plm在航空發(fā)動機制造企業(yè)的實施策略研究

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航空發(fā)動機的設(shè)計和制造是一項非常復(fù)雜的工程，涉及大量的信息系統(tǒng)。將plm技術(shù)引入到航空發(fā)動機的生產(chǎn)，對于改進現(xiàn)有工藝和流程并全面提高制造水平具有重要意義。本文以黎明公司為例，從設(shè)計/制造協(xié)同、工藝管理、工作流程、標(biāo)準化和集成等方面分析了航空發(fā)動機制造企業(yè)實施plm的對策。

cad/cam等新技術(shù)的應(yīng)用在促進生產(chǎn)力發(fā)展的同時也帶來了新的挑戰(zhàn)。對于計算機應(yīng)用比較普遍的航空發(fā)動機企業(yè)而言，雖然各單元的計算機輔助技術(shù)已經(jīng)日益成熟，但一般都自成體系，彼此之間缺少有效的信息共享和利用，即形成所謂的"信息孤島"。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（product data management，pdm）就是在這一背景下應(yīng)運而生的一項新的管理思想和技術(shù)。pdm是一門用來管理所有與產(chǎn)品相關(guān)信息（包括零件信息、配置文檔、cad文件、結(jié)構(gòu)、權(quán)限信息等）和所有與產(chǎn)品相關(guān)過程（包括過程定義和管理）的技術(shù)。在pdm的基礎(chǔ)上，近年來發(fā)展出一套新的技術(shù)--產(chǎn)品全生命周期管理（product lifecycle management，plm），plm是對產(chǎn)品從用戶需求、產(chǎn)品設(shè)計、制造裝配、維護服務(wù)到報廢回收等整個生命周期所涉及的產(chǎn)品、過程、資源進行管理的技術(shù)，如果說pdm集中在產(chǎn)品設(shè)計階段，而plm則大大擴展了pdm的范圍。

一、航空發(fā)動機企業(yè)的信息化現(xiàn)狀

航空發(fā)動機的設(shè)計和制造是一項非常復(fù)雜的工程，它由多團隊、多領(lǐng)域、多廠所共同參與。涉及大量的信息系統(tǒng)，并且需要在嚴格的流程管理控制下實現(xiàn)這些信息系統(tǒng)之間的交互和協(xié)作，以支持并行的、協(xié)同的發(fā)動機設(shè)計和制造。

航空發(fā)動機產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件數(shù)量龐大，加工精度高，設(shè)計制造周期長，涉及的工藝方法繁多，生產(chǎn)線長，而且零件設(shè)計的標(biāo)準化程度低，專用件達90%以上。

在信息化建設(shè)方面，航空發(fā)動機制造企業(yè)的顯著特點表現(xiàn)在如下方面：
（1）軟件環(huán)境不統(tǒng)一，多種平臺共存。國內(nèi)的很多航空發(fā)動機企業(yè)在其信息化的進程中，引進和研發(fā)了各種cad/capp/cam/ERP軟件系統(tǒng)，以黎明公司為例，僅cad系統(tǒng)就有ug、autocad、caxa等多種軟件的多套版本存在。
（2）設(shè)計和制造分離。國內(nèi)的航空發(fā)動機企業(yè)設(shè)計和制造自成體系，分別使用不同的數(shù)據(jù)庫，使得數(shù)據(jù)源很難保證唯一。
（3）數(shù)據(jù)量龐大。航空發(fā)動機企業(yè)在幾十年的發(fā)展過程中，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，而且隨著新型號的不斷增加，以及計算機的大量使用，數(shù)據(jù)量還會呈幾何級數(shù)增加。
（4）標(biāo)準化、通用化程度低。仍以黎明公司為例，僅各種工藝表格就有200多種，給工藝人員的工作帶來很多不便。

二、航空發(fā)動機制造企業(yè)實施plm的意義和重要性

航空發(fā)動機制造企業(yè)實施plm的意義和重要性主要體現(xiàn)在如下方面：
（1）改善管理手段。實施plm可以將分布于各個部門的紙介質(zhì)圖樣和技術(shù)文檔轉(zhuǎn)化為數(shù)字化信息。
（2）提高產(chǎn)品制造質(zhì)量，最大限度消除人為因素的影響。采用統(tǒng)一的plm管理模式，將工藝信息、制造資源與產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)建立在同一個數(shù)據(jù)庫中，可以由系統(tǒng)來保證數(shù)據(jù)的一致性和正確性。
（3）優(yōu)化流程，降低成本。產(chǎn)品數(shù)據(jù)的網(wǎng)上接收和發(fā)放，可以省去大量取圖、發(fā)圖和登記造冊的時間，大大減少檔案管理人員的工作。
（4）提高工作效率和勞動生產(chǎn)率。采用協(xié)同設(shè)計/制造技術(shù)，可以提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)發(fā)放/接收和更改的效率；采用數(shù)字化制造信息管理和企業(yè)各部門之間的協(xié)同作業(yè)技術(shù)，可以改進工藝設(shè)計方式和資源的再利用方式，提高員工勞動生產(chǎn)率。
（5）縮短生產(chǎn)制造周期。采用并行工作的工作方式比起串行工作方式要節(jié)省數(shù)倍時間，而且網(wǎng)上電子審簽以及在系統(tǒng)中進行加工仿真都會大大節(jié)約時間。

