面向大规模定制PDM建设的关键技术

发表时间:2017-11-06 作者: 唐云川  来源: e-works
关键字:PDM系统 大规模定制 
大规模定制思想引入中国已经有十多年了,中国的企业也或多或少的在按照这种思路在组织研发、制造,实践证明这种思想也是符合我国当前现状的。

  一、引言
 

  大规模定制思想引入中国已经有十多年了,中国的企业也或多或少的在按照这种思路在组织研发、制造,实践证明这种思想也是符合我国当前现状的。但真正要这种思想完人融入到企业中,不仅需要管理的变革,设计与制造的变革,更离不开信息化手段的支撑,没有信息化手段的支撑,让企业面对以往数量几倍甚至几十倍的客户是不可想象的。
 

  PDM系统做为企业技术研发的核心系统,必须能够支撑企业发展需求,可以与大规模定制思想相适应。因此本文总结了我公司在PDM建设过程几项目关键技术与大家分享。
 

  綦江齿轮传动有限公司(以下简称綦齿)则是一家具有80年历史的国家汽车齿轮大型骨干企业,是国内著名的汽车变速器生产企业。近几年綦齿的的客户需求日益多样化,每年产生各类订货需求几千份,总体呈现出以下特点:
 

  1、相同产品批量减少,订单需求呈现出越来越多的个性化。

  2、订单交货周期日渐缩短,且对交货日期要求严格。

  3、对产品价格日趋降低。
 

  这样的市场条件下,綦齿需要在管理上与信息化手断上不断突破,引入新的开发、制造方法和手段来打破市场困局。大规模定制的思想恰好为綦齿公司提供了此方面的出路。
 

  二、大规模定制
 

  大规模定制思想是种21世纪引入我国的新的产品制造思想,可以帮助企业从面向产品的生产制造,转向面向客户生产制造,这也恰恰合符了当前綦齿所面临的情况。
 

  大规模定制的基本思想在于:通过产品结构和制造过程的重组,运用现代信息技术、新材料技术、柔性制造技术等一系列高新技术,把产品的定制生产问题全部或者部分转化为批量生产,以大规模生产的成本和速度,为单个客户或小批量多品种市场定制任意数量的产品。
 

  大规模定制是站在制造企业角度看用户定单,可以划分成4种类型:按定单销售(Sale-to-order)、按定单装配(Assemble-to-order)、按定单制造(Make-to-order)和按定单设计(Engineer-to-order)。
 

  从客户定制的角度看,可以将产品的定制行为分为4种类型:
 

  (1)设计定制。设计定制是指根据客户的具体要求进行开发设计,完成通过个性化设计能够满足客户特殊要求,在个性化强、周期长、金额大的订单中出现较多,如舰船、建筑等,完成由订单驱动设计开发及制造。
 

  (2)制造定制。制造定制是指接到即可基本规范的产品上,根据客户定单要求,对已有的零部件、模块的基础上进行变型设计、制造和装配,最终向客户提供定制产品的生产方式。
 

  这种定制模式主要出现在产品的结构设计相对固定的,变形设计及其下游的活动由客户定单所驱动。大部分机械产品属于此类定制方式。在标准化的模块上进行二次开发。
 

  (3)装配定制。装配定制是通过将产品组成的零部件进行标准化和模块化后,完全在装配环节实现客户的个性化定制的生产方式。这种定制方式中的产品部件的设计和制造都是固定的,只有装配活动及是由客户定单驱动的。典型行业如电脑市场的个人电脑组装。
 

  (4)自定制。自定制是指产品完全是标准化的产品,但产品是可客户化的,客户可从产品所提供的众多选项中,选择当前最符合其需要的一个选项。
 

  綦齿公司的大规模定制模式基本上是ETO模式生产,为客户提供包括“设计定制、制造定制、装配定制”多种定制模式。在这种模式,綦齿公司的订单处理的一般流程如下:
 

订单处理流程
 

  图1:订单处理流程
 

  在订单处理过程中,技术人员面临着诸多挑战:
 

  1、要从成千上万的已有订单中查找是否有相同的技术状态BOM。

  2、需要快速查询是否可以用相同功能零部件配置出订单要求。

  3、快速进行变形设计,产生高质量合符订单要求的零部件等等。
 

  传统的手工处理已远远无法满足要求,因此保证大规模定制思想的推行必须借助PDM(产品数据管理)系统来帮助实现。
 

  三、面向大规模定制思的PDM系统构架
 

  相对过去的PDM系统基于产品结构管理产品数据,面向大批量定制的PDM系统更强调对基于相似性的“重用”。不论是零部件还是工艺、工装,面向大批量定制的开发设计技术赋予零部件及其工艺过程和工艺装备以更高的相似性,从而为在后继生产活动中重用这些相似性奠定了良好的基础。通过重用,降低多样化产品生产过程中的内部多样性。
 

