基于PLM系統(tǒng)的數(shù)字化三維制造工藝平臺(tái)建設(shè)及應(yīng)用

韓繼剛

[摘 要]近年來(lái)，信息技術(shù)不斷普及，推動(dòng)了軟件工程、數(shù)字化工程等與互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)工程的進(jìn)步。CAD、CAE、PDM、PLM等技術(shù)也被廣泛地應(yīng)用到相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)和設(shè)計(jì)中，不但有助于提升ERP系統(tǒng)的工作效率，而且還能夠顯著提高產(chǎn)品開發(fā)水平以及企業(yè)產(chǎn)品加工能力?；诖耍疚膶?duì)基于PLM系統(tǒng)的數(shù)字化三維制造工藝平臺(tái)建設(shè)及應(yīng)用進(jìn)行研究。

[關(guān)鍵詞]PLM系統(tǒng)；數(shù)字化工藝；三維制造工藝平臺(tái)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.14.037

[中圖分類號(hào)]U270.6 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2017）14-00-02

PLM系統(tǒng)是產(chǎn)品的生命周期管理系統(tǒng)，將其應(yīng)用到制造領(lǐng)域，進(jìn)而建立數(shù)字化三維制造工藝平臺(tái)，有助于管理制造成本，做好工藝路線的規(guī)劃，明確工藝產(chǎn)品的分類，從而完成組裝制造工藝的三維設(shè)計(jì)和機(jī)械加工工藝的仿真。企業(yè)通過加強(qiáng)各種工藝設(shè)備的管理，能提高工藝設(shè)計(jì)水平和工藝管理質(zhì)量，同時(shí)還能縮短制造工藝準(zhǔn)備時(shí)間，加快工藝產(chǎn)品的研發(fā)速度。

1 將PLM系統(tǒng)應(yīng)用到數(shù)字化三維制造工藝平臺(tái)存在的問題

PLM系統(tǒng)應(yīng)用到數(shù)字化三維制造工藝平臺(tái)建設(shè)中，不但有助于提升ERP系統(tǒng)的工作效率，而且還能顯著提高產(chǎn)品開發(fā)水平和企業(yè)產(chǎn)品加工能力。不過需要注意的是，在企業(yè)產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)和生產(chǎn)調(diào)整環(huán)節(jié)，該系統(tǒng)并沒有起到顯著作用。究其原因，設(shè)計(jì)部門在設(shè)計(jì)數(shù)字化樣本設(shè)備時(shí)，沒有全面顧及產(chǎn)品制造的實(shí)際情況，導(dǎo)致數(shù)字化樣本制造設(shè)備投入到生產(chǎn)階段之后，與設(shè)計(jì)樣本不符，從而出現(xiàn)了一系列實(shí)際問題。設(shè)計(jì)部門改進(jìn)和修正這些問題不僅需要花費(fèi)大量的時(shí)間成本，還需要一定經(jīng)濟(jì)成本，導(dǎo)致企業(yè)效益大幅度降低。因此，要使數(shù)字化樣本制造設(shè)備能切實(shí)、有效地投入到數(shù)字化制造工程中，設(shè)計(jì)部門應(yīng)全面、詳細(xì)地分析數(shù)字化樣本設(shè)備的三維數(shù)據(jù)，并以此為理論依據(jù)，進(jìn)行生產(chǎn)產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)。在投入生產(chǎn)之前，設(shè)計(jì)部門可以對(duì)零件的加工環(huán)節(jié)和產(chǎn)品裝配環(huán)節(jié)進(jìn)行三維仿真，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)制造類物料清單和工程類物料清單進(jìn)行綜合管理和配制，并向生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供必需的技術(shù)數(shù)據(jù)、物料清單、報(bào)表等信息，確保產(chǎn)品采購(gòu)、配制、加工等過程的順利開展。接下來(lái)，本研究將具體闡述基于PLM系統(tǒng)的數(shù)字化三維制造工藝平臺(tái)的建設(shè)及應(yīng)用。

