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基于Teamcenter的PLM系统软件在制造业中应用的研究

2020-11-18党应聪 陈劲杰

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本文以全球最大的PLM软件-Teamcenter为例,首先对PLM中产品设计信息管理和流程信息管理两个方面做了详细的分析和研究,抽象出了产品生命周期管理的实质。

1 引言

    PDM形成于1980年并在1990年快速发展,它以软件技术作为基础,制造业产品作为核心,管理与产品相关的数据,流程和资源,而PLM这个概念相当于是PDM的一个扩展。产品全生命周期管理(PLM)是在工程数据管理(PDM)的基础上慢慢发展成长起来的,为内容管理系统(CMS)提供了一个新的思路和集成框架结构。

    面对如今众多的管理系统,PLM系统最为值得称赞的一点是其整合了各种不同的自动化系统(例如:CAD、PDM、ERP等),使它们有机得结合在一起,这对提高产品的设计质量与生产效率和对整个行业的智能化推进有着非常重要的意义。

    随着智能制造与工业4.0的推进,制造业中各类产品的协同设计开发与整个产品生命周期各类生产资料的集成管理成为了关键的突破点,因此对PLM管理系统的研究成为智能制造中最为重要的一个环节。

2 基于Teamcenter的PLM系统理解

    PLM能够有效地管理研发过程的图文档,能够在一个产品的全生命周期里统筹所有资源信息,能够保证产品数据的整性、正确性、一致性,能够解决企业产品研发过程中的频繁变更、可追溯性差的问题,并且能够实现数据的版本管理等功能。PLM平台完成了产品数据的“删繁化简”,将以前需要人手工存储的产品三维数据和二维图纸标准化和数字化,将它们统一地放在共享数据库中,为产品的协同设计提供了可能。

产品生命周期管理的内容分析

图1 产品生命周期管理的内容分析

    PLM系统的实质分析如图1所示,它管理的数据种类非常之多但主要可以分为四个部分,其中最为核心的内容包括两个方面:产品设计信息和审批流程,下面将针对这两个方面做分析和阐述。

    2.1 产品设计信息的管理

    产品设计信息主要包括产品零部件和总成的三维模型、二维图纸、工艺流程、仿真分析报告和产品说明等基本信息。这些产品数据信息就是公司的生命,它为企业的产品创新和技术改进提供源源不断的活力,因此对其有效、有序地管理与保存显得十分重要。

产品设计信息数据结构

图2 产品设计信息数据结构

    如图2所示,Teamcenter的后台底层架构是用Java编写的,为了存储产品设计信息,开发者创建了很多对象(Object),其中包括Engineering Part、Support Design、Engineering Drawing、Control Document等Java对象。这些对象相当于特定化的文件夹,具有高度的灵活性和自由性,为工程师管理产品信息提供了多样化的选择。在对象这一层级之后的是数据集(Dataset),这些数据集并不是Teamcenter特有的,例如PPT、Word、CatPart、CatDrawing等,这些数据集合储存的就是实际的产品信息。

    Teamcenter内的数据集合并不是独立存在的,实际上它能够整合市场大多数的CAD等各种自动化软件,因此其对应得java对象类也特别多,同时其包含的数据集范围也十分广泛。

    2.2 审批流程信息管理

    流程信息主要涉及两个方面的内容,一个方面是单个产品项目的商业运作和人员分配,另一个方面是已经设计的产品数据的审核校验与更新改善;其本质可理解为单个项目的人力资源分配和单个项目下所以产品数据的审核状态管理。

审批流程管理

图3 审批流程管理

    如图3所示,审批流程信息管理主要分为两个阶段:首先获取客户需求和设计目的,其次由项目经理在系统中建立相应项目代号并指定项目主负责人,负责人根据实际情况将要参与到该项目的SDT(协同开发团队)成员添加进项目中完成人员的分配,这是自上而下的一个过程;所有人员确定后,产品工程师根据客户需求和设计要求完成产品模型,最后产品工程师向上级提交产品发放申请或者变更申请,由各个部门的管理者分析和审批,通过则完成这个产品的设计进入生产阶段,这是一个自下而上的过程。

3 PLM系统的优势分析

    PLM的使用对产品制造中的集约化管理和设计生产制造的细分有良好的促进作用,只有通过设计制造过程模块化细分化,才能真正的实现制造智能化。Teamcenter作为一款集大成于一身的PLM实施软件,它具备非常多的优势和特点。下面以Teamcenter为例,分析PLM系统在系统工程与需求管理,物料清单管理和仿真测试过程管理三个方面的优势。

    3.1 系统工程和需求管理

    Teamcenter通过对产品需求、工程需求、完整制造系统约束优化要求来减少设计制造问题,降低供应链问题风险;能够将系统级别的理解、客户需求、制造客观限制条件等结合起来,以协助工程师做出更好的决策并及时完成产品的完整设计制造与市场推广。

