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二重:构建设计、工艺一体化的PDM系统

2019-01-11e-works整理

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本文为“2018年度中国两化融合暨智能制造应用领先暨最佳实践奖”参评案例。本次活动将评选出2018年度,为中国两化融合暨智能制造领域带来突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业推进两化融合或者智能制造的步骤、重点与难点、获得效益等,分享建设过程中的经验,供广大制造业行业企业学习供鉴。

一、企业简介

    “二重(德阳)重型装备有限公司”(以下简称“二重”)是中国第二重型机械集团公司在2013年与中国机械工业集团有限公司(以下简称“国机集团”)实施联合重组后,国机集团的全资子公司。截止2015年底,中国二重占地总面积约365万平方米,资产总额184.5亿元,所有者权益总额14亿元,在岗职工7700余人。

    二重是我国规模最大,能力最强的国家重大技术装备制造企业之一,近年来完成了若干技术改造和国家级的科研项目,取得了不少重大成果。30多年来累计为能源、石油化工、航空、航天、冶金、矿山、机械等行业生产各类大中型成台套设备和铸锻件超过100万吨,已经获得150多项技术国家、部省级科技进步奖,18项产品获得国家、部、省级优质产品奖,52项中国发明专利,大量产品填补国内空白,为国民经济建设做出巨大贡献。

二重(德阳)重型装备有限公司

图1 二重(德阳)重型装备有限公司

二、企业两化融合暨智能制造应用总体现状

    经过多年的信息化建设工作,二重的企业信息化发展取得了重大突破。具体体现在以下几个方面:

    ●构建了基于先进技术架构的二重企业信息化系统框架,既能够满足二重现实业务管理需要、又能够较好地支持二重未来业务扩展,为二重企业信息化持续发展奠定了坚实的基础。

    ●完成了覆盖核心业务流程的二重企业信息化系统建设,实现了基于系统平台的核心业务数字化、流程化管理,有效地促进了企业各项生产经营业务管理精细化、规范化水平的进一步提升。

    ●在突破重型装备制造数字化集成建模的关键点方面进行了较为成功的探索和实践。

    ●已建的系统包括ERP、4CP等,成功搭建了企业级的数据共享和集成平台,产品设计与工艺设计、营销、采购、生产制造、财务、质量、固定资产、人力资源等核心业务初步实现了数字化、流程化管理,系统整体集成,核心业务流程实现了“纵向打通、横向贯通”。

三、参评两化融合暨智能制造项目详细情况介绍

    1.项目背景介绍

    二重是中国重型装备制造企业的典型代表企业。重型装备制造企业属于典型的多品种、小批量离散制造业。重型装备制造企业是为其它制造业提供生产手段的行业,其产品一般都是关系国家经济命脉的装备类产品,产品主要为炼化设备;矿山设备;冶炼设备;轧制设备;水泥设备;锻压设备;起重设备;装运设备;港口机械;工程机械;电站产品;风电设备;核电设备。

    重型装备制造企业通常都是面向订单进行设计并生产的机械制造企业,主要产品及生产管理特点有:

    ●产品按按客户需求单件设计、单件生产。产品生产周期很长。同一合同按部件多次交货。

    ●产品结构复杂,零部件种类繁多,BOM层级很多(7-8级)企业的关键资源,关键路线决定交货期。

    ●为了缩短产品交货周期,往往从设计阶段就开始采用并行工程进行组织。

    ●产品制造周期长,占用资金大,项目报价的准确性,项目预算及控制对项目的利润影响很大。

    由于重装企业的产品特点和生产管理特点,因此重装企业信息化架构里PDM系统就成为最为关键的系统,只有PDM系统上线成功,才能源源不断的输出BOM数据,ERP,MES等系统才有可能运行成功。重装产品结构复杂,零部件种类繁多,且没有其他制造业生产产品惯用的产品定型后再组织生产的阶段,可以概括为“一边设计,一边制造“,整个制造过程中,产品变更的频度和数据量非常大。因此重装行业的PDM与其他行业的PDM相比也有自己鲜明的特色和要求:

