持深圳模具在全國(guó)的領(lǐng)先地位帶來(lái)了新的機(jī)遇。本文結(jié)合作者對(duì)深圳模具企業(yè)(只針對(duì)塑膠模具企業(yè)，下同)調(diào)研過(guò)程中了解的模具制造業(yè)生產(chǎn)模式的特點(diǎn)及對(duì)信息化的需求，探討面向模具制造的PDM技術(shù)應(yīng)用。
2 PDM系統(tǒng)的主要應(yīng)用功能
PDM系統(tǒng)包含的主要應(yīng)用功能有：文檔控制、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理、工作流與過(guò)程管理、項(xiàng)目管理、信息分類(lèi)與檢索、應(yīng)用系統(tǒng)集成、變更控制等，它提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和技術(shù)支持服務(wù)所需的大量數(shù)據(jù)跟蹤與存儲(chǔ)功能，進(jìn)而控制產(chǎn)品信息的處理和使用，管理產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程，見(jiàn)圖1。
2 PDM系統(tǒng)的主要應(yīng)用功能
PDM系統(tǒng)包含的主要應(yīng)用功能有：文檔控制、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理、工作流與過(guò)程管理、項(xiàng)目管理、信息分類(lèi)與檢索、應(yīng)用系統(tǒng)集成、變更控制等，它提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和技術(shù)支持服務(wù)所需的大量數(shù)據(jù)跟蹤與存儲(chǔ)功能，進(jìn)而控制產(chǎn)品信息的處理和使用，管理產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程，見(jiàn)圖1。
PDM不僅可以有效地將概念設(shè)計(jì)、工程分析、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝流程設(shè)計(jì)、制造、銷(xiāo)售、維護(hù)，直至產(chǎn)品報(bào)廢的整個(gè)生命周期與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)予以定義、組織和管理，使產(chǎn)品數(shù)據(jù)在整個(gè)生命周期內(nèi)保持一致、最新、共享及安全，同時(shí)，還為CAx／DFx應(yīng)用提供統(tǒng)一的集成運(yùn)行平臺(tái)，是連接CAD／CAPP／CAM系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)、MRPII／ERP、車(chē)間管理與控制系統(tǒng)的橋梁與紐帶。通過(guò)PDM系統(tǒng)的有效實(shí)施與管理，可及時(shí)提供給設(shè)計(jì)人員正確的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，避免繁瑣的數(shù)據(jù)查找，提高設(shè)計(jì)效率；保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的詳細(xì)數(shù)據(jù)能有序存取，提高設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的再利用率，減少重復(fù)勞動(dòng)；有效控制工程更改，決策人員可以方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)審查；可以進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程控制，提供并行設(shè)計(jì)的協(xié)同工作環(huán)境；有利于整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的系統(tǒng)集成(包括供應(yīng)商、MRPII、銷(xiāo)售、支持與維修服務(wù)等)。
3 模具制造業(yè)生產(chǎn)模式的特點(diǎn)和趨勢(shì)
3．1 模具制造業(yè)生產(chǎn)模式的特點(diǎn)
模具是特定產(chǎn)品零件生產(chǎn)用的專(zhuān)用工裝，如塑膠模是用于把塑性材料加工成大批的、統(tǒng)一形狀的部件。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，60％—90％的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具加工技術(shù)，模具工業(yè)已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。在新產(chǎn)品層出不窮的今天，許多產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)都依賴(lài)于模具生產(chǎn)。根據(jù)國(guó)際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)的預(yù)測(cè)，21世紀(jì)機(jī)械制造工業(yè)零件粗加工的75％，精加工的50％都需要通過(guò)模具來(lái)完成，其中汽車(chē)、電器、通信、石化、建筑等行業(yè)最為突出?1I。如何在保證模具質(zhì)量的前提下，以最低的成本和最短的周期，將模具提交給用戶(hù)，是當(dāng)前模具業(yè)追求的主要目標(biāo)。模具制造業(yè)生產(chǎn)模式的特點(diǎn)和趨勢(shì)歸納起來(lái)，有如下幾點(diǎn)：