因此，將plm技術(shù)引入航空發(fā)動機的研制和生產(chǎn)過程中，對于改進現(xiàn)有技術(shù)和管理流程，進而全面提升航空發(fā)動機的整體制造水平具有重要的意義。本文將以黎明公司為例來研究plm的實施策略。

三、航空發(fā)動機制造企業(yè)實施plm的策略

信息時代的航空發(fā)動機制造企業(yè)將是一個全面集成的數(shù)字化企業(yè)，它不僅要為用戶提供滿足其當(dāng)前需要的產(chǎn)品，而且要實現(xiàn)對產(chǎn)品全生命周期（從用戶需求、產(chǎn)品設(shè)計、制造裝配、維護服務(wù)到報廢回收）的管理和服務(wù)?，F(xiàn)代航空發(fā)動機企業(yè)實施plm是一種必然的選擇。plm的實施決不是一蹴而就的，必須制定有效的策略，分階段有計劃的實行。在現(xiàn)階段，實施從需求分析到報廢的全生命管理，還非常困難。能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計過程、工藝過程、制造裝配過程的plm，就是一個飛躍。

1.加強企業(yè)標(biāo)準化建設(shè)

標(biāo)準化是信息化的基礎(chǔ)，國內(nèi)的航空發(fā)動機企業(yè)標(biāo)準化程度極低，專用件達90%以上（一個好的產(chǎn)品設(shè)計，標(biāo)準件、通用件應(yīng)在80%以上，專用件應(yīng)低于20%）非常不利于制造過程效率的提高，在這種不利的條件下，加強標(biāo)準化，應(yīng)著力做好如下幾方面的工作：
（1）建立一套統(tǒng)一的編碼體系，應(yīng)該在整個企業(yè)的所有應(yīng)用領(lǐng)域采用統(tǒng)一的分類編碼方法。
（2）建立數(shù)字化設(shè)計/制造標(biāo)準體系，根據(jù)企業(yè)實際情況，編制有關(guān)數(shù)字化流程的標(biāo)準，用以指導(dǎo)工作和規(guī)范過程，用標(biāo)準化來帶動信息化。
（3）建立各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，如各種標(biāo)準件庫、工藝術(shù)語庫、工藝裝備庫、切削機床庫、工藝參數(shù)庫等，以實現(xiàn)資源的共享和重復(fù)利用。
（4）實施模板化管理，按照企業(yè)標(biāo)準建立標(biāo)準模板，同時對現(xiàn)有的模板進行優(yōu)化以達到減少模板數(shù)量的目的，提高通用化程度。