    ●系统要能最大限度地减少技术准备各业务部门、各专业之间以及与制造管理之间纸介质的数据传递。确保数据规范、统一、单源。

    ●支持技术准备业务全面执行ISO9001质量保证体系、技术标准和管理标准,避免业务处理过程中的疏漏,健全约束渠道。

    ●以CMII规范为基准,及时获取变更需求,区分优化性变更与适应性变更等两种变更性质和变更类型,控制变更过程、变更数据及其相关关系,时间有效性,预防业务处理环节中的漏洞。

    ●深度集成CAD软件等产品设计工具。实施业务工具专业化、业务环境角色化。提供简洁的业务操作场景。

    ●满足异地协同进行产品设计、工艺设计等技术准备业务的需求。

    ●多部门、多专业、多产品协同工作条件下,业务过程、资源利用等需要更细化的安全管理,权限控制要素均具有时效性。提供更匹配的功能和更优的性能支持技术准备业务的发展。

    ●装备制造企业营销管理、采购管理、生产计划管理、制造执行管理、协作制造管理、质量管理、成本预(核)算等业务运作的主要载体是物料,通过对物料数据的处理来决策对实体物料实施的操作。

    ●生产计划管理、制造执行管理、协作制造管理的精细化、项目生产计划、车间作业计划、协作制造计划等计划编制和管控的深化,需要包括组成最终产品的所有物料、制造过程中消耗(使用)的所有物料及其相互递归关系,每一项物料的制造方法、加工过程,及关联物料之间渐次加工的相互逻辑关系与形态变化,还包括组合加工、工装匹配、开坯、特别焊缝等特定物料变化的完整的数字化产品数据。解决目前相关信息不完整,或者某些数据缺乏关联的缺口。

    ●从企业单一数据源出发,相关业务系统发展需要的完整的数字化产品数据宜由PDM系统负责实现和提供,并超前为相关系统做好产品数据资源准备。

    2.项目实施与应用情况详细介绍

    系统通过三年的建设,以需求调研分析为启动标志,以用户验收为结束标志,历经需求调研分析、概要设计、设计部分详细设计、工艺部分详细设计、设计部分开发测试、设计部分上线、工艺部分开发测试、工艺部分上线、协同平台全面贯通运行九大阶段,分步实施、推进协同平台在各单位的实施运用,主要从以下几个方面成功实现了平台实施:

    1)全新构建了先进的、开放的底层平台架构:底层平台的数据模型实现了任务模型、物料模型和安全模型三大核心模型。

    a)任务模型:

    以任务驱动完成各功能模块之间的串联,实现产品技术准备全过程管理;

    b)物料模型:

    作为产品数据组织核心的物料将设计数据和工艺数据组织起来,BOM的核心结构是单层BOM,装配BOM体现物料的装配顺序,产品结构BOM、制造BOM、装配BOM上节点是用引用的方式指向基础物料。制造BOM是在编制工艺的过程中自然产生(不需要或很少需要用户后期安排专人编制维护制造BOM),物料模型通过订货代号形成面向入库单元的单一确定结构,协同平台通过订货代号形成的结构展示零件明细。同时工艺路线作为制造BOM的逻辑视图体现,并支持产品定义数据多语言版本并存管理,物料下关联设计图纸、路线、定额、工艺等设计和工艺信息、先行件、原材料、毛坯、焊缝等均作为BOM中的物料管理,以及支持了物料多版本并存管理。

    c)安全模型:

    实现了按照人员,角色,单位三个要素任意组合对权限进行灵活控制的管理模型,组织架构支持虚拟组织架构。行政组织架构可以对应多个虚拟组织架构,同时授权模型可以实现动态配置,动态添加。

    2)按照数据一体化的模式,研发了PDM的核心模块功能:完善了技术管理系统功能覆盖范围和应用深度,主要实施了项目管理模块、产品设计管理模块、工艺路线管理模块、工艺设计管理模块、定额编制管理模块、变更管理模块、图文输出管理模块以及基础数据管理模块等8个主要功能模块。

    a)项目管理模块:

    实现了以任务驱动为核心的工作流管理模式,即协同平台基于WBS节点或零件,对产品设计、工艺设计、WHR设计、包装设计等任务进行指派、分解、流程指定、状态跟踪和绩效管理,协同平台用户在系统中所有工作围绕任务分解、接收、处理、提交的过程流转;同时实现了用户可用功能和对应界面根据其权限分配和当前任务自动控制。

    b)产品设计管理模块:

    产品设计过程是具体零部件EBOM结构和图纸设计的过程,协同平台实现了与主流二维CAD软件(AutoCAD2012)的深度集成,支持用户利用集成后的CAD工具完成图纸设计的同时,完成零部件基本信息定义和BOM结构的搭建;产品设计的输出支持工艺路线编制、工艺设计以及营销管理、生产计划管理、采购管理、质量管理、制造执行管理、成本预算等业务。

    c)工艺路线管理模块:

    工艺路线编制业务由工艺路线任务驱动,工艺路线点与部门的业务属性建立关系。协同平台建立路线点库,提供工艺路线点基础数据,标准工艺路线点具有部门及加工类型的属性,部门属性引用一个部门对象并具有时效性;建立了标准路线点与辅助路线点之间的关联关系;建立了部门与部门属性的关系、部门与加工设备之间的关系、加工设备与和工序之间的关系;工艺路线通过版本进行控制;工艺路线点数据结构化保存;实现了批量编制,用户操作简单方便,工艺路线的输出支持下游系统直接使用。

    d)工艺设计模块:

    工艺设计业务由任务驱动;实现了数据库驱动的工艺卡片编制功能,实现了数据库驱动的形位公差符号库;提供工艺卡片、车间明细表、汇总表等工艺文件模板。提供原材料、标准件、工序、工作中心、工装等基础数据。执行各工艺设计部门和铸、锻、焊、机加、热处理、表面处理、涂装、装配等工艺设计专业工艺规程设计,工艺性物料设计、物料关系及制造逻辑设计、扩充BOM内容等工艺设计业务。执行质量部门编制质量控制点业务。

    e)定额编制管理模块:

    具备了编制规范、基础数据和便易的辅助计算工具。支持各类工艺设计中工时定额和材料定额编制,管理定额数据。

    f)图文数据管理模块:

    协同平台中管理了产品设计、工艺设计的所有结构化数据和各种工程图纸、工艺卡片、零件明细表、汇总表、变更通知单模板,生成技术文件时,协同平台将相关结构化数据同报表模板动态拼接展示出来,并支持直接下载打印。

    g)变更管理模块:

    产品设计和工艺设计变更管理实现了应对任意部门根据业务需要发起的变更,变更过程作为一种具体任务流程进行管理,对任何变更都采用统一的系统处理逻辑来处理;协同平台的变更处理逻辑与实际的业务逻辑紧密合理地结合,实现了变更分类管理、变更历史管理、变更统计分析等;

    h)基础数据管理模块:

    管理了技术准备环境的各种基础数据,建了立各种知识数据库包括典型工艺库、工装库、材质库等。

    3)完善了协同平台安全管理体系:协同平台具有完整的数据安全保障方案,严格的权限控管和操作跟踪,可以让每一位管理人员和所有使用协同平台工作的相关人员,都能够根据自己的职责和权限取得相应的权限进行工作,有效地保证协同平台有序、稳定地运行。协同平台还提供多重备份,记录用户异动情形,当协同平台内交易数据有异动时,异动过程可以被明确记录下来,便于对异常进行追踪,此外,协同平台运行稳定可靠,具有强大的异常处理能力。

    系统实施的创新点如下:

    1)实现了基于BOM的一体化设计和工艺的数据模型和业务流程

    系统建立了以单一的产品物料清单及其物料关系(BOM)为基本骨架的产品数据体系,基于物料建立产品BOM,并以单一的全BOM兼容了设计、工艺、制造、管理对BOM数据的差别化展示和需求,解决了BOM这一制造领域的关键技术问题。

    产品设计开发、工艺路线确定、工艺编制的全过程实现了在PDM系统内的一体化运作,通过协同平台与AUTOCAD的高度集成,在保留与优化业务构思逻辑的基础上,实现了技术人员在线设计工作。

    将传统的图纸、工艺卡片等技术文件又图文档形态转型数据形态,内容转化为离散化的数据集,数据的操作融合在业务操作过程中,数据一次生成,企业永久使用,消除重复工作,保障数据一元性,实现了企业信息化阶段的数字化变革。