模具是特定產(chǎn)品零件生產(chǎn)用的專(zhuān)用工裝，如塑膠模是用于把塑性材料加工成大批的、統(tǒng)一形狀的部件。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，60％—90％的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具加工技術(shù)，模具工業(yè)已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。在新產(chǎn)品層出不窮的今天，許多產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)都依賴(lài)于模具生產(chǎn)。根據(jù)國(guó)際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)的預(yù)測(cè)，21世紀(jì)機(jī)械制造工業(yè)零件粗加工的75％，精加工的50％都需要通過(guò)模具來(lái)完成，其中汽車(chē)、電器、通信、石化、建筑等行業(yè)最為突出?1I。如何在保證模具質(zhì)量的前提下，以最低的成本和最短的周期，將模具提交給用戶(hù)，是當(dāng)前模具業(yè)追求的主要目標(biāo)。模具制造業(yè)生產(chǎn)模式的特點(diǎn)和趨勢(shì)歸納起來(lái)，有如下幾點(diǎn)：
(1)為典型的單品單樣個(gè)別接單生產(chǎn)。模具訂單是陸續(xù)隨機(jī)到達(dá)的，且定單數(shù)量呈季節(jié)性變化。
(2)幾乎每一個(gè)定單都有其特殊性，從產(chǎn)品訂貨決策到制造的全過(guò)程中，每一套模具都具有一定的獨(dú)立性，企業(yè)需要針對(duì)每一份訂單編制相應(yīng)的生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃。而且，在模具開(kāi)發(fā)的不同階段，要對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃由粗到細(xì)多次進(jìn)行制定和修改。
(3)每副模具都必須進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)。由于不同產(chǎn)品在外觀、結(jié)構(gòu)及成型工藝上的特殊性，需要對(duì)每副模具進(jìn)行個(gè)別設(shè)計(jì)。因此模具設(shè)計(jì)常分為制件工藝分析與設(shè)計(jì)，模具總體方案設(shè)計(jì)，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，施工圖設(shè)計(jì)四個(gè)階段。在模具的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，設(shè)計(jì)所占的時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，約達(dá)到整個(gè)開(kāi)發(fā)周期的1／3。
(4)模具質(zhì)量管理是由用戶(hù)參與的多層次質(zhì)量管理系統(tǒng)。在模具報(bào)價(jià)與合同訂單的簽訂時(shí)，企業(yè)就需要與用戶(hù)協(xié)商確定產(chǎn)品圖，以及有關(guān)的技術(shù)要求；在進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等階段中，企業(yè)均需要與用戶(hù)進(jìn)行協(xié)調(diào)；在最終產(chǎn)品的驗(yàn)收過(guò)程中，企業(yè)還需要用戶(hù)的大力合作。
(5)盡管在現(xiàn)代模具生產(chǎn)中采用了先進(jìn)的高效、高精機(jī)床和自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)，全面采用了標(biāo)準(zhǔn)和通用零、部件，但是，模具型腔、型芯表面精飾加工(如：拋光、研磨等)，模具鉗工與裝配仍然依賴(lài)技術(shù)工人的手工勞動(dòng)，其工作量將占模具總工作量(按工時(shí)計(jì))的25％—45％。因此，制造工藝規(guī)范化成為了控制模具合理化生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)。
(2)幾乎每一個(gè)定單都有其特殊性，從產(chǎn)品訂貨決策到制造的全過(guò)程中，每一套模具都具有一定的獨(dú)立性，企業(yè)需要針對(duì)每一份訂單編制相應(yīng)的生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃。而且，在模具開(kāi)發(fā)的不同階段，要對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃由粗到細(xì)多次進(jìn)行制定和修改。
