PLM在大型结构件加工中的运用研究

张省平 贾鹏杰

(信息中心)

关键字 PLM 大型结构件信息化

1 引言

德国工业4.0自2011年在德国汉诺威工业博览会上，正式提出之后，其概念和内涵被德国企业和政府不断解读和充实。德国工业4.0提出：用户需求个性化、多样化、多变化，是未来制造业发展的必然趋势和原始驱动力；大规模定制化制造将带来企业经营理念的重大变革。《中国制造2025》规划经李克强总理签批，已由国务院于2015年5月8日公布，意味着酝酿多时的中国智能制造战略正式拉开了帷幕。规划提出了中国制造强国建设三个十年的“三步走”战略，是第一个十年的行动纲领，是中国版的“工业4.0”规划。中国制造2025从中国实际出发，涉及面非常广，在工业化和信息化深度融合方面，着重提出了把智能制造作为两化深度融合的主攻方向。

PLM以对产品从需求输入、设计、研发、制造、更改、技术服务、升级和停产等产品数据的全部环节的管理，对整个产品生产过程进行控制；PLM可以与多种开发设计工具集成，如：Auto CAD、ECAD、Cadence、Altium、Solid Works的可视化集成，以及MS office、PDF、WPS等常用办公软件在系统内的封装使用［1］。PLM在大型结构件加工中关注产品整个生命周期，从用户选型、设计、制造、交付及售后服务与售后建议。PLM存在编码信息不统一、设计与生产脱节、质量追溯难等问题。而当前由于用户个性化需求的增长，为满足用户诉求，需在大数据分析的基础上加入人工智能，以快速设计和制作出满足用户需求的产品，同时提供三维仿真，便于用户在选型时对所选产品有全面的了解。要实现以上功能，必须加入人工智能，保证90%以上工作由人工智能自动完成，10%的工作针对新需求，人工完成后，更新人工智能算法，逐步实现人工智能，并不断总结人工智能存在的问题，不断完善，保证人工智能应用PDCA循环。

2 大型结构件加工中PLM功能架构

2.1 大型结构件加工企业信息平台架构

大型结构件加工企业信息化一般由企业资源计划(ERP)、PLM、办公自动化(OA)、执行制造系统(MES)、门禁安防等系统组成，按照架构又可以分为集团信息化系统和厂区信息化系统。大型钢结构信息平台架构图见图1。

图1 信息平台架构图

PLM作为一个以产品为主线的信息化平台，所管理的数据包括产品从构想、设计、生产、销售、售后服务等。涉及的数据广，数据结构形式多，数据量大。所有在建设PLM平台时，应根据公司现有信息系统配置PLM平台，昆钢目前已经具备集团级系统，所以建设PLM平台时只需提供相应接口与集团级系统进行交互既可。而MES平台及门禁安防平台未建立，在搭建PLM平台时需增加里面与产品相关的功能数据采集及数据存储。PLM平台的数据可以自动导入各种设计图纸，可以自动采集原有系统数据，也可以采集现场PLC数据及检化验数据等。PLM平台数据的传递应是无缝的、可靠的、高兼容的。PLM数据关系图见图2。

图2 PLM数据链路图

2.2 大型结构件企业PLM功能

PLM是以产品为中心，将整个产品周期集成统一管理的平台，所以功能也是服务于产品。针对产品特点，PLM需具备以下功能：

1)让产品与设计沟通

PLM平台所有产品，都应包含设计标准，详细设计图纸等设计资料。而当设计人员对产品有更新时，PLM平台应记住修改，并通过产品反映出来，同时保留新旧版本的设计方案及产品。产品变更时，应记录产品每次更新的部位，进行更新的人员，更新的时间等关键信息。

2)使产品与生产过程交互

产品一经确认，PLM平台需把产品设计图纸自动分发到各生产单位，由生产单位自行排产，安排生产，PLM平台采集排产计划数据以及实际生产数据，形成企业和用户关心的各种报表和数据，如产品生产进度信息。