2 將PLM系統(tǒng)應(yīng)用到數(shù)字化三維制造工藝平臺(tái)建設(shè)的可行性方案

2.1 數(shù)字化三維制造工藝平臺(tái)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

本研究以上海思普PLM系統(tǒng)軟件為例，分析在產(chǎn)品研發(fā)環(huán)節(jié)，將PLM等系統(tǒng)應(yīng)用到設(shè)計(jì)系統(tǒng)中。上海思普PLM系統(tǒng)軟件是一款數(shù)字化企業(yè)的互動(dòng)制造應(yīng)用軟件，本研究將其應(yīng)用到數(shù)字化制造產(chǎn)品的研發(fā)階段，將產(chǎn)品制造、工藝流程、產(chǎn)品資源等環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，并通過設(shè)計(jì)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)以上信息的全面管理。另外，本研究還將ERP與PLM系統(tǒng)集成到一起，使兩個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息能實(shí)現(xiàn)共享和交流。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享流程如下：①上海思普PLM系統(tǒng)軟件數(shù)字化平臺(tái)從PLM系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)信息；②由PLM系統(tǒng)制定出產(chǎn)品的數(shù)字化模型，并將其通過集成系統(tǒng)傳送到DPE環(huán)節(jié)，然后進(jìn)行工藝規(guī)劃和設(shè)計(jì)；③將產(chǎn)品的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)流程傳送到DPM環(huán)節(jié)，然后對(duì)其加以數(shù)字化的制造仿真，具體包括機(jī)器加工仿真和裝飾配置仿真；④利用3D Composer對(duì)整個(gè)數(shù)字化制造過程加以編制；⑤從集成系統(tǒng)中發(fā)送出實(shí)際工藝過程所需的工藝信息和物料清單。

數(shù)字化三維制造工藝平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)輸出和數(shù)據(jù)接收的同時(shí)進(jìn)行，還能加以變更管理。輸出的所有工藝信息、物料清單、豐富的數(shù)字化資源，都可以為工藝工程師提供巨大的價(jià)值。除此之外，對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)的ERP系統(tǒng)而言，數(shù)字化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了PLM系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)的信息交流和共享，集成化管理模式有利于提高制造工藝過程的管理質(zhì)量和管理效率。

2.2 以上海思普PLM系統(tǒng)為基礎(chǔ)建立物料清單模塊

制造物料清單能夠?yàn)槿S數(shù)字化工藝平臺(tái)，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及物料進(jìn)購(gòu)環(huán)節(jié)提供參考依據(jù)。與此同時(shí)，制造物料清單模塊中涵蓋的層級(jí)信息，還能夠?yàn)樯a(chǎn)環(huán)節(jié)提供必要的技術(shù)支持。本研究以河北宣工為例，對(duì)其物料清單模塊的建立加以研究。該企業(yè)結(jié)合自身發(fā)展需要，在制造物流清單模塊中，加入了工藝流程中的物料數(shù)據(jù)（如噴漆、加工零件）、虛擬物料數(shù)據(jù)（如組合零件）等。除此之外，物料清單模塊還有物料添加流程、裝配流程、加工零件的分類、工藝制造輔料、原材料、加工材料等，并相應(yīng)地明確每種材料的用量。

企業(yè)通過PLM系統(tǒng)平臺(tái)，能得知制造物料清單以及制造物料清單模塊中涵蓋的每種物料的具體屬性，制造物料清單模塊能夠在上海思普PLM系統(tǒng)軟件中，通過以下流程實(shí)現(xiàn)各種功能，進(jìn)而滿足工藝制造對(duì)物料清單模塊提出的各種需求。首先，在物料清單模塊編輯完成后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行發(fā)布，也就是將物料清單模塊發(fā)送到PLM系統(tǒng)中，審批通過后，物料清單模塊即可開啟發(fā)布功能，此時(shí)，PLM系統(tǒng)會(huì)將完成發(fā)布的物料清單模塊連接到ERP系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)物料清單模塊與ERP系統(tǒng)之間的信息交流和共享。實(shí)踐結(jié)果顯示，以上海思普PLM系統(tǒng)軟件系統(tǒng)為基礎(chǔ)建立的物料清單模塊，能滿足河北宣工對(duì)于物料清單業(yè)務(wù)的要求。