(3)每副模具都必須進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)。由于不同產(chǎn)品在外觀、結(jié)構(gòu)及成型工藝上的特殊性，需要對(duì)每副模具進(jìn)行個(gè)別設(shè)計(jì)。因此模具設(shè)計(jì)常分為制件工藝分析與設(shè)計(jì)，模具總體方案設(shè)計(jì)，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，施工圖設(shè)計(jì)四個(gè)階段。在模具的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，設(shè)計(jì)所占的時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，約達(dá)到整個(gè)開(kāi)發(fā)周期的1／3。
(4)模具質(zhì)量管理是由用戶(hù)參與的多層次質(zhì)量管理系統(tǒng)。在模具報(bào)價(jià)與合同訂單的簽訂時(shí)，企業(yè)就需要與用戶(hù)協(xié)商確定產(chǎn)品圖，以及有關(guān)的技術(shù)要求；在進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等階段中，企業(yè)均需要與用戶(hù)進(jìn)行協(xié)調(diào)；在最終產(chǎn)品的驗(yàn)收過(guò)程中，企業(yè)還需要用戶(hù)的大力合作。
(5)盡管在現(xiàn)代模具生產(chǎn)中采用了先進(jìn)的高效、高精機(jī)床和自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)，全面采用了標(biāo)準(zhǔn)和通用零、部件，但是，模具型腔、型芯表面精飾加工(如：拋光、研磨等)，模具鉗工與裝配仍然依賴(lài)技術(shù)工人的手工勞動(dòng)，其工作量將占模具總工作量(按工時(shí)計(jì))的25％—45％。因此，制造工藝規(guī)范化成為了控制模具合理化生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)。
3．2 模縣制造業(yè)生產(chǎn)模式的發(fā)展趨勢(shì)
模具作為一種高附加值的技術(shù)密集產(chǎn)品，它的技術(shù)水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。隨著當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，模具制造模式也呈現(xiàn)出了如下發(fā)展趨勢(shì)：
模具作為一種高附加值的技術(shù)密集產(chǎn)品，它的技術(shù)水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。隨著當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，模具制造模式也呈現(xiàn)出了如下發(fā)展趨勢(shì)：
(1)由于模具CAD／CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共性技術(shù)，近年來(lái)模具CAD／CAM技術(shù)的硬件與軟件價(jià)格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，特別是微機(jī)的普及應(yīng)用，更為廣大模具企業(yè)普及模具CAD／CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好的條件，因此，模具企業(yè)應(yīng)用CAD／CAM技術(shù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)與制造已成為必然。
(2)選用優(yōu)質(zhì)鋼材和相應(yīng)的表面處理技術(shù)來(lái)提高模具的壽命已越來(lái)越受到企業(yè)的重視。
(3)制造商要求通過(guò)減少物理樣機(jī)，提高產(chǎn)品質(zhì)量來(lái)降低成本并加速產(chǎn)品上市，這種需求在模具制造業(yè)中尤為突出。因此在模具CAD／CAM技術(shù)中集成數(shù)字化分析技術(shù)，獲得完善的CAD／CAB／CAM解決方案，是目前的一個(gè)重要發(fā)展方向。
(4)CAD／CAM技術(shù)的普及和層次的提高，以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為模具企業(yè)實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)與制造創(chuàng)造了條件，成為企業(yè)有效縮短模具開(kāi)發(fā)周期、降低模具開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的有利武器。
(2)選用優(yōu)質(zhì)鋼材和相應(yīng)的表面處理技術(shù)來(lái)提高模具的壽命已越來(lái)越受到企業(yè)的重視。
(3)制造商要求通過(guò)減少物理樣機(jī)，提高產(chǎn)品質(zhì)量來(lái)降低成本并加速產(chǎn)品上市，這種需求在模具制造業(yè)中尤為突出。因此在模具CAD／CAM技術(shù)中集成數(shù)字化分析技術(shù)，獲得完善的CAD／CAB／CAM解決方案，是目前的一個(gè)重要發(fā)展方向。
(4)CAD／CAM技術(shù)的普及和層次的提高，以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為模具企業(yè)實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)與制造創(chuàng)造了條件，成為企業(yè)有效縮短模具開(kāi)發(fā)周期、降低模具開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的有利武器。