3)产品与售后服务关联

产品交互用户后，在使用过程中实时掌握所售产品信息，PLM平台具备实时采集产品运行数据，同时具备收录用户意见功能。通过PLM平台，用户可以方便地查看该类产品常用问题、操作手册、其他用户经验等。

4)具备高度集成性和兼容性

PLM平台提供的数据包括产品全寿命周期，所有要求其支持的文档、文件种类繁多，如常用的办公软件OFFICE、绘图软件CAD、BIM、CAM等等。这些就要求PLM平台具备强大的兼容性，能够支持办公软件，三维软件，工业软件等。PLM平台具备集成所有软件和工具的能力。

5)具备WEB功能

PLM平台需提供WEB功能，以便于制造企业与用户沟通，且WEB支持版本应不受操作系统限制。

3 PLM在大型结构件加工中的实现

3.1 大型结构件加工的核心目标

大型结构件加工智能制造的核心目标是满足定制化和个性化产品生产要求，同时生产成本最低。而个性化、定制化生产就要求设计研发周期缩短，要求采购周期最短，要求审批流程必须高效，要求工程生产线具备软性，要求质量管理必须有效。而这些因素在实际生产和运行中又相互制约和影响。如缩短设计研发周期，对质量管控造成负面作用。系统准确地权衡这些因素，这需要PLM系统平台提供数据支持。所以PLM系统平台是完成智能制造的核心系统。

3.2 PLM的痛点

(1)编码信息不统一

围绕产品涉及的部门和单位众多，如前期的销售部门，设计部门，生产过程中的生产部门，物资采购部门，第三方供货商，售后服务部门等等。各个部门都按照各自的习惯对产品各部件进行编码，作为产品的信息，过去没有很好的技术手段让信息在各部门有效传输。使得产品生产流程冗长，质量控制困难，无法进行定制化生产。

(2)设计与生产脱节

传统流程都是设计人员设计完，然后将资料交给生产人员，期间只有发生重大事情，才会做下来一起商量，起不到防微杜渐作用。过去无技术平台将设计人员与生产人员联系起来，导致生产中可以很好改善设计的经验无法实时传递到设计人员手中，而设计人员新的设计理念有无法实时更新到在生产的产品中。另一方面，设计人员设计好的执行程序，只能通过拷贝方式传输给设备机器，任何修改都需要来回于生产车间与办公室，费时费力。传统技术平台无法通过网络将执行程序远程传输给机器，并且远程实时查看运行效果。

(3)质量追溯难

产品生产过程中要素众多，各种材料是否拿错，工人操作水平高低，制定的焊接工艺规程是否符合，组装方法是否得当，作业时环境是否符合等都是产品质量的影响因素，过去都是靠人记录，未统计进入数据库中。传统技术无法针对产品全流程、全要素跟踪，当产品出现质量问题，很难全面细致的分析产品质量原因。

3.3 PLM在大型结构件加工中的实现

大型结构件加工企业的智能制造需在商务谈判时实现智能，在设计时实现智能，在生产时实现智能，在售后时实现智能。PLM在这些智能中起到桥梁的作用，搭建了智能制造高速数据通道。PLM实现智能需建立大型结构件加工企业的大数据，不断开发和挖掘大数据内的内容，分析数据，实现智能。

(1)PLM在商务谈判时

过去我们进行商务谈判需要进行很多轮，首先要让技术人员相互沟通，核对产品技术参数，确认技术方案；然后再开始商务谈判，商务谈判确认后才能够签订产品合同。利用PLM平台就不需要这么麻烦了，直接利用PLM平台窗口，提供模块化产品参数，模块化产品内同时包含价格，以便于用户根据实际需求确认是否需要，用户选定后自动出具三维产品展示图，性能表，价格表等数据。当出现特殊需求后，通过PLM平台，双方技术人员实时沟通，沟通都基于PLM平台提供的样品和数据，如两人面对面交流，确认后也相应出具三维展示图和性能表、价格表等。以此作为谈判基础，极大地简化了谈判流程。实现了商务谈判智能进入PLM平台数据库，便于产品设计和后续工作。

