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1. re: 虚拟研发中心的设想
<div style="background:#F3F3F3;border:1px solid #ccc;width:95%;margin-left:6px;margin-bottom:5px;padding:5px;font-size:12px;color:#000"><div class="tL">以下是引用tjzkw在2013-12-16 11:05的发言:</div><div class="tL" style="padding-top:10px;">在云计算的基础上组建虚拟的研发中心,乃至于虚拟的企业,是一个好的思路。</div></div>士的车,未来的虚拟企业创建成本会很低!--jwcad
2. re: 虚拟研发中心的设想
在云计算的基础上组建虚拟的研发中心,乃至于虚拟的企业,是一个好的思路。--tjzkw
3. re: CIO的归宿
行行出状元,适当的位置可能是企业或部门的福祉,但也可能是灾难。
对于人才总会找到自己的位置,获得心灵的富足!--jwcad
4. re: CIO的归宿
总的来说,做技术工作在企业里发展是有限的,只能是向管理方向发展。譬如Professor&nbsp;Xiong作为CIMS的总工,也就哪样嘛。--tjzkw
5. re: 2010 e-works新年博客大赛:蓦然回首
这三个境界几乎可以成为一个理论模型!--jwcad
6. re: 2010 e-works新年博客大赛:蓦然回首
大凡成就之事,成功之人必经过这三个境界,信息化要取得成功也是如此。信息化项目开始时,充满好奇,登高望远,持有信心,打算背水一战。谁知下定决心易,长期坚持难。难免出现观望和混乱的状态,这时需要的是控制和坚持、坚持、再坚持。量变的积累,势必能迎来质变,最后皇天不负有心人,项目成功了。收到了令人满意的结果,并稳中求胜,能够持续的改善。--唐志明
7. re: 2010 e-works新年博客大赛:蓦然回首
大凡成就之事,成功之人必经过这三个境界,信息化要取得成功也是如此。信息化项目开始时,充满好奇,登高望远,持有信心,打算背水一战。谁知下定决心易,长期坚持难。难免出现观望和混乱的状态,这时需要的是控制和坚持、坚持、再坚持。量变的积累,势必能迎来质变,最后皇天不负有心人,项目成功了。收到了令人满意的结果,并稳中求胜,能够持续的改善。
--唐志明
8. re: 制造企业CIO的使命
CIO是“两化融合”的推动者!--唐志明
9. re: 2010 e-works新年博客大赛:蓦然回首
认同,学习了。--082020006
10. re: 2010 e-works新年博客大赛:蓦然回首
--【匿名用户】:E-works热心网友

摘要:本文通过论述三维模型在产品信息表达中的作用,突出了三维模型在协同研发中重要性;构建了基于三维模型的产品全生命周期管理中不同视图的转换模式,赋予了三维软件和产品视图新的内涵;给出了可操作的产品协同研发信息模型。

 

1      引言

信息时代的到来加速了社会知识的增长,任何人都不可能像先哲那样精通众多领域的知识,原先由一个人完成的工作现在必须由一个团队来完成。不同地区、组织、部门的人与人相互交流,共同执行一项任务就产生了分工和协同的问题。就现代机械产品研发而言,并行工程、协同研发等概念很早就提出来了,但就具体的操作层面一直没有很好的模式可以借鉴。本文拟从机械产品协同研发的知识表达和传递方面,初步建立一个从用户需求到产品设计、工艺、生产、采购,直至售后服务的协同研发信息模型。

2      机械产品信息的三维表达

由于社会的分工协作,设计者的构思要传达给制作者,所以,产生了以三视图为基础的一系列绘图规范,图纸成为工程技术领域国际通用的语言,极大地方便了产品信息的表达。随着计算机图形技术的发展,甩图版工程的推广、普及,制造业手工绘图的时代已逐步离我们远去,取而代之的是计算机绘图及打印机、绘图仪打印出图。图面质量大大提高,信息表达更加统一、标准;近年来,计算机硬件和网络技术的飞速发展,以三维模型为基础的电子图形大有取代传统纸介的信息表达和传递的趋势。