4 模具制造業(yè)應(yīng)用PDM技術(shù)的總體目標(biāo)
模具制造業(yè)應(yīng)用PDM技術(shù)的總體目標(biāo)應(yīng)包括
(1)產(chǎn)品信息的完整性、規(guī)范化管理。
PDM系統(tǒng)管理的產(chǎn)品信息將涉及到模具設(shè)計(jì)、工藝、制造、經(jīng)營(yíng)和服務(wù)等各部門(mén)，實(shí)施PDM系統(tǒng)應(yīng)充分考慮上述各部門(mén)的要求，并提供必要的信息共享環(huán)境。同時(shí)，通過(guò)實(shí)施產(chǎn)品配置管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)品信息的一致性、唯一性、完整性和科學(xué)性。
PDM系統(tǒng)管理的產(chǎn)品信息將涉及到模具設(shè)計(jì)、工藝、制造、經(jīng)營(yíng)和服務(wù)等各部門(mén)，實(shí)施PDM系統(tǒng)應(yīng)充分考慮上述各部門(mén)的要求，并提供必要的信息共享環(huán)境。同時(shí)，通過(guò)實(shí)施產(chǎn)品配置管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)品信息的一致性、唯一性、完整性和科學(xué)性。
(2)工作流程的科學(xué)性和靈活性管理。
由于模具企業(yè)接訂單的特殊性，以及模具設(shè)計(jì)、制造的個(gè)性化需求，使得模具產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中的工作流程呈現(xiàn)出多回路的特性。因此，PDM系統(tǒng)的實(shí)施應(yīng)兼顧高效暢通和方便更改，以實(shí)現(xiàn)流程優(yōu)化再造。
由于模具企業(yè)接訂單的特殊性，以及模具設(shè)計(jì)、制造的個(gè)性化需求，使得模具產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中的工作流程呈現(xiàn)出多回路的特性。因此，PDM系統(tǒng)的實(shí)施應(yīng)兼顧高效暢通和方便更改，以實(shí)現(xiàn)流程優(yōu)化再造。
(3)有效的項(xiàng)目管理。
模具企業(yè)的生產(chǎn)管理是典型的按照單一定單實(shí)施的項(xiàng)目管理，每一副模具從接單、設(shè)計(jì)到生產(chǎn)、測(cè)試都體現(xiàn)出其獨(dú)立性，都需要專(zhuān)門(mén)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人對(duì)人員進(jìn)行管理，需要制訂專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)特定的工藝、組織特定的生產(chǎn)過(guò)程。因此，在PDM系統(tǒng)的實(shí)施中，是否實(shí)現(xiàn)有效的項(xiàng)目管理是決定PDM系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵。
(4)CAD／CAM／CAE的全面集成。
由于模具企業(yè)應(yīng)用CAD／CAM／CAE技術(shù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)與制造已成為必然，因此，應(yīng)使PDM系統(tǒng)成為全面集成CAD／CAM／CAE技術(shù)的平臺(tái)，以保證企業(yè)中相關(guān)項(xiàng)目的任何人在任何地點(diǎn)、任意時(shí)候都可以得到所需要的正確的、唯一的產(chǎn)品信息，避免因人工參與的中間環(huán)節(jié)信息處理錯(cuò)誤而導(dǎo)致產(chǎn)品信息的混亂。
模具企業(yè)的生產(chǎn)管理是典型的按照單一定單實(shí)施的項(xiàng)目管理，每一副模具從接單、設(shè)計(jì)到生產(chǎn)、測(cè)試都體現(xiàn)出其獨(dú)立性，都需要專(zhuān)門(mén)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人對(duì)人員進(jìn)行管理，需要制訂專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)特定的工藝、組織特定的生產(chǎn)過(guò)程。因此，在PDM系統(tǒng)的實(shí)施中，是否實(shí)現(xiàn)有效的項(xiàng)目管理是決定PDM系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵。
(4)CAD／CAM／CAE的全面集成。
由于模具企業(yè)應(yīng)用CAD／CAM／CAE技術(shù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)與制造已成為必然，因此，應(yīng)使PDM系統(tǒng)成為全面集成CAD／CAM／CAE技術(shù)的平臺(tái)，以保證企業(yè)中相關(guān)項(xiàng)目的任何人在任何地點(diǎn)、任意時(shí)候都可以得到所需要的正確的、唯一的產(chǎn)品信息，避免因人工參與的中間環(huán)節(jié)信息處理錯(cuò)誤而導(dǎo)致產(chǎn)品信息的混亂。
(5)并行工程的要求。