(2)PLM在设计时

PLM平台将商务谈判后确认的设备参数推送到设计软件，由具备智能化的设计软件自动完成产品各模块的设计，同时创建新模块数据，形成材料设备清单及安装规程图等文件，经设计人员审核无误后存入PLM平台数据库，实现设计的智能。

(3)PLM在生产时

通过PLM平台将设计数据自动分发给个生产单位，同时将采购信息传递给企业ERP，实现自动采购，自动分配任务。各单位根据其现有任务情况，安排生产计划，生产计划及实际生产情况实时采集进PLM平台，实现对产品生产的智能跟踪。将该智能跟踪结果同时提供给客户，方便客户掌握自己采购的产品生产进度，实现客户智能跟踪产品进度。PLM平台根据采集来的实时生产数据，如焊接机器人运行状况，下料机运行状况等，PLM平台能够智能判断产品生产进度，并更新到PLM平台数据库中。

(4)PLM在售后时

产品出厂检验证书及检验数据表存入PLM平台数据库，让每个产品质量在PLM平台内可查。产品在现场使用后，根据采集回来的产品运行数据，PLM平台对比出厂产品数据，智能检测出产品运行状态，需更换维护的产品部件，提交给公司售后服务人员及客户，并推送相应的更换维修手册，实现售后智能。

(5)PLM在全流程

PLM平台提供给客户针对产品的服务窗口，客户使用过程中有比较好的建议，可以录入到PLM平台，PLM平台根据收集到的建议，经公司确认为好建议后，PLM根据筛选出好建议传递给设计部门，由设计部门不断完善产品，同时更新产品模块数据库，便于快速更新升级产品。实现整个流程闭环智能。

3.4 PLM在大型结构件加工智能制造的问题及对策

当前，在大型结构件加工企业智能制造实施非常困难，主要有以下几个方面的问题：

(1)智能制造方向不明

国家层面提供中国智能制造后，全国对智能制造的热情高涨。但从企业领导到基础员工，都对智能制造很疑惑，不知如何应对。智能制造虽然很热，但仍在摸索阶段，无任何企业可提供借鉴。正是如此，企业更是要立足实际情况，对企业做个全面地智能制造规划，不要因为投资昂贵就不重视，只有总体规划好，才能够指明企业未来发展方向，提高企业竞争力，让企业不被时代淘汰。现在企业无那么多资金，可整体规划后，逐步实施，在前面的实施中才会往智能制造规划的方向前进。另外，智能制造的核心目标是个性化、定制化生产，只有抓住这个核心，才能以产品为中心，制定智能制造规划，而PLM作为以产品为中心的平台，是智能制造的桥梁。

(2)PLM平台无相应的管理体系做支撑

不管多先进的平台系统，都需要管理体系做支撑，只有先进的平台系统，管理体系未建立，最终系统平台是个摆设。因为建设任何一个新系统时，不是所有部门，所有人员都熟悉平台，如果无管理体系进行约束，企业人员都不会主动去接收新系统平台，不会去学习和熟悉系统，从而使用好系统平台。管理体系应服务好系统平台，而不是系统平台仍跟随老管理流程。原有管理流程都是缺乏信息技术支持，所以对系统平台很不适应，有些人会认为系统平台不可靠。导致系统无法发挥其优势。新的管理体系应以系统平台为支撑，所有分析，考核，指标都应基于平台数据。这样才能够使系统平台真正服务企业。而企业依靠系统平台，能够快速掌握企业运行情况。PLM作为涵盖产品整个周期的系统平台，其管理体系也应涵盖公司所有与产品相关的部门。

4 结语

PLM作为一款涵盖整个产品生命周期的系统平台，以产品为核心进行数据管理。符合大型结构件企业智能制造核心目标的要求：个性化、定制化生产。PLM在大型结构件企业起到桥梁作用，能够把与产品相关的所有数据连接起来，形成以产品为中心的大数据，待充分挖掘大数据后，便可实现大型结构件全流程的智能制造。同时，建设PLM系统平台时，也要非常重视配套管理体系的建立。只有PLM系统平台和管理体系两条腿都成熟，才能让企业智能制造站的更稳，走的更远。