2022-06-25 基于产品全生命周期(PLM)智能化改造的实践
导读:豫新公司智能化改造主要涵盖了智能设计、智能经营和智能生产,并通过工业网络的构建和安全保障体系的完善实现MES与PLM、ERP的系统高效协同集成。本部分主要对豫新公司智能化改造项目的实施与运行过程及主要解决的问题进行了全面介绍。 航空工业新航豫新汽车热管理科技有限公司(以下简称豫新公司)位于河南省新乡市,公司成立于1993年,前身为豫新机械厂,隶属于中国航空工业集团公司。豫新公司主要经营范围为各类汽车热管理系统的生产和销售。 豫新公司是国内知名汽车空调生产供应商,2019年被认定为国家高新技术企业,拥有国家级企业技术中心、省级工程技术研究中心及国家认可的实验中心。公司连续16年荣获全国百佳汽车零部件供应商,先后承担国家智能制造新模式应用项目、郑洛新产业集群新能源汽车动力电池热管理系统项目等国家和地方科技重大项目;先后荣获国家两化融合试点示范企业、河南省知识产权优势企业、河南省质量标杆企业、河南省智能工厂、新乡市智能制造标杆企业、新乡市星级工业企业等荣誉称号。 一、产品全生命周期智能化改造”实施与运行过程 (一)“产品全生命周期智能化改造”模式创新的内涵 豫新公司智能化改造主要涵盖了智能设计、智能经营和智能生产,并通过工业网络的构建和安全保障体系的完善实现MES与PLM、ERP的系统高效协同集成。主要包括: PLM系统的实施,实现产品、工艺和质量检验策划设计为一体,管理产品研发的全过程,有效降低设计周期和试验成本;通过设计、工艺数据库不断完善,实现设计的智能化,最终达到缩短产品升级周期和降低产品设计不良率的效果。 以MES系统为核心,通过视觉传感器、RFID、条码等数据采集系统装备进行产品的过程数据采集实现产品的质量追溯,降低不良产品的流出和减少召回造成的损失;通过智能上下料系统、AGV等智能物流仓储的应用,减少工序间的等待、提高产品的物流顺畅度、满足产品先进先出的质量要求和减少人员配送的等待;通过MES与智能装备、智能物流仓储等的无缝对接进行生产计划、生产准备、物料管理和设备运维管理等,降低企业的运营成本,提高企业的核心竞争力。 全价值链系统集成:通过PLM与ERP、MES集成;PLM与CAx系统集成;ERP与MES集成;MES数据集成;实现产品全生命周期的高效管理,提高产品质量。 通过弧焊焊接机器人、转运机器人、自动激光切割机、全自动装配机、视觉检测防错系统、柔性智能装配线实现自动化、智能化生产。 (二)“产品全生命周期智能化改造”模式创新的建设思路 豫新公司在智能化改造过程中,采用以信息流带动业务流的制造全过程新模式,以实现各个信息化系统间信息数据共享;形成从市场需求提出→设计开发→过程开发→ERP下单→生产排产→生产制造(过程监控)→入库发货的主业务流闭环,实现产品全生命周期智能化改造模式创新,建设思路框架如图1所示: 基于产品全生命周期智能化改造的实践 图1 建设思路框架 1.智能设计 ①总体规划 全面开展CAD、CAE、CAPP等系统的应用,实现基于模型定义(MBD)的设计,实施PLM系统,实现产品设计、工艺、采购、生产、物流、服务全生命周期管理;通过产品全生命周期管理,提高数据应用对设计的支持作用;实施CAE,进行产品仿真,并对零部件和产成品试验验证,与仿真结果对比。智能设计总体架构如图2所示。 基于产品全生命周期智能化改造的实践 图2 智能设计总体架构 ②实施效果 截止2020年12月,完成PLM项目一期和二期建设,实现图文档、工作流、工艺图表、IATF16949、报表汇总、编码工具、CATIA与PLM集成、PLM与CAPP集成、PLM与CAE集成等模块的应用和推广,最终实现线上协同设计、数字化研发、数字化工艺设计、设计工艺一体化、产品仿真分析等功能。 