模具制造過(guò)程中多回路的工作流程特性，使得應(yīng)用并行工程成為有效提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效益，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的有力工具。并行工程的實(shí)現(xiàn)要求PDM系統(tǒng)具有支持異構(gòu)的計(jì)算機(jī)環(huán)境，提供單一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)源，可實(shí)施過(guò)程的管理與監(jiān)控，以及支持虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等功能。
模具制造過(guò)程中多回路的工作流程特性，使得應(yīng)用并行工程成為有效提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效益，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的有力工具。并行工程的實(shí)現(xiàn)要求PDM系統(tǒng)具有支持異構(gòu)的計(jì)算機(jī)環(huán)境，提供單一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)源，可實(shí)施過(guò)程的管理與監(jiān)控，以及支持虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等功能。
(6)協(xié)同環(huán)境的適應(yīng)。
模具企業(yè)實(shí)施PDM管理時(shí)還應(yīng)充分考慮所應(yīng)用的系統(tǒng)與外部協(xié)同環(huán)境相適應(yīng)，尤其是大型企業(yè)采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，應(yīng)保證異構(gòu)環(huán)境下的數(shù)據(jù)通訊，以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求。同時(shí)，PDM系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有可擴(kuò)展性和開(kāi)放性。
模具企業(yè)實(shí)施PDM管理時(shí)還應(yīng)充分考慮所應(yīng)用的系統(tǒng)與外部協(xié)同環(huán)境相適應(yīng)，尤其是大型企業(yè)采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，應(yīng)保證異構(gòu)環(huán)境下的數(shù)據(jù)通訊，以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求。同時(shí)，PDM系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有可擴(kuò)展性和開(kāi)放性。
5 模具制造業(yè)應(yīng)用PDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型
5．1 人員數(shù)據(jù)模型
人員數(shù)據(jù)模型包括人員組織、角色設(shè)定以及角色權(quán)限設(shè)定3部分。
人員數(shù)據(jù)模型包括人員組織、角色設(shè)定以及角色權(quán)限設(shè)定3部分。
根據(jù)模具企業(yè)組織模具開(kāi)發(fā)的模式不同，其人員組織各不相同，概括起來(lái)不外乎如下3種類(lèi)型：
(1)傳統(tǒng)企業(yè)型：即按照專(zhuān)業(yè)劃分配備人員，各部門(mén)的工作性質(zhì)單一，工作人員較為固定，工作流程以串行為主，見(jiàn)圖2。
(1)傳統(tǒng)企業(yè)型：即按照專(zhuān)業(yè)劃分配備人員，各部門(mén)的工作性質(zhì)單一，工作人員較為固定，工作流程以串行為主，見(jiàn)圖2。
(2)動(dòng)態(tài)型：即產(chǎn)品開(kāi)發(fā)按照項(xiàng)目組織人員，每一組人員中包括完成某一特定模具開(kāi)發(fā)所需要的所有設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、管理、售后服務(wù)人員。隨著項(xiàng)目轉(zhuǎn)型，人員也相對(duì)變化。工作流程在組內(nèi)以串行為主，對(duì)企業(yè)則以并行為主，企業(yè)的銷(xiāo)售、行政、財(cái)務(wù)等非生產(chǎn)部門(mén)則相對(duì)固定。在生產(chǎn)的安排上又可分為按照單一產(chǎn)品完成整個(gè)產(chǎn)品的制造；以及集中加工，按產(chǎn)品分組裝配兩種方式，見(jiàn)圖3。
(3)外協(xié)組裝型：模具的設(shè)計(jì)完成后，由oEM供應(yīng)商組織零部件的生產(chǎn)，模具企業(yè)采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件及模具零部件并進(jìn)行組裝后出售。這種類(lèi)型的模具企業(yè)人員成本和設(shè)備投入相對(duì)較小，生產(chǎn)組織靈活，但生產(chǎn)成本相對(duì)較高，模具開(kāi)發(fā)的主要人員為設(shè)計(jì)人員及裝配技術(shù)工人，見(jiàn)圖4。
雖然不同企業(yè)的人員組織不同，但其角色設(shè)定及權(quán)限設(shè)定是大致相同的。因此，當(dāng)企業(yè)的人員組織結(jié)構(gòu)確定之后，即可確定人員數(shù)據(jù)模型。人員數(shù)據(jù)模型可用表格描述間，根據(jù)圖2建立的人員數(shù)據(jù)表見(jiàn)表1。