2.將plm作為企業(yè)全局信息的集成框架

所謂"集成框架"，即在異構(gòu)、分布式計算機環(huán)境中能使企業(yè)內(nèi)各類應(yīng)用實現(xiàn)信息集成、功能集成和過程集成的軟件系統(tǒng)。重點要實現(xiàn)下列兩個方面的集成：
（1）plm與cad/capp/cam的集成
目前，企業(yè)的各個部門，使用不同的軟件系統(tǒng)進行不同階段的工作任務(wù)，cad/capp/cam的信息流需要在不同的軟件系統(tǒng)之間傳遞，利用plm系統(tǒng)可以很好地解決這個問題。把與產(chǎn)品有關(guān)的信息統(tǒng)一管理起來，將信息按不同的用途分門別類地進行管理。cad、capp、cam之間無須直接交換信息，cad/capp/cam系統(tǒng)各自從plm系統(tǒng)中提取所需要的信息，再把結(jié)果放回plm系統(tǒng)中，從而真正實現(xiàn)cad/capp/cam的集成。
（2）plm與erp的集成
plm不僅向erp傳遞所需的產(chǎn)品信息，而且erp中生成的與產(chǎn)品有關(guān)的生產(chǎn)、維修等信息，也統(tǒng)一由plm系統(tǒng)來管理。通過集成二方面的信息，可以最大限度地共享企業(yè)全部信息系統(tǒng)。
plm系統(tǒng)和erp系統(tǒng)在功能、信息表示和技術(shù)實現(xiàn)等方面有很大的不同，然而隨著企業(yè)對產(chǎn)品信息集成和過程集成的進一步要求，plm和erp系統(tǒng)都擴展了一部分對方系統(tǒng)的功能。plm和erp系統(tǒng)功能的各自擴展，使許多模塊功能疊加，如bom、零件分類、零部件信息描述、組織管理、工作流管理等。
plm和erp系統(tǒng)在信息和功能上有許多重疊，plm和erp的集成成為實現(xiàn)企業(yè)信息化的必然。兩個系統(tǒng)在技術(shù)實現(xiàn)上有許多相似之處，但兩者畢竟是面向不同應(yīng)用領(lǐng)域而開發(fā)的系統(tǒng)，它們在處理管理信息的類型和數(shù)據(jù)交換的格式上存在顯著差別。
目前plm與erp系統(tǒng)集成存在的一些主要問題主要包括：
1）在集成的兩個系統(tǒng)之間沒有一個統(tǒng)一完備的信息描述，難以做到信息的完全共享。目前很多系統(tǒng)之間的集成僅僅只是通過數(shù)據(jù)文件來實現(xiàn)系統(tǒng)集成，只能共享有限的信息。
2）難以實現(xiàn)兩個系統(tǒng)之間的過程集成。在串行工作環(huán)境中，信息流動是單向的，設(shè)計、制造過程中的信息不需要交流和反饋，而并行工程要求產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計人員從一開始就考慮產(chǎn)品整個生命周期中的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進度計劃和用戶，plm和erp的分別實施使設(shè)計和制造過程缺乏必要與及時的信息反饋。
3）系統(tǒng)集成之間信息的控制問題，即由誰來產(chǎn)生數(shù)據(jù)以及控制共同擁有的信息。
4）組織障礙，使用plm和erp系統(tǒng)的部門之間，較難接受對方的思想，人為因素阻礙了系統(tǒng)之間集成，這也是一個不容忽視的方面。

plm和erp系統(tǒng)的集成一般可以采用以下幾種方案。
1）plm為主，erp為從。
2）plm和erp系統(tǒng)之間的信息雙向傳遞。
3）erp為主，pdm為從。
第二種模式比較適合航空發(fā)動機制造企業(yè)。bom的產(chǎn)生、產(chǎn)品配置管理和文檔管理由plm實現(xiàn)，erp系統(tǒng)增加生產(chǎn)管理信息和成本核算等，并將這些信息發(fā)布到plm系統(tǒng)完成產(chǎn)品信息的更新。雙向傳遞的集成方式使設(shè)計人員和制造人員都工作在自己熟悉的信息平臺上。

3.建立產(chǎn)品設(shè)計/制造協(xié)同平臺

從產(chǎn)品設(shè)計到工藝規(guī)劃到產(chǎn)品制造是一個密切相關(guān)的過程，我國航空發(fā)動機行業(yè)的特點是設(shè)計和制造由不同的部門來完成，而且各自有一套不同的管理方式和數(shù)據(jù)環(huán)境，為了保障過程的順暢，實現(xiàn)全生命周期管理，建立產(chǎn)品設(shè)計/制造協(xié)同平臺是完全必要和必需的。

建立設(shè)計/制造協(xié)同平臺時，需要設(shè)計部門和制造部門共同協(xié)商確定產(chǎn)品數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)表示方式、協(xié)商確定各種工作流程；建立異地協(xié)同作業(yè)環(huán)境和操作規(guī)范及數(shù)據(jù)同步機制，同時需要明確數(shù)據(jù)傳輸格式和數(shù)據(jù)組織模型。圖1是一種可行的數(shù)據(jù)組織模型。

4.建立制造工藝管理平臺

制造工藝管理平臺緊緊圍繞著產(chǎn)品（products）、生產(chǎn)工藝流程（processes）、車間（plants）和制造資源（resources）四個方面進行信息處理自動化。制造工藝管理平臺系統(tǒng)可以確保產(chǎn)品數(shù)據(jù)從設(shè)計定義到最終投放生產(chǎn)順暢運行。建立制造工藝管理平臺，需著力做好如下工作：

（1）制造資源管理
制造資源管理（manufacturing resource manager，mrm）是一個擴展的數(shù)據(jù)庫功能，mrm可以管理各種不同類型的資源，例如，刀具、設(shè)備、夾具、典型工藝、工藝參數(shù)等，以供不同需要的調(diào)用。企業(yè)可以將所有制造過程中可以重用的資源分類及關(guān)鍵屬性錄入，建立統(tǒng)一的資源庫，在需要查詢調(diào)用資源時，可以按照多重屬性進行限制，以提高精確度。這樣，在編制加工工藝時，工藝人員可以及時、精確地在資源庫中查找各項活動所需要的資源；在進行生產(chǎn)管理時，生產(chǎn)計劃和管理人員可以方便地統(tǒng)計和核算產(chǎn)品制造所消耗和占用資源的成本、時間。
mrm可以通過對資源的有效管理達到減少投資成本的目的；統(tǒng)一的資源庫可以減少在多數(shù)據(jù)庫中搜索資源造成的信息浪費，提高工作效率，推動企業(yè)標(biāo)準化進程。

