基于Teamcenter 的标准件系列产品工艺设计研究及应用

陈栋CHEN Dong；寇明KOU Ming；张赫明ZHANG He-ming

（中国航空工业标准件制造有限责任公司，贵阳 550014）

0 引言

设计数据经过标准化的转换，形成物料数据和图文档数据，基于设计数据进行工艺设计，形成工艺物料数据、检验数据、PBOM 数据和图文档数据，设计数据和工艺数据所组成的技术数据链条为后续计划、制造、生产准备、物料管理等活动提供支撑。为了确保PBOM 等工艺数据与产品数据的强关联关系，采用一个件号产品编制一本工艺规程的工艺设计模式，虽然可以进行克隆，但对于标准件庞大的存量和增量产品基数，工艺设计效率远远无法满足实际需求，同时在数据链条上仍存在诸多断点，需要通过多次转换和维护，工作量大，出错风险高，技术状态管理难度大。标准件产品具备系列化、多品种、构型简单、件号数量庞大等特点，急需搭建一套能够实现协同设计数据、高效率、匹配工艺标准化管理、结构化要素齐套的管理平台，解决工艺设计效率瓶颈，以及下游MES、ERP 等系统对结构化工艺数据的需求和工艺无纸化等问题，支撑标准件产品的全生命周期数字化管理。

1 设计、工艺一体化平台

Teamcenter 是西门子公司的全生命周期管理PLM 系统，系统基于SOA 架构设计，具有很好的系统开放性。能够以完全SOA 架构的方式，提供PLM 系统所要求的功能，包括文档管理、产品结构管理、配置管理、零部件分类管理、工作流程管理、更改管理、项目管理、需求管理等的产品全生命周期管理，是一套全球制造业应用比较广泛的整体解决方案。[1]

首先，产品设计数据与工艺设计在统一的数据源下进行管理，利用产品对象与设计标准、更改数据、技术规范等的关联，便于对工艺与产品总体的技术状态进行管控。

其次，平台分类库可以有效的对产品、工装、原材料、设备等资源数据进行管理，并基于TCM 模块OOTB 功能界面进行工序、工步等的关联关系搭建，通过转换实现快速输出二维PDF 工艺卡片。

第三，Teamcenter 的TCM 模块具备强大的结构化数据搭建功能，同时与NX、CAD 等工具软件、ERP、MES 等生产制造系统均具备优秀的集成性能，因而基于结构化数据形成的PBOM 可以有效支撑下游业务系统的应用。

2 标准件系列产品结构化工艺设计

2.1 工艺设计统一界面

在对工艺设计模块进行总体设计之前，对Teamcenter的TCM 模块和一般国产CAPP 应用进行了对比，经过对比发现，相较一般国产CAPP 应用，Teamcenter 的TCM 模块存在跳转界面多，操作复杂等缺点，所以总体功能的设计兼顾标准件系列产品工艺编制、CAD 集成等功能实现的基础上，以用户视角设计操作逻辑、步骤和界面，通过定制化二次开发，结合工艺规程特点，分工艺级、工序级、检验模块分别设计统一的操作界面，主要包括基本信息维护以及对象创建、删除、关联关系搭建等功能，依托OOTB 界面的树结构对工艺、工序和资源要素关系进行管理，而数据的处理和关联则通过统一界面完成，并将添加、维护和关联关系搭建的相关数据映射到工艺BOM 中，使工艺人员进行工艺设计时对于工艺数据的处理基本达到“所见即所得”的效果。工艺级设计界面见图1，工序、工步级设计界面见图2。

图2 工序、工步级设计界面

2.2 结构化与系列化工艺设计的融合

Teamcenter 的TCM 模块与NX、CAD 等工具软件具备优秀的集成性能，基于标准件产品构型简单的特点，典型标准件示例见图3，工艺设计主要由二维CAD 软件进行即可满足需求。根据对Teamcenter 软件平台功能模块的分析，结合公司产品工艺设计特点，对标准件系列工艺设计、二维制图软件与Teamcenter 系统集成、工艺更改、工艺规程克隆、工艺文档签审等重点功能进行了详细的业务逻辑设计和功能方案设计。基于功能设计方案，直接对接精准开发实施，避免业务和功能语言不通造成的结果偏差。

图3 典型标准件示意图

①系列工艺总体逻辑。

通过定制化开发推翻单一产品创建工艺对象的逻辑，选取基于一定原则判定为系列产品的多个产品对象，创建多对一的工艺对象，并基于单一的工艺对象，按工艺设计程序维护资源、工序、工步、检验内容等，并通过界面功能实现产品对象与相应资源、工序、工步、检验值等变量的关联关系搭建。完成系列产品工艺要素总体设计后，执行父级工艺对象签署流程，流程过程中所有节点人员均可通过列表形式的工艺卡片审查系列工艺中所有产品的工艺要素，达到一次流程发布多项产品工艺规程的目的，待父级工艺对象发布后，系统中的工艺服务、工序服务、工步服务根据产品关联关系，执行派生单件号工艺功能，将父级工艺中单件号产品的工艺进行抽取，整合并发布形成单件号工艺规程，实现单件号产品与结构化工艺要素强关联的目的，系统逻辑框架见图4。