5．2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型
PDM系統(tǒng)通常用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)描述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)由產(chǎn)品裝配圖和產(chǎn)品零部件明細(xì)表產(chǎn)生，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)描述了產(chǎn)品零件信息、裝配層次關(guān)系、以及裝配關(guān)系的信息。一般注射模產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)見(jiàn)圖5。
PDM系統(tǒng)通常用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)描述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)由產(chǎn)品裝配圖和產(chǎn)品零部件明細(xì)表產(chǎn)生，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)描述了產(chǎn)品零件信息、裝配層次關(guān)系、以及裝配關(guān)系的信息。一般注射模產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)見(jiàn)圖5。
圖5中，第一層為根節(jié)點(diǎn)，代表產(chǎn)品；第二層為葉節(jié)點(diǎn)，代表組成模具的各個(gè)部件；第三層也為葉節(jié)點(diǎn)(以下各層均為葉節(jié)點(diǎn))，代表構(gòu)成各部件的零件或組件。
上述結(jié)構(gòu)樹(shù)根據(jù)管理的需要還可進(jìn)一步細(xì)分，直至每一零件的毛胚或原材料。
5．3 工作流程管理模型
工作流程管理通常需要定義以下幾方面的內(nèi)容：
工作流程管理通常需要定義以下幾方面的內(nèi)容：
(1)工作流程的名稱(chēng)和適用范圍。
(2)工作流程階段數(shù)量、先后次序及返回的邏輯。
(3)對(duì)應(yīng)每一階段的人員角色和表決模式。
(4)在每一階段開(kāi)始和結(jié)束時(shí)需要完成的特殊任務(wù)。
(5)在整個(gè)工作流程中產(chǎn)品數(shù)據(jù)版本變化規(guī)則。
(2)工作流程階段數(shù)量、先后次序及返回的邏輯。
(3)對(duì)應(yīng)每一階段的人員角色和表決模式。
(4)在每一階段開(kāi)始和結(jié)束時(shí)需要完成的特殊任務(wù)。
(5)在整個(gè)工作流程中產(chǎn)品數(shù)據(jù)版本變化規(guī)則。
工作流程管理模型可根據(jù)實(shí)際工作流程用表格形式對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行描述。
6 模具制造業(yè)應(yīng)用PDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
6．1 產(chǎn)品配置管理
由于模具企業(yè)單件生產(chǎn)的特點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品實(shí)施配置管理就顯得尤為重要。
產(chǎn)品配置是指按照某一產(chǎn)品內(nèi)部的所有零件數(shù)量、性質(zhì)及相互關(guān)系對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行編組。其管理的目標(biāo)是：
由于模具企業(yè)單件生產(chǎn)的特點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品實(shí)施配置管理就顯得尤為重要。
產(chǎn)品配置是指按照某一產(chǎn)品內(nèi)部的所有零件數(shù)量、性質(zhì)及相互關(guān)系對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行編組。其管理的目標(biāo)是：
(1)建立產(chǎn)品的整體模型，形象地描述產(chǎn)品全部數(shù)據(jù)及其相互關(guān)系。
(2)建立產(chǎn)品的配置規(guī)則，以便給設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及管理部門(mén)提供統(tǒng)一的、準(zhǔn)確的產(chǎn)品信息。
(3)建立一致的產(chǎn)品材料清單，避免造成返工和浪費(fèi)。
(4)建立產(chǎn)品更改的歷史記錄——版本管理，以保證在任何時(shí)候，相關(guān)的任何人都能得到正確的產(chǎn)品版本。
(2)建立產(chǎn)品的配置規(guī)則，以便給設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及管理部門(mén)提供統(tǒng)一的、準(zhǔn)確的產(chǎn)品信息。
(3)建立一致的產(chǎn)品材料清單，避免造成返工和浪費(fèi)。
(4)建立產(chǎn)品更改的歷史記錄——版本管理，以保證在任何時(shí)候，相關(guān)的任何人都能得到正確的產(chǎn)品版本。
