打造适合中国装备制造的数字化制造集成应用平台_.doc

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打造适合中国装备制造的数字化制造集成应用平台

发表时间：

2011-8-12曾宇波来源：

天河软件

关键字：

装备制造业数字化制造集成应用平台工艺设计

装备制造业是实现工业化的基础条件，是国家竞争力的集中体现，也是国家和民族复兴的重要保障。

以信息化的手段带动工业化，以工业化促进信息化，走新型工业化道路，是装备制造业大幅度提升自主创新能力，实现从传统工业化向现代产业化转型的关键。

本文就装备制造业的特点、信息化现状与瓶颈、数字化制造集成应用平台的构建，以及平台构建三步曲进行一些探讨。

一、概述:

   装备制造业是实现工业化的基础条件，是国家竞争力的集中体现，也是国家和民族复兴的重要保障。

以信息化的手段带动工业化，以工业化促进信息化，走新型工业化道路，是装备制造业大幅度提升自主创新能力，实现从传统工业化向现代产业化转型的关键。

本文就装备制造业的特点、信息化现状与瓶颈、数字化制造集成应用平台的构建，以及平台构建三步曲进行一些探讨。

二、装备制造业的特点

   经过改革开放30年的发展，我国装备制造业取得了令人瞩目的成就，形成了门类齐全、具有相当规模和一定水平的装备制造体系，为国民经济发展和国防建设提供了一批重要装备，已成为中国经济发展的重要组成部分。

同时装备制造业是一个有中国特色的名词，在世界上其他国家或国际组织并没有类似的提法，装备制造业与传统意义的大规模制造相比，有着鲜明的特色。

   在产品领域方面，装备制造业以满足国家战略安全、国家社会经济发展、各行业企业的个性化需求为目标，因此大多是项目型制造模式。

   在先进技术的应用方面，装备制造企业往往把多品种、小批量的大规模定制技术和准时生产模式等先进技术叠加起来使用。

   在制造过程管理方面，装备制造业往往具有产品结构复杂，生产技术准备周期长，总生产数量较小，边设计边生产的特点。

   在企业组织结构方面，越来越多的装备制造企业采用集团化运作，产品的研发、制造、营销管理既相互关联又独立运作；研发部门成为独立的研究院，专注于产品的创新；生产工厂成为独立制造中心，业务侧重于生产项目的技术准备、关键零部件的制造、外协供应商的协调管理以及产品的装配生产等；集团营销部门从过去单纯的产品销售正在向客户提供整体的解决方案和服务转变。

同时，企业的组织结构也往往根据项目的需要频繁改变，采取事业部制、项目制。

   装备制造业的这些特点对企业的协同运作以及信息化能力提出相当高的要求，有人说装备制造业的信息化是中国信息化产业中的珠穆朗玛，正是形象地阐述了装备制造业信息化的难度和标志性意义。

三、装备制造业信息化发展的现状和瓶颈

总体上看，当前中国装备制造业信息化的现状可以概括为：

信息化得到了企业的重视，但需进一步深入；信息化基础建设有所发展，但仍有待加强；管理信息化取得明显进展，但是应用深度不够；在单元应用方面，CAD、CAM技术得到了广泛的应用，在管理方面，PDM/PLM系统应用普遍，但是总体的评价也待提高；ERP领域中人财物的管理基本成熟，但生产和成本管理依然纠结；而象CAE的这样的工程化高端应用在大型企业中得到应用，而中小型企业基本是可望而不可及；MES领域从概念、实施应用效果都刚刚起步，MES的基础、目标范围、评价体系依然不够明确；设计与制造之间依然是存在信息集成的鸿沟。

并且是一个承上启下的关键枢纽环节，从设计出来的产品到如何能制造出来，需要通过怎样的过程去制造，需要哪些制造资源，需要多少材料和工时，需要哪些的配套企业去协作等都是在这个环节决定的。

从严格意义上将ERP和MES中的大部分业务数据都应该从这个业务环节中获取，才能实现对制造过程中“工期、成本、质量”的严格管控；而且PLM中的数据只有通过这个业务环节的处理后才能真正为企业的制造和管理服务。

而目前正是这个业务环节的信息化工作尤为薄弱，再加上生产过程的自动化和数字化水平低，企业信息化缺乏统一规范、统一标准，装备制造业的信息化发展受到严重制约。

   可喜的是很多装备制造业企业在上一轮ERP/PLM热潮过后，对企业信息化的下一步发展重点有了更清晰的认识，数字化制造（DM）领域中单元技术的实施和应用正成为行业热点。

数字化制造解决了装备制造业信息化最薄弱的环节，就是工艺规划、工艺设计、工艺仿真、工艺执行与工艺管理的信息化问题；数字化制造是对产品（Product）、工艺（Process）、制造资源（Resource）信息的数字化精确定义和真实全面整合，为ERP\MES提供唯一正确和完整的制造数据源；相信随企业对数字化制造平台软件的逐步认识和深入应用，DM一定能进一步带动MES的普及和应用，一定能进一步促进PLM与ERP的深入集成。

而数字化制造（DM）一定能成为装备制造业信息化中一个重要和关键的领域，成为PLM、ERP、MES的集成基础和枢纽。

四、打造适合中国装备业的数字化制造集成应用平台

   中国数字化制造产业领域（DM）的发展虽然起步较晚，但与PLM、ERP领域的发展非常类似；中国ERP领域的第一热潮应该是80年代中期的”财务电算化”工程,财务电算软件应用应该说是ERP领域发展的基石;中国PLM领域的第一次热潮应该是90年代初期的”甩图板”工程,该工程大力推动了二维CAD在中国的普及应用.二维CAD的推广应用应该说是PLM领域的开路先锋;而DM领域在中国的开路先锋应该是90年代末期CAPP软件厂商推动的”甩钢笔”工程,经过十多年的发展，机械制造业特别是装备制造业对工艺信息化的作用越来越认可。

   如今在数字化制造领域各种各样的软件和解决方案如雨后春笋般在市场上出现,例如各种工艺设计软件（CAPP）、各种数控编程和数控联网软件（CAM,DNC）、各种排料计算软件、各种制造设备资源的管理软件（工装设计与管理,刀具和卡具的管理）、各种工艺仿真软件（加工仿真MPS,装配仿真APS）