2.1三维模型在现代研发中的作用

传统的基于三视图的画法几何等一系列标准是在手工直接绘制立体图较为困难的前提下产生、发展的;现在三维CAD技术逐渐成熟,表达更加直观、完整,完全有条件取代目前主流的工程信息表达。如果一味地强调如何将三维模型投影成平面三视图,势必阻碍三维软件的推广和应用深度,因为要生成一张表达充分、布局合理的二维图所花的时间要远远多于直接构造三维模型的时间。这种先构造三维模型,再生成二维图的出图模式有点郑人买履的味道。

三维实体模型由于其几何拓扑关系较二维平面图清晰,所以,加入材料特性的模型可以方便地给出重量、惯性矩等质量特性,成为干涉检查、有限元、多体动力学等后续的分析验证必不可少的基础。

基于特征的三维实体模型,由于其无极缩放、自由旋转、任意剖切和包含特征树等的特性,使得以前需要消耗较多时间进行抽象思维变得简单、直观。因而成为协同开发必不可少的工具。

2.2产品结构与三维模型

产品结构是产品组成的非图形化表达,对于不需要了解产品细节的人员来说,产品结构具有简洁明了的特点。早期的产品结构是用产品明细表的形式表达的,用二维表格的形式对产品物料或图纸资料以及层次关系汇总。数据库存储产品结构后,一般采用两个数据表(一个物料属性表、一个关系表)的方式表达;界面上逐渐统一用倒挂的树来形象直观地表达产品的多层次从属、组成关系和数量及单位。产品的三维CAD模型由于其本身就包含了零部件之间的从属关系,目前主流的PDM软件都可从主流的CAD装配模型直接提取相关结构信息自动形成PDM中的产品结构,即BOM。但对于复杂的系列化产品而言,单纯用三维装配模型自动生成的产品结构还不能完全满足多种用途的产品结构的需求,例如:多配置、多选用的系列化产品等还需要人工干预。然而,基于三维装配模型的产品结构提高了数据的一致性和准确性,极大地减少了重复工作量。

3      三维模型与结构视图转换

产品结构作为信息传递的简易工具,广泛应用于制造业中。在企业信息化实施前的纸介产品明细表时期,不管是设计、工艺还是生产、采购都使用同一张表,另外附属一些汇总表,例如:外购件、标准件等汇总表。用数据库表达产品结构后,数据库的视图概念引入了产品结构的表达中,使得不同岗位的人员可以十分明了地看到他们所关心的产品结构,这就产生了产品视图的转换问题。

3.1工程视图

工程视图主要是面向产品设计人员的,它是以功能为模块构思的产品结构,尤其是在自顶向下的设计过程中,主设计师通过此产品结构分配设计任务。它是从产品的抽象模型出发,对设计目标相近的零部件进行了归类。一般是通过三维CAD软件自动生成产品结构,尤其是具体到某个功能模块时,完全可以通过装配模型自动生成,实现PDM与CAD软件的双向关联;但较高层次的结构,尤其是功能模型与实际装配差别较大,或者多配置、多系列等复杂产品结构需要人工进行干预。

3.2装配视图

在模块化程度比较高的机械设备中,装配视图与工程视图结构基本是一致的。在自底向上的改进设计或逆向设计中,三维CAD软件中的装配过程也就是实际的装配过程的仿真。另一方面,装配视图是装配设计师工作的反映,装配设计师通过增加或去除装配节点、计算装配尺寸链的误差、调整零部件关键尺寸的形位公差等手段为产品装配过程设计的合理性负责。所以,装配视图是在工程视图的基础上细化了装配特征控制而与实际装配过程一致的产品结构。大部分产品的装配视图可以通过整机装配模型自动生成,实现三维模型与PDM产品结构的紧密集成。