1)线上协同设计 通过CATIA软件与PLM软件的数据和结构交互,实现CATIA与PLM的深度集成,用户登录CATIA软件后,通过软件内置工具条,可以浏览产品结构树、文档树等在线数模,实现线上数模一键调用、数模协同共享的功能,达到线上协同设计的目的,通过建立设计知识库,实现产品设计的共用共享,缩短设计时间;同时可将CATIA软件中属性信息和层级结构提取至PDM系统中,实现结构化数据一键提取BOM的功能,同时进行BOM配置管理,提高产品设计的可重用性,缩短订单BOM设计时间。如图3所示。 基于产品全生命周期智能化改造的实践 图3 线上协同设计 2)数字化研发 应用函数定义特征尺寸的技术,实现三维数据的参数化建模,通过修改数模中参数的值,实现不同规格的三维数模一键生成,如图4所示。 基于产品全生命周期智能化改造的实践 图4 参数化建模 开发知识工程库文件模块,将参数化数模和Excel设计表结合,加入“PartNumber”字符,实现批量数模一键解析,最终达到数字化研发的目的,解决了通用零件重复建模和设计效率低的问题,如图5所示。 基于产品全生命周期智能化改造的实践 图5 数字化研发 3)数字化工艺设计 实施CAPP模块前,工艺文件的编制过程不受控,工艺员编制流程一般为特殊特性清单→工艺装备清单→流程图→FMEA→控制计划→平面布置图→流程表→作业指导书,如图6所示。工艺文件均采用EXCEL模版分别手动输入编制,需要一份一份分别编制,编制过程未能充分考虑文件内容的关联性及延用性,文件关联性低、一致性差,齐套率低,导致产品开发阶段特性及风险识别不足,产品量产后问题频发。 基于产品全生命周期智能化改造的实践 图6 原工艺文件编制流程 实施CAPP模块后,工艺文件的编制过程受控管理,通过CAPP软件编制工艺文件,工艺员编制流程为流程表→流程图/作业指导书/平面布置图→FMEA/控制计划,控制计划的数据信息可以反填至作业指导书中,特殊特性清单和工艺装备清单通过CAPP的高级报表功能自动生成,无需人工编制,整个过程如图7所示。 基于产品全生命周期智能化改造的实践 图7 现工艺文件编制流程 产品工程部组织相关部门梳理工艺资源库,主要包含工序名称、工艺装备、设备等工艺编制常用的数据信息资源,实现文件编制的标准化;各车间工艺根据产品的差异情况建立适合的典型工艺库,便于工艺人员应用;产品工程部根据工艺技术管理的需求,组织梳理工艺文件及各属性的关联,建立工艺文件编制模版及关联映射关系,最终形成编制标准。 依据CAPP工艺模版顺序按开发流程进行工艺过程策划,充分识别特性与风险,工艺文件编制时相同属性的内容只需编写一次,避免重复输入,通用工艺知识及工艺资源从库中选用,便于工艺技术描述及数据的规范性及一致性,同时也保证了工艺文件的编制的完整性、质量与效率。 4)设计工艺一体化 实施工艺数据管理模块前,工艺文件在文档树下分不同的车间、产品类别、产品型号及资料类别进行上传会签管理,工艺文件是否齐全很难确认,与设计不存在关联,文件信息反复确认输入,且不易查找一个项目的所有工艺资料。 实施工艺数据管理模块后,将PLM与CAPP进行集成,实现设计工艺一体化,开展设计和工艺设计并行工程,缩短研制时间。首先,由产品结构树转化为工艺结构树,为工艺文件的编制提供树状图,确保工艺文件编制过程中零组件信息自动提取。即工艺文件的编制前首先从产品结构树检索到产品,进行BOM转换,在CAPP工艺图表中选择相应产品,产品BOM结构自动添加到协同管理的结构树中,找到需要编制文件的零组件下新建工艺选模版进行工艺编制,自动存储在结构树下,产品基础信息自动从结构树下映射到工艺图表中,不用再手动输入,在工艺树下建立的管理文件夹及文件,与产品结构树下同步链接,产品结构树的变更会自动更新工艺树,实现产品的设计工艺一体化管理,设计变更和工艺变更的智能联动。能在产品结构树下管理所有设计工艺过程资料,便于项目资料的查看。 实施工艺数据管理模块前后优化对比表如表1所示。 表1 优化对比…