根據(jù)模具的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)及配置規(guī)則，即可得到不同配置條件下的產(chǎn)品配置子模型。根據(jù)圖5得到的產(chǎn)品配置子模型見(jiàn)圖6。
6．2 PDM系統(tǒng)與CAD／CAM／CAE的集成
6．2．1 與CAD／CAM集成的幾種模式
(1)封裝模式：封裝模式是將所有CAD／CAM應(yīng)用程序進(jìn)行集成，使不同的應(yīng)用程序之間能夠共享信息，而PDM系統(tǒng)則可以對(duì)不同應(yīng)用程序分別放在數(shù)據(jù)庫(kù)中的特征數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)文件進(jìn)行有效的管理。當(dāng)PDM系統(tǒng)封裝了CAD／CAM／CAE應(yīng)用程序,即可在PDM系統(tǒng)的圖形文件中直接激活相應(yīng)的CAD／CAM／CAE系統(tǒng)，并在該系統(tǒng)中將相應(yīng)的圖形文件顯示為圖形。反之，在CAD／CAM／CAE系統(tǒng)中也可直接進(jìn)入PDM系統(tǒng)，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理操作，但不允許PDM系統(tǒng)管理文件內(nèi)部的數(shù)據(jù)，如特征、參數(shù)和裝配數(shù)據(jù)等。一般，封裝模式用于PDM系統(tǒng)與二維CAD軟件的集成，自動(dòng)化程度較低，但實(shí)施工作量較少，容易實(shí)現(xiàn)。
(2)接口模式：接口模式通過(guò)編制接口程序破譯產(chǎn)品內(nèi)部的相互關(guān)系，從而能夠根據(jù)CAD裝配文件中的裝配樹(shù)自動(dòng)生成PDM中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)，并能從PDM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)中提取最新的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)系，去修改CAD中的裝配文件，使兩者保持異步一致。因此，采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口建立PDM的產(chǎn)品配置與多種CAD軟件的裝配結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，可實(shí)現(xiàn)多種CAD軟件共享同一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，但數(shù)據(jù)必須具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。接口模式的自動(dòng)化程度更高，PDM系統(tǒng)與CAD系統(tǒng)之間能自動(dòng)交換文件內(nèi)部數(shù)據(jù)。在CAD菜單中具有某些PDM的功能，在PDM菜單中也具有某些CAD的功能。一般，接口模式用于PDM系統(tǒng)與三維CAD軟件的集成。但接口模式的開(kāi)發(fā)工作量大，對(duì)人員的要求高，且系統(tǒng)的維護(hù)工作還需要人工處理。
(2)接口模式：接口模式通過(guò)編制接口程序破譯產(chǎn)品內(nèi)部的相互關(guān)系，從而能夠根據(jù)CAD裝配文件中的裝配樹(shù)自動(dòng)生成PDM中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)，并能從PDM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)中提取最新的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)系，去修改CAD中的裝配文件，使兩者保持異步一致。因此，采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口建立PDM的產(chǎn)品配置與多種CAD軟件的裝配結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，可實(shí)現(xiàn)多種CAD軟件共享同一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，但數(shù)據(jù)必須具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。接口模式的自動(dòng)化程度更高，PDM系統(tǒng)與CAD系統(tǒng)之間能自動(dòng)交換文件內(nèi)部數(shù)據(jù)。在CAD菜單中具有某些PDM的功能，在PDM菜單中也具有某些CAD的功能。一般，接口模式用于PDM系統(tǒng)與三維CAD軟件的集成。但接口模式的開(kāi)發(fā)工作量大，對(duì)人員的要求高，且系統(tǒng)的維護(hù)工作還需要人工處理。