运用三维装配模型,在技术资料出版物软件系统(如:PTC的Arbortext)中再加工处理,可以制作出非常漂亮、直观的装配、维护和培训需要的文档,简化装配工艺、维护手册的制作、更新和使用;并且与CAD文档PDM中的结构属性等直接关联。

3.3装箱视图

装箱视图是在装配视图的基础上,重新组织零部件结构并添加包装材料后得到的产品结构,它是为运输的方便而制定的。当然,包装箱中还添加了设备维护必须的一些专用工具和易损的备件以及满足不同条件使用的备用零件等。利用已有的三维零部件模型可以直观地确定包装材料的尺寸,并制定图示化的装箱工艺。

对于改进产品一般都要进行试装、运行验证后,再拆卸装箱。产品的拆卸过程是安装的逆过程,同样可以用三维装配模型形象地说明。对于成熟的批量产品,一般是在本企业直接装箱,到用户处安装调试。所以,制造企业的大部分产品是采用装箱的制造视图组织生产。

3.4工艺视图

工艺是连接设计与制造的纽带,工艺视图是装配视图(或装箱视图)向制造视图过渡的总体控制。产品工艺设计师决定装配结构中每一个零部件的制造路径,自制?还是外购?判断的主要依据是:是否关键核心零部件和是否容易采购?采购视图由此形成。

自制零部件需要依据企业的特点制定合理的工艺路线,确定每一个路线节点交付的零部件形态。产品工艺设计师本着最小实体原则,逐级倒退每一个节点的加工余量和形位公差,直至确定毛坯的三维实体形态。毛坯的三维模型可以通过成品零件的三维模型简化制作过程。

零件毛坯的三维模型确定后,可以顺着制造工艺路线的节点逐级装配、添加减材料特征形成下一个工艺节点的三维模型,最终形成与产品设计模型一致的成品零件模型。如图1所示

图1 单个零件工艺视图的形成

这样通过工艺规划将一个单一的零件,重构为多层次的装配模型,此模型可以自动生成工艺结构分支,丰富了工艺视图和三维造型的内涵;从而简化了上下游部门工艺会签的工作。

3.5制造视图

制造视图是工艺视图的进一步延伸,各部门分别细化归属于本部门的工艺节点的工序,完善结构树的内涵。制造视图是直接面向车间作业控制的产品结构,应该包含完成该项工序必须具备的资源,包含:装配用工具和制造用工装(刀具、夹具、量具等)以及机床设备和劳动力等。

工艺制定者可进一步细化工序模型树,用三维模型表达每一个工序前后的状态,直观展示该工序所用工装、设备以及安装定位的细节,借助于三维CAPP系统可以形象直观地为操作工人服务。在三维装配环境中既可检验工装设备的正确性,同时,可自动生成数控机床的加工代码和包含工装设备的资源信息。当然,工装设备的结构数量不能以整数表示,例如:该夹具设计寿命为加工1000件该零件,则从属数量应为1/1000,表示加工该零件的本工序使该夹具寿命减少1/1000。当然,该夹具的库存管理中也应依据加工零件数量而减少其数量(寿命),加工了10件该零件,该夹具的库存数量(寿命)就变为:1-10/1000=99/100=0.99;其他工装设备的结构关系以此类推。劳动力作为一种特殊的企业资源,是企业最宝贵的资源,代表工艺制定中的工时定额。

所有这些资源完整地添加到制造视图中后,将成为ERP能力平衡和MRP运算期量标准等基础数据制定的主要参考依据。同时,零部件材料成本、加工成本及人工成本都基本确定,为产品开发阶段的成本估算提供可信的量化数据。

制造视图中的每一个工装本身都可作为一个独立的简单产品进行研发,基于PDM从工程视图到制造视图全过程的管理。只有到制造视图时,他们才与相关的产品零部件发生逻辑上的关联。

4      产品协同研发模型框架

协同就是让每个人在尽早的时间内做他最擅长的事,所谓的并行工程也只是就传统的整个产品的串行作业而言。不管到什么时候也必须先有模型才能加工、制造。我们所说的研发协同可以是部件级的,也可以是零件级的;但对于每一个对象的生命周期是以串行为主,只是不同的零部件间可以视成熟程度不同而步调可以不一致。协同的目的是使每一个零部件的每一项工作任务并行前行、减少等待、方便沟通,如图2所示。