  (1)面向大批量定制的PDM系统需要采用对象技术封装零部件,采用面向对象的技术进行产品数据定义,提供对象的模型定义、对象生命周期管理、对象版本管理、对象变更管理、对象历史信息管理等功能。
 

  (2)因此面向大规模定制的PDM系统必须是能够基于特征进行的分类管理零部件的系统,能对产品零部件进行ABC分类、零部件标准化、模板化,能够为不同类别零部件提供丰富的属性,表达各自的特征信息。
 

  (3)能够提供强大的对象查询手段,实现5W(what、where、when、who、how)的查询功能,有效组织企业产品数据。
 

  (4)能够了提供“面向大批量定制开发”的产品族模型。在产品族模型的基础上进行配置设计,形成满足具体订单要求的定制产品。
 

  四、綦齿面向大规模定制思PDM系统的建设
 

  在构建面面向大规模定制的PDM系统时,綦齿公司考虑以下几个关键要素:
 

  A、对所有产品、零部件进行分类,确定该类零部件的特性

  B、建立全结构产品BOM

  C、建立规范产品参数
 

  1、分类与特性定义
 

  对所有产品、零部件进行分类,确定该类零部件的特性是实现面向大规模定制生产的基础,只有建立合适的分类,才能为用户提供快捷的定制服务。
 

  以变速产品为例,各类变速器产品共可以分解为33个分总成类别,如下图:
 

变速器分总成分类
 

  图2:变速器分总成分类
 

  每类分总成拥有各自的特性描述,以下是部分特性列表:
 

变速部分总成特性表
 

  表1:变速部分总成特性表
 

  不但总成需要进行分类,关键零部件同样要进行分类,并设定分类特性,如轴类、齿轮类、盖类等等。
 

  不同级别的零部件分类方式也是不同的,在构建面向大规模这制的PDM系统时,产品零部件分类的方式应该与企业自身提供的定制模式相适应。
 

  1)如分总成级别的部件,是为了方便用户进行装配定制,可以选配不同总成进行组合,因此该级别的部件是面向装配进行分类,将产品划分为可以选装的不同部件。
 

  2)具体功能的零部件是为了能快速给用户提供设计定制的,因此将零部件按实现功能进行分类,这样设计人员可以根据用户的定制的特殊功能要求,快速找到相似零部件进行变型设计。
 

  2、建立全结构产品BOM
 

  一般的产品BOM所有零部件关系都是确定的一种,只能对应一种客户需求,但对全结构产品BOM,组成产品的零部件在设计阶段存在替换件、代用件或可选件,每个零部件有许多可变的属性,是该产品各种可能存在的集合,这时产品结构称也可称超级产品BOM。
 

  当客户的需求明确时,将客户需求转化为对应的要达到的技术要求,然后通过对产品参数的确认,使全结构产品BOM中替换件、代用件、可选件、可变的属性全部被确定,自动产生出对应的产品BOM,进则转化为相应的制造BOM。从而使客户订单要求到制造BOM的生成过程,转化为客户需求到技术参数确认的过程。
 

  如下图:产品设计时产品有x、y两参数,x参数决定了选择结构中的一个零件,当x=1时,选择零件a,当x=2时,选择零件b,选择零件a,当x=3时,选择零件c;y确定了另外一个零件的数量,数量=4*y;当客户给出需求后,技术人员将需求转化为技术参数x,y的值,则系统就计算出了该客户的产品BOM。
 

产品配置过程
 

  图 产品配置过程
 

  变速器产品虽然相似性很强,但要一次性建立起产品的所有层级的全结构依然是十分困难的,因为构建变速器产品的全结构产品BOM时只考虑分总成级,其结构层次如上图:
 

全结构产品BOM
 

  图5:全结构产品BOM
 

  分总成以下的零部件不通过配置实现。如果客户的需求无法通过现BOM配置达到,则重新设计一个新的分总成,再将新的分总成加入到该产品的全结构BOM中。
 

  3、建立规范产品参数
 

  产品参数是对客户需求的技术转化。客户对需求的表达方式各异,有定量的,也有定性的,同一个需求的表达方式也会有所不同。这使得产品设计配置人员在产品开发、配置过程难以适应,因此需要将客户的需求转化为规范的产品参数。
 

  变速器产品的客户个性化需求大部分都可以转化为规范的产品参数。綦齿公司将这种规范的产品参数统一描述为定货技术卡,并通过PDM提供管理界面,使参数据从格式到内容上都统一规范。然后通过参数据成为驱动产品BOM变化的依据,能够极大的提高客户订单的响应速度。
 

订货技术卡
 

  图:订货技术卡
 

  五、结束语:
 

  綦齿通过构建面向大规模定制的PDM系统,使产品研发设计部门极大的提高了对客户定单的响应能力,明显缩短了客户定单的平均技术准备时间。目前綦齿PDM依然在大规模定制思想下继续深化应用,逐步实现从客户需求到制造环节整个过程中的业务流程、数据模型适应大规模定制要求。

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