个性化定制在航天工艺PDM中的应用

摘要：本文通过分析航天制造企业工艺设计、生产管理的特点，提出了工艺PDM系统建设的迫切性及实施策略；为了实现产品制造工艺的数字化设计与管理，结合离散型制造企业生产特点，研究了工艺PDM环境下集成工艺设计与管理的方法。结合当前PDM技术发展和企业的实际需求，建立了工艺设计与管理的工艺数据模型、过程模型、组织模型和项目管理模型，设计了系统的功能模块和体系结构。通过对工艺PDM系统和相关工艺设计与管理工具的个性化定制开发，实现了集成化的工艺设计与管理，提高了工艺设计效率和产品制造质量。
关键字：工艺PDM；个性化定制；航天制造

我国大部分的航天企业的生产模式为多品种小批量生产，按订单设计，开发任务量大，变形产品多，是典型的离散型制造行业。离散制造企业要在一个可持续发展的基础上快速地开发和交付创新产品，就必须引入先进的产品研发管理理念。PDM是当今计算机应用领域的重要技术之一。在制造企业中，对生产的大量相关产品设计和制造数据进行管理，构成了企业技术工作的最重要的内容。工艺设计与管理是产品研发过程中的一个重要环节，是保证产品制造质量和生产效率的关键。传统的基于PDM的工艺设计与管理研究主要开发了工艺设计工具与工艺管理平台。其中，工艺设计工具的作用是提高工艺设计效率和简化工艺设计操作；工艺管理则侧重工艺规划、工艺信息管理和过程集成等功能的实现。离散制造企业在工艺设计与管理时如何快速地检索和利用已有的各方面知识是企业要解决的一个重要问题。PDM正是充当了这样一个集成管理者的角色，它将各方面产品信息集中管理以备检索利用，同时规定过程控制以使信息安全可靠，因此，工艺PDM技术对离散制造起着至关重要的作用。

1PDM的发展现状及其基本功能

1.1 PDM发展现状

以往的PDM偏重于产品设计部门的使用，目的是为了实现数据共享及协同设计，随着PDM系统的应用，设计与工艺两大环节的个性化要求越来越分明，同一套PDM无法满足现有的两种管理模式下如此大的差距，因此，很多企业实行了设计与工艺PDM分别建设再做集成的思路，使各环节能够在各自的优势系统中发挥更大的作用。

工艺PDM经过长年推广，制造企业中每个技术人员、生产管理人员都积累了大量数据，如产品的名称、型号、形状、大小等，但产品数据互不共享，部分数据可能还交叉重复。这不仅造成资源浪费，工作效率也比较低。如何有效管理产品数据，并帮助企业更有效地进行产品设计，是摆在制造企业面前急需解决的问题。

由于航天行业的特殊性，航天产品一般具有以下的特点：①高质量和高可靠的要求；②产品复杂，加工精度要求高；③产品种类多、系列多，技术状态比较复杂，一个产品的研制生产一般需要经过M（模样）、C（初样）、S（试样）、D（设计定型）、G（工艺定型）、P（批量生产）等阶段。航天工艺技术同设计技术一样，是航天工程技术的重要组成部分，是确保航天生产企业在严格保证交货期的同时，提供高质量型号产品的重要手段。

航天产品的特殊性对航天工艺管理提出了很高的要求。例如制造过程的严格的质量控制体系、严格的数据可追溯性、多品种小批量的生产特点要求有快速应变能力等。航天工艺管理的复杂性对传统的工艺PDM提出了挑战。

1.2 工艺PDM基本功能

1）工艺数据批量入库；
2）工艺数据管理中心；
3）工艺数据版本管理；
4）工艺数据检索；
5）工艺数据辅助分类体系；
6）工艺数据快速编制。
7）型号项目管理
8）工艺技术资料的快速流转
9）工艺更改控制及版本管理
10）设计BOM数据展开和工艺数据汇总
11）逻辑上的安全机制
12）日志管理及系统监控
13）系统集成
14）系统的扩展功能

2航天制造企业工艺PDM系统实施策略

离散型制造企业一个典型的特征就是多品种、小批量，产品完全按客户要求进行设计制造，为了让产品适应各种物理位置和使用环境，积极快速地响应客户的多样化要求，在企业内部建立一套按订单进行设计制造、服务的业务流程显得尤为重要。离散型制造企业产品配套复杂，生产工艺流程长，售后跟踪时间长。客户订单的差异化，导致了设计数据的多样化，要把这些复杂零乱的数据有序地组织起来，只有通过产品数据管理才能实现。因此只有从源头抓起，管理好企业的产品数据，才能为响应客户的多样化要求提供保证。
航天制造企业在工艺PDM系统实施过程中应采取以下策略：

1） 基础设计数据整理注重实效；
2） 建立完整的工艺产品技术档案；
3） 实现产品工艺数据的多视图管理；

3传统的产品开发和实施工艺PDM的产品开发对比

市场经济下的航天企业要求有很强的产品开发能力，这不仅指产品品种，更重要的是指产品交付时间，即尽可能提高对客户要求的响应速度。传统的个性化工艺设计与管理一直采用串行的方法。工艺总方案->工艺路线->工艺定额->工艺设计->加工制造->设计修改单链循环。在设计早期不能全面地考虑下游工序的可制造性、可装配性、质量保证等。设计改动量大、产品开发周期还不能完全满足市场要求，开发成本高。