图4 标准件系列产品工艺设计系统逻辑框架

②3PR 关联。3PR 关联及产品、工艺、工厂和制造资源的关联，将产品零部件、工艺、工序、生产线、工作区域、制造资源等信息作为相互关联的对象来处理。[2]

利用3PR 关联技术，在工艺设计界面增加系列产品与材料、产品与工序、产品与设备、产品与工装、产品与辅料、检验项与检具、检验值与检具之间关联关系的搭建及管理功能，基于单件号产品与相关结构化工艺数据的关联关系，实现父级工艺派生单本工艺功能，父级工艺对象与单本工艺对象相对关系见图5。

图5 系列产品父级工艺对象与单本工艺对象关系

③结构化。结构化工艺彻底颠覆了传统卡片式的工艺模式，将工艺由卡片形式转变为一个树状结构，即工艺BOP（Bill of Process 过程清单），将工艺的数据对象，如工序作为结构中的某一级节点。

④结构化检验数据。BOP 中工艺、工序、工步、工艺装备资源均可在TCM 模块中的统一界面进行维护和编辑，而工序二维图形中的检验标注作为检验信息为了与图形信息保证数据源的一致性，设计了CAD 软件的二次开发并与Teamcenter 进行集成，形成基于集成的图形、标注信息传输，集成关系见图6。

图6 CAD 软件与Teamcenter 集成关系

CAD 软件中关于系列化产品变量的处理采取列表形式实现，列表由CAD 软件根据命令自动生成，表头信息主要由Teamcenter 传输给CAD 的产品图号和图形尺寸标注的球标序号组成，变量信息由工艺人员手动填写，非变量信息由CAD 软件根据标注内容自动填写，完成列表所有信息的维护后通过集成按钮将结构化检验相关数据和图形数据传回Teamcenter，再由Teamcenter 系统对检验数据进行接收、转换、显示以及处理检验数据与检具对象的关联关系。

2.3 基于工艺标准化的典型工艺管理

派生型CAPP 系统利用零件的相似性来检索现有的工艺规程，系统是建立在成组技术基础之上，零件按照其几何形状或工艺的相似性归类成族，建立零件族主样件的典型工艺规程即标准工艺规范，它可以按零件族的编码作为关键字存入系统数据库或数据文件中，标准工艺规范的内容通常包括完成该零件族零件加工所需的加工方法，加工设备，工、夹、量具及其加工顺序等，其具体内容可根据系统开发对象的实际情况而定。[3]

基于公司产品加工工艺特点，梳理产品工艺技术分类，该分类架构通过Teamcenter 分类库进行管理，采用同样架构分别管理产品物料对象和典型工艺模板，两个分类树必须保持同步，通过二次开发实现基于产品工艺类别架构进行工艺规程模板自动匹配（见图7），即辅助识别功能，系统需要根据新产品的工艺类别自动搜索并显示同类别典型工艺规程模板，同时根据产品属性进行匹配度识别，匹配属性可以根据产品设计要素进行配置，匹配度高的模板通过颜色区分和条目顺序进行显示，帮助工艺人员找到同类别产品相关要素匹配度最高的典型工艺规程模板。通过工艺标准化管理和克隆功能，大幅度提升工艺复用的效率和精准度，核心意义在于实现基于产品类别的典型工艺规程模板的管理。

图7 工艺规程模板自动匹配

2.4 基于集成管理的工艺无纸化

工艺员基于产品对象进行工艺设计形成PBOM 和PDF 格式工艺图文档，同时需要按照技术状态管理和文档资料管理的相关要求，结合相关属性和对象状态，在相应流程节点自动或手动加盖各类水印，如“受控”、“定型”、“关键件”等，发布的工艺文档通过集成推送至MES 系统，系统在工艺设计过程中自动将产品物料属性如图号、材料、规格等信息映射至工艺规程对象。通过系统集成技术，依托Teamcenter 系统统一的数据源，实现设计数据、工艺数据的协同一体化办公，形成了基于集成管理的工艺无纸化管理，解决了一直以来设计输入信息传递速度慢、纸质文档管理成本高、重复性工作量大、技术状态管理困难等问题。

3 结论

本研究基于标准件制造业对于系列化产品工艺设计能力提升的需求，在设计数据与工艺数据协同一体化基础上，对Teamcenter 的TCM 模块工艺设计功能关键技术进行了研究，提出了多维度产品数据与工艺数据的关联关系搭建思路，以型号技术工艺设计业务为主线，突破工艺设计效率瓶颈，构建一体化、集成化、模块化的结构化工艺设计功能架构，并以Teamcenter 为核心与CAD 软件、MES、ERP 系统集成，形成了面向工艺设计到工艺应用的闭环管理模式，在完成工艺设计与管理平台及其关键业务组件的构建后，公司PLM 管理应该面向更为系统的流程化、知识化、智能化的方向去研究以及规划后续建设方向。