2.3 以上海思普PLM系統(tǒng)為基礎(chǔ)的三維機(jī)加工藝模塊

三維機(jī)加工藝模塊是以完成編制的機(jī)加工藝流程為基礎(chǔ)，涵蓋加工設(shè)備、輔助設(shè)備等在內(nèi)，對(duì)虛擬切削工藝采取的仿真，進(jìn)而增強(qiáng)數(shù)控加工的施工效果。三維機(jī)加工藝模塊與傳統(tǒng)機(jī)加模式相比，同樣屬于三結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，不同之處在于三維模塊的數(shù)據(jù)類型屬于三維模型。三維機(jī)加工藝模塊的編程，需要由PLM系統(tǒng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)，通過STEP接口將產(chǎn)品的三維模型傳輸?shù)饺S機(jī)加工藝模塊中，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)入工裝夾具等數(shù)據(jù)信息。在全部相關(guān)模型導(dǎo)入模塊之后，PLM系統(tǒng)將開始工藝設(shè)置環(huán)節(jié)，具體包括制造零件及材料的設(shè)置，安全范圍及加工范圍的設(shè)置。在完成工藝設(shè)置后，還要計(jì)算刀具軌跡，從而確定仿真結(jié)果的真實(shí)性，并開始機(jī)加工藝仿真，通過對(duì)切削過程的仿真，驗(yàn)證加工精度和余量。

2.4 以上海思普PLM系統(tǒng)為基礎(chǔ)建立三維裝配工藝模塊

以上海思普PLM系統(tǒng)為基礎(chǔ)建立的三維裝配工藝模塊，是對(duì)三維模型的裝配環(huán)節(jié)和拆分環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真。從系統(tǒng)類型來(lái)看，三維裝配工藝模塊是以ERP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式加以編制的，因此應(yīng)屬于流程類工藝模塊。在三維裝配工藝模塊中，工藝人員需要將產(chǎn)品的三維模型，借助PLM系統(tǒng)的STEP接口，輸入到ERP系統(tǒng)中，傳輸內(nèi)容包括裝配流程、使用工具、工藝材料等各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，并對(duì)工藝工程加以仿真驗(yàn)證，確定三維裝配工藝模塊的實(shí)踐可行性。根據(jù)產(chǎn)品的復(fù)雜程度不同，其編制難易程度也有所不同，具體有并行工序和工序嵌套兩種結(jié)構(gòu)類型。在運(yùn)用三維裝配仿真之前，工藝人員應(yīng)利用工序圖對(duì)裝配工序加以動(dòng)態(tài)化分析，通過工序圖，能夠體現(xiàn)工序之間的聯(lián)系，以及裝配過程的重要環(huán)節(jié)，使工藝人員能更加便捷地調(diào)整工藝順序與結(jié)構(gòu)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本研究主要分析了借助上海思普PLM軟件建立三維數(shù)字化工藝平臺(tái)的可行性，以物料清單和三維加工等建立工藝平臺(tái)為主要內(nèi)容，分析了實(shí)際應(yīng)用效果，并通過仿真驗(yàn)證了PLM系統(tǒng)集成的可行性。PLM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)制造工藝平臺(tái)整個(gè)流程的全面管理，并與ERP系統(tǒng)形成有效的結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力的提升，降低了整個(gè)制造過程的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本，進(jìn)而顯著提升了制造效率。

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