实施工艺PDM 系统后，工艺准备阶段就是考虑个性化产品生命周期从客户需求提出到产品报废的所有因素（包括功能、质量、成本、可靠性、可制造性、环境保护）。以给设计提供减少产品早期设计阶段的盲目性的建设，尽早避免因产品设计不合理对产品生命周期后续阶段的影响，缩短研制周期，更好地满足用户需求。

4量身定做为工艺产品数据管理提速

4.1 建立辅助分类体系，工艺产品管理人员按照产品特点进行分类，分别按照不同类型给工艺文档进行归类管理，提高查询速度。

工艺人员把众多的工艺数据按照产品的型号进行分类管理，将工艺数据以不同的型号，不同的专业分类呈现出来，提高了工艺数据的检索效率。对于借用件问题，利用辅助分类体系，可简单有效地体现数据源与借用数据的关系。主分类体系中的工艺数据即可以引入到辅助分类体系中，也可以从辅助分类体系中移除，还可以把一个工艺数据添加到多个辅助分类体系中，实现从不同的视图进行工艺数据检索。

4.2 利用数据展开功能，实现产品结构树的建立

工艺PDM 系统的BOM展开等功能模块能够从设计部门生产的电子图文档（AUTOCAD2000、UGNX）中提取相关信息，创建型号产品结构树。但是针对我所实际的研制情况，我所结构件相对电气件较少，图纸电子标准化不够，所以利用材料定额员手工录入的产品装配描述文件做信息来源是当下最实际、最有效的办法。该文档是来源于材料消耗定额明细表，没有自制件下料信息的EXCEL文件。

4.3 实现面向零部件的工艺文档对象数据管理和应用

以产品结构为核心，通过多层次的文档关联，将与产品有关的所有工艺管理文档、工艺规程文档、工艺技术文档和其他管理文档联系起来，成为一个结构清晰、联系紧密、查找方便、易于追溯的有机整体。以零部件产品为源头，逐步关联工艺路线、正式工艺规程，形成正式工艺关联结构；以零部件产品为节点，并列关联临时工艺规程和工艺技术文档，形成零部件相关文档关联结构。最终使和零部件产品相关的所有文档都根据相关联系与该零部件全部关联起来。

4.4 实现材料消耗定额通过产品结构树从工艺文档内部提取汇总

创建好的产品结构树，在机加工艺卡片里填完下料信息后，就可以在产品结构树上汇总出主要材料消耗定额明细表，并可以导出和传递给物资部门。该主要材料消耗定额表的数据来源于该产品所有加工艺卡片中材料栏的信息，通过信息的组合、数据的处理，形成最终的工艺BOM。此定制的实现，取代了过去由材料定额员凭工作经验进行估料、下料的历史，由具体工艺人员指导投料，保证了下料的精确性。同时还可以由此总表汇总出各车间的定额明细表和其他信息，能够极大地缩短工艺准备周期，给工艺设计留出时间。

4.5 利用二次开发接口实现工艺文档自动编码

利用工艺PDM预留的二次开发接口，定制工艺文档自动编码功能，实现了自动编码代替过去人工要号的模式。通过编码规则，开发编码条件代码，让工艺人员在工艺设计前按照要求条件进行选择，自动生成编码，节约工艺文件归档时间，避免因人工要号造成的信息录入不准确等人为错误。

4.6 工艺数据归档方式的变更，从管理上充分发挥工艺PDM的信息化作用

实现了PDM系统中工艺数据纳入所内技术资料室管理，使归档、输出、发放等文件管理方式发生了重大的改变。毋须工艺人员奔走于工艺与资料部门之间，归档工作直接在系统中完成，再也不需要打印蜡图和蜡图晒蓝、直接打印白图输出，同时除生产线外、其它大部分的工艺文件使用单位不再发放纸质文件，节省了人力、物力，目前已有多个型号的工艺在系统中纳入技术资料室管理。

5工艺PDM系统在个性化定制中的作用

5.1 工艺PDM系统是最好的3C集成平台

它支持分布、异构环境下的不同软件平台、不同网络和不同数据库，不同的CAD/CAPP/CAM系统都可以从工艺PDM中提取各自所需的信息，再把结果放回工艺PDM中，从而真正实现了3C的无缝集成。

5.2 航天企业技术部门信息传递的桥梁

工艺PDM是沟通产品设计、工艺部门和MRPII/ERP之间信息传递的桥梁，使MRPII/ERP从工艺PDM平台自动得到所需的产品信息，如材料定额BOM等，MRPII/ERP也可通过共有PDM这一桥梁将有关信息自动传递或交换给3C系统。

5.3 整合企业已有资源的资源库。

工艺PDM的电子资料和文档管理提供了对多种数据的存储、检索和管理功能。

工艺PDM作为连接多个不同领域的一种集成工具，确保了整个航天企业中不光工艺人员还包括其他有关人员在适当的时候以适当的形式得到适当的信息，从而保证了在正确的时刻利用正确的信息做出正确的决策。利用工艺PDM可以提高数据重用率，提高了信息流转速度，缩短多型号小批生产周期，提高航天制造企业综合竞争力和企业效益。

参考文献:
[1]《开目PDM用户手册》武汉开目信息技术有限责任公司2007年5月
[2]《开目PDM管理员手册》武汉开目信息技术有限责任公司2007年5月
[3]祁国宁等《图解产品数据管理》机械工业出版社 2005年
[4]范文慧、李涛、熊光楞《产品数据管理（PDM）的原理与实施》机械工业出版社 2004年
[5]席丹《现代制造业信息化建设实务》 电子工业出版社 2005年11月