    系统的设计模型如图2所示。

系统设计模型

图2 系统设计模型

    2)采用了“任务驱动流程,任务输入”的工作流手段,优化了数字化条件下的技术准备流程,实现了企业产品开发管理模式升级。

    按照ISO9001质量管理体系、CMII国际配置管理与更改管理规范和集团公司的技术管理要求,在系统中配置了数百个业务流程。产品设计、工艺设计、质检策划、包装设计等各个单位、各个专业的各项业务活动都以“任务”方式加以规范化,形成公司技术准备任务群,提升了业务操作的方便性、高效性和规范性。

    创新设计了“种、项、件”物料模型,构建了企业级产品数据的结构形态。

    项目构建了面向企业全局的更为合理的以物料(零部件、原材料、工艺性物料等)作为基本管理单元的产品数据管理模式的新型结构形态。以制造需求数据为取向,以物料为对象,完整地表达物料用来干什么、做成什么样、怎么做、用什么做等需求,充分地集合物料的设计图样、设计书、模型、工艺路线、工艺规程、工装、使用的材料等全部关联数据及其下属物料,使这些数据不再分散,从而形成了表达充分的数字化形式的物料。

    3)创新地把焊接产品上的焊缝视作零件进行管理

    系统内对焊接件的焊缝按照零件纳入BOM表进行管理,从而有效解决了焊接件及所需焊料,探伤要求等数据的数字化和结构化。

    4)建立了完善的产品数据安全体系

    项目建立了以多种渠道嵌入在操作过程、设置在程序执行中的对数据过程化控制,提升了产品数据的标准化、规范化,从组织、项目、岗位、角色、状态、数据等多维度组合、多约束条件地在线控制数据的操作权限,保障产品数据的合法性和安全性。创新运用图纸分离存储、按需拼接,工艺数据化存储管理等手段,保障各项数据离开软件系统即失去其内在关系,很难复原其文件格式,增强了产品数据的防盗用性。

    5)实现了二维环境下的结构化工艺编制

    系统在设计、工艺一体化的前提下,对编制工艺文件所需的加工资源进行了结构化处理,结合BOM信息,实现了结构化工艺编制。并与传统的工艺卡片模式实现完美集成。结构化工艺数据,为下游MES系统提供了直接的数据支持。

四、效益分析

    系统上线后,截至目前,系统共管理了:项目数(合同数)2019个;图纸数180464张,折合A1 151804A1;组部件数:14292个;工序数:632859道;零件数:698783个。系统产生了巨大社会效益和经济效益。

    社会效益:

    ●通过产品数据的全过程管理,提高了技术资料在公司内外部的传递速度,减少了传统模式下,纸质资料传递工作量,减低了企业运营成本开支。

    ●通过严密的控制,减少了设计错误的出现几率,从而减少了制造返工、返修、报废的机会,降低了制造和管理成本,从而进一步降低了产品成本。

    ●通过一些了流程管理和关联控制,使得营销、研发、生产、采购、质量等部门的结合更加紧密,协同效率有效提高。

    ●运用信息系统管理工作流程,能够按照系统中固化的标准工作制度和规范开展工作,有效规范了技术工作业务,为技术标准化提供支撑,协同平台的深度实施促进了集团公司标准化工作和技术管理水平的提高。

    ●企业级产品数据库的建立,为集团公司所有从事产品设计和工艺设计的技术人员提供了可高效利用的共享资源,为沉淀企业宝贵技术知识提供平台。

    ●借助协同平台提供的安全权限控制和数据安全架构,解决了企业数据安全性问题,提高数据保密能力。

    ●通过提升公司协同平台应用水平,增强了对公司相关联信息系统的数据支撑能力,提升了公司信息化在业务板块的实施水平,为公司引进先进制造技术打下了坚实基础。

    经济效益:

    ●协同平台实施后,减少了人工操作环节、去掉重复工作部分,降低了人工成本,节约了工作时间30%左右,现使用PDM系统人员665人,按照2018年人均年工资7万元计算,合计节约:665*7*0.3=1396.5万元

    ●协同平台实施后,通过严密的系统控制,到设计流程可视、设计变更可跟踪,大大提高了设计质量,减少了产品出错的几率。产品成本的70%都在设计阶段可以明确,通过减少设计错误带来的损失,为企业带来了管理效益,经济价值600万元。

责任编辑:程玥
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读者评论 (2)
  • 杨先森1个月前
    加油加油加油
  • 杨先森1个月前
    加油加油加油
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