PLM完整的闭环系统

图4 PLM完整的闭环系统

    Teamcenter将整个产品的生命周期作为一个闭环系统,从需求的提出到产品的交付,再到用户的反馈和改进完全结合在一起,使得每一个产品都有自己的生命循环系统,并记录下这个过程中产生的所有细节信息,提高公司对于市场的反应速度,提升产品的生产效率,促进产品的良性改进。

    3.2 物料清单管理

    从设计到生产Teamcenter都能很好地管理完整的产品物料清单(BOM),不管是简单的结构还是复杂的产品定义它都能很好展现出来。结构管理(Strucure Manager)这一功能模块能够建立独立的完整的产品定义,能够在BOM(Bills Of Material)里面直观地向用户呈现所有产品零部件信息,能够对所配置的产品进行可视化。

Teamcenter中的BOM结构管理

图5 Teamcenter中的BOM结构管理

    如图5所示,PLM系统中模块化的物料清单管理功能能够利用产品的共性将整个产品系列整合到单一结构中,这种单一的结构使得管理同类产品的各个系列十分方便,无需额外的工作量就能提供更多产品配置选择和管理完整的产品物料清单。这一功能使得企业能够针对用户的特定需求来提供清晰、即时和准确的产品BOM定义,从而有效地改善生产效率和降低协同开发成本。

    3.3 仿真测试过程管理

    在整个产品生命周期中,仿真测试过程是一个必不可少的阶段,其主要用于对产品的工况性能进行综合评估,给出改进意见报告。仿真测试过程管理主要包括两方面:产品三维数据在虚拟工况下的仿真数据管理和产品样件在实际工况下的测试数据管理。

仿真测试流程

图6 仿真测试流程

    如图6所示,设计好的产品数据需要先在虚拟工况下进行仿真分析,通过以后进行样件生产;然后将样件放在实际使用工况下去做指标测试,通过后才能进行样件生产。PLM系统将虚拟的仿真数据和实际的测试数据都整合在一起,方便工程师进行产品的优化对比改进,使得产品的更新迭代更为快速。同时它还集成了三维仿真可视化功能,能够快速地配置和启动CAE应用程序,并将仿真结果存储在正确的上下文中,方便协同开发团队查看使用。

4 Teamcenter本地化问题

    虽然Teamcenter在国内外赞誉无数,但在本地化实施过程仍然存在诸多问题,由于其庞大的系统的较高的使用维护费用使得中小型企业对其望而却步。下面主要从系统层级和实施层级分析其不足。

Temcenter本地化中的两大问题

图7 Temcenter本地化中的两大问题

    4.1 系统层级问题

    Teamcenter服务的不仅仅是制造行业,还包括各式各样与设计生产相关的行业。它将PLM进行模块化组合,使其能够切实地满足客户的不同需求。然而,针对制造行业模块化处理后的Teamcenter相当庞大,需要性能极好的工作站才能正常无卡顿使用。经过对Teamcenter系统的长期使用和观察,本文得出该系统过于庞大的三点系统层级原因。

    (1)管理文档几乎涵盖了常见的所有类型,但是大部分文档类型用不到,其文档针对性还不够强。

    (2)模块之间存在功能重复的问题,部分模块之间界限不清晰。

    (3)Teamcenter客户端的缓存管理机制不够优化,经常容易出现应用崩溃的情况。

    4.2 实施层级问题

    在实际的设计生产环境中,本地制造企业已经将Teamcenter的设计协同和数据共享理念运用得十分熟练,但是在物料清单管理和制造工艺管理等其他细分模块上应用得并不理想。他们更多的只是用到了生命周期的一部分,忽视了这一系统对整个产品生命周期的考量。根据实际经验,可以总结出Teamcenter与本地企业生产制造结合不深入的三点原因。

    (1)该PLM系统由德国西门子公司设计,在操作思路逻辑上较为繁杂不易理解,与中国本地企业推崇的高效、简洁、准确存在一定的差距。

    (2)由于涉及数据安全和泄漏问题本地企业怀着谨慎的态度,其更愿意将不同阶段的数据放在不同的管理系统里面。

    (3)整个系统的本地化培训做得比较差劲,存在较多兼容问题,有些概念和操作方法晦涩难懂,PLM工程师人力资源匮乏。

5 结论

    随着制造行业的全球化和工业4.0的全面实施,Teamcenter作为一款集大成于一身的产品生命周期管理软件(PLM Software)会越来越被企业所推崇,同时由于该系统的普及和推广,其在中国本地化的道路上会遇到更多的阻碍。

    本文从Teamcenter的实质内容、应用优势、本地化问题三个方面对其进行了详细的分析,以期望达到对PLM系统更深层的理解。中国本地制造业应该在借鉴和使用中学习,取其精华,去其糟粕,建立出适合本国制造行业现状的产品生命周期管理系统。

责任编辑:程玥
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