（2）優(yōu)化工藝過程，創(chuàng)建典型工藝
創(chuàng)建典型工藝，應(yīng)用典型工藝設(shè)計模板，將會極大地提高工藝設(shè)計的工作效率、提高企業(yè)的工藝文件標(biāo)準化程度。發(fā)動機制造企業(yè)的工藝過程，相比其他行業(yè)有其特殊性，比較復(fù)雜，新的工藝人員必須花很長時間才能熟悉工作。如果能夠?qū)⒌湫偷摹⑼ㄓ玫墓に囘^程，做成工藝模板，在編制工藝時，就可由典型工藝模板派生出新的加工工藝，不失為一種可行的辦法。
需要注意的是，典型工藝放入資源庫時應(yīng)使用客戶化的分類方式使用多關(guān)鍵參數(shù)查找功能，以便能夠快速確定和引用最貼近的參考模板，很容易地從一個模板工藝生成新零件工藝文件。

5.采用電子審簽流程

電子審批流程是用基于電子化的審批發(fā)放來取代過去手工的簽字過程和技術(shù)通知，對各種對象（如文檔、圖紙、零件版本）提請審批，系統(tǒng)會根據(jù)預(yù)先的設(shè)定自動發(fā)送消息給指定的用戶，對于像工藝性審查這種在多部門共同完成的工作可以同時分頭進行，以實現(xiàn)并行的目的。采用電子審簽，改變過去人工跑來跑去的方式，可以節(jié)約人力和時間；采用并行的工作方式，省去串行的等待時間，可以大大提高效率。

黎明公司現(xiàn)有的技術(shù)工作管理流程是在傳統(tǒng)的制造模式和手工管理方式下，經(jīng)歷了幾十年逐漸發(fā)展起來的。有相當(dāng)一部分并不適應(yīng)信息化的要求，有必要對現(xiàn)有工作流程進行簡化和優(yōu)化，并創(chuàng)建流程模板放到plm系統(tǒng)中以實現(xiàn)電子化審批流程。

6.提高工裝設(shè)計質(zhì)量和效率

提高工裝設(shè)計的效率和質(zhì)量的可以從兩個方面來實現(xiàn)：

(1)工裝的關(guān)鍵特征與產(chǎn)品零部件具有相關(guān)性和一致性，利用wave幾何連接的方式進行工裝設(shè)計，一方面可以顯著提高工裝的設(shè)計速度和質(zhì)量，另一方面也可以使得工裝與零件保持一致性，在零件尺寸更改時，迅速生成新的工裝3d模型。
(2)其二，同類零件的同類工裝的結(jié)構(gòu)具有相似性，而且經(jīng)過多年的驗證和積累，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)定型或標(biāo)準化。因此可以把工裝按對應(yīng)的零件種類和工裝種類進行分類，建立參數(shù)化的典型結(jié)構(gòu)模板，放入mrm資源庫，在工裝設(shè)計時直接調(diào)用。

7.適度的客戶化開發(fā)

由于各個企業(yè)的具體情況不同，plm軟件需要使用者在供應(yīng)商的支持下或多或少地進行一些客戶化的工作，使得客戶化后的系統(tǒng)既保持面向數(shù)字化制造的體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，又能滿足工藝的使用需求，同時兼顧用戶的使用習(xí)慣和應(yīng)用基礎(chǔ)。但同時也要意識到：客戶化程度越高，后續(xù)的升級維護成本就越高。因此，客戶化開發(fā)工作一定要保持一個合適的"度"，不能不做，也不能做得太"過"。

四、結(jié)束語

pdm技術(shù)在ge、rr、pw等世界著名的航空發(fā)動機制造企業(yè)有一些成功的實施經(jīng)驗，在國內(nèi)的飛機制造企業(yè)也有一定的效果。而plm作為在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新技術(shù)即便在國際上，也鮮有成功的經(jīng)驗可以借鑒。黎明公司作為在國內(nèi)首家實施plm的航空發(fā)動機生產(chǎn)制造企業(yè)，需要企業(yè)的各個部門通力合作，采取切實可行的方案，將黎明公司乃至航空發(fā)動機行業(yè)的信息化水平提高到一個新的高度。(cweek)