(3)集成模式：集成模式中PDM系統(tǒng)對(duì)所有類(lèi)型的信息都提供了全自動(dòng)的雙向相關(guān)交換，包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)、特征數(shù)據(jù)和面向應(yīng)用的數(shù)據(jù)。采用集成模式可制定統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，只要其中之一的關(guān)系發(fā)生變化，另一個(gè)隨之發(fā)生改變，在CAD環(huán)境中能使用所有PDM功能，始終保持CAD的產(chǎn)品裝配關(guān)系和PDM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)同步一致。一般，集成模式用于PDM和CAD的緊密集成，只有軟件供應(yīng)商才能夠提供這種模式。對(duì)企業(yè)而言，其開(kāi)發(fā)工作量最少，使用最方便。但對(duì)實(shí)施單位(軟件供應(yīng)商)而言，要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，還要投人大量精力開(kāi)發(fā)用戶(hù)界面。開(kāi)發(fā)的費(fèi)用也較高。
6．2．2 PDM系統(tǒng)與CAE的集成
由于CAE軟件主要產(chǎn)生對(duì)具體零件的分析計(jì)算結(jié)果，因此可采用封裝模式實(shí)現(xiàn)集成。同時(shí)通過(guò)定義在PDM系統(tǒng)中對(duì)CAE分析計(jì)算結(jié)果的管理規(guī)則，實(shí)施對(duì)CAE數(shù)據(jù)的管理。集成的結(jié)果是在PDM系統(tǒng)中能夠隨時(shí)激活CAE軟件，能夠識(shí)別CAE文件類(lèi)型，并在CAE環(huán)境下和PDM系統(tǒng)交換信息，完成存、取、刪、改、查等操作。
由于CAE軟件主要產(chǎn)生對(duì)具體零件的分析計(jì)算結(jié)果，因此可采用封裝模式實(shí)現(xiàn)集成。同時(shí)通過(guò)定義在PDM系統(tǒng)中對(duì)CAE分析計(jì)算結(jié)果的管理規(guī)則，實(shí)施對(duì)CAE數(shù)據(jù)的管理。集成的結(jié)果是在PDM系統(tǒng)中能夠隨時(shí)激活CAE軟件，能夠識(shí)別CAE文件類(lèi)型，并在CAE環(huán)境下和PDM系統(tǒng)交換信息，完成存、取、刪、改、查等操作。
6、2．3 模具制造業(yè)集成模式的選擇
綜合上述各種集成模式的應(yīng)用環(huán)境以及優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合模具制造業(yè)生產(chǎn)模式的特點(diǎn)，PDM與CAD／CAM的集成一般選擇接口模式較為合適。事實(shí)上，在目前已經(jīng)實(shí)施PDM管理的企業(yè)中，大多采用了接口模式。一些PDM的軟件供應(yīng)商甚至提前做好了PDM與目前市場(chǎng)上較通用的三維CAD軟件的接口，如SMARTEAM與UG、PRo／E的集成等。
6．3 并行工程的實(shí)現(xiàn)
并行工程是指在進(jìn)行上游環(huán)節(jié)工作的同時(shí)，盡可能考慮下游環(huán)境的工作，通過(guò)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，并行地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、測(cè)試準(zhǔn)備等工作，以最大限度地減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。
綜合上述各種集成模式的應(yīng)用環(huán)境以及優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合模具制造業(yè)生產(chǎn)模式的特點(diǎn)，PDM與CAD／CAM的集成一般選擇接口模式較為合適。事實(shí)上，在目前已經(jīng)實(shí)施PDM管理的企業(yè)中，大多采用了接口模式。一些PDM的軟件供應(yīng)商甚至提前做好了PDM與目前市場(chǎng)上較通用的三維CAD軟件的接口，如SMARTEAM與UG、PRo／E的集成等。
6．3 并行工程的實(shí)現(xiàn)
并行工程是指在進(jìn)行上游環(huán)節(jié)工作的同時(shí)，盡可能考慮下游環(huán)境的工作，通過(guò)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，并行地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、測(cè)試準(zhǔn)備等工作，以最大限度地減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。
實(shí)現(xiàn)并行工程必須依靠PDM技術(shù)。PDM的數(shù)據(jù)集成和管理功能能夠提供單一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)源，可保證在并行工作中產(chǎn)品數(shù)據(jù)的正確、唯一性；PDM對(duì)過(guò)程的管理與監(jiān)控，可保證并行工程的有效進(jìn)行；PDM對(duì)虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的支持，可及時(shí)實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)外部的信息交流，有效降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。 如何在保證模具質(zhì)量的前提下，以最低的成本和最短的周期，將模具提交給用戶(hù)，是當(dāng)前模具業(yè)追求的主要目標(biāo)。因此，在模具制造業(yè)中實(shí)現(xiàn)并行工程，無(wú)疑是一種明智的選擇。
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