4.1设计与销售的协同

产品设计人员与销售人员跟踪产品的使用情况,并为用户的正常使用提供支持,使产品不断改进成熟,对一些设计寿命较短且难以改进的零部件形成周期性维修、更换规则,形成了该产品的备件视图。

销售人员将在市场上捕捉到的信息提供给设计决策者形成需求信息库,设计决策者利用QFD等设计决策工具决定新产品的开发方向,并给设计者下达设计任务。

设计者首先在通用零部件库和企业专用零部件库中检索是否存在可以直接利用的部件,若必须创建新的零部件则须经标准化审查确认,并在该零部件正式发布后由标准化人员将新产生的零件纳入企业专用件库中。

4.2设计与装配的协同

设计人员在三维造型的时候只对结构的名义尺寸负责,具体的形位公差由装配工艺规划人员依据最终装配体的设计目标和企业装配条件确定,这样装配工艺规划人员直接参与到产品的具体开发中,成品零件的完整模型是传统的设计人员和工艺规划人员共同完成,这样可以真正实现面向装配的设计(DFA)。

基于上述分析,为便于设计人员和装配规划人员的协同,在PDM的实际操作中,应该将装配视图的部分功能纳入工程视图中,以便于反复迭代。

4.3设计与制造的协同

产品的最终形态确定后,工艺、采购、制造主要以执行为主。当然在执行过程中确实难于实现或设计者考虑不周的地方,后续工序可以通过提交变更请求进行协同。

4.4工艺与采购和制造的协同

产品工艺设计师主要对产品零部件的主要流向负责,对于专用零件是否可以确定为外购件需要进行市场调研,并与采购计划人员基于三维模型沟通,在工艺规划阶段确定采购件,所以,采购视图一般都是工艺视图的一部分。

对于必须自制的零部件,产品工艺设计师起着各主要工序协调、仲裁的作用。但对车间的人员和设备特点以及细节变化最有发言权的是一线的工艺人员,所以,工艺路线中各节点的三维模型细节可以由车间工艺人员完成,也就是说:工艺模型实际上是由工艺设计师和车间一线的工艺人员共同完成。因此,为方便两部分人交流协同,可以将工艺视图与制造视图合二为一。

4.5视图的精简与实现

为便于各部分人员协同,可以将上述诸视图都归并到工程视图和工艺视图:

Ø         备件视图可以通过添加易损件的属性来通过工程视图派生获得;

Ø         装配视图和装箱视图可以通过创建新的产品、装配体、箱号编号获得;

Ø         采购视图通过工艺路线或去向属性(自制或外购)从工艺视图中派生出来;

Ø         制造视图本身就是工艺视图的补充和完善,同时,工装设备等的添加会使得工艺视图与三维装配模型的双向相关性遭到一定的破坏;这就要在具体的操作中,依照协同和相关性的权重进行取舍。

6      结论与展望

PDM软件和三维CAD软件为产品的全生命周期协同研发提供了统一的平台;在划清职责权限的前提下,提供一个协同研发的信息模型成为真正提高产品研发效率和质量的保证。本文的部分功能已经得到实践验证,部分观点只是笔者基于实践的一些理论构想,希望能给读者一些启发。

计算机网络技术、网络计算和图形技术的飞速发展为我们提供了实施宏伟构想的条件,使我们可以和世界发达国家利用相同的装备在一个竞技场上角逐;我们产品缺乏创新的主要因素是管理上的固步自封,只要让现有的人员和软件发挥出应有的效力,大批的创新产品指日可待。

发表于: 2009-10-11 18:06 张心忠 阅读(957) 评论(1) 收藏 好文推荐

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# re: 面向产品协同研发的信息模型研究
2009-10-12 08:29 | 蒲公英的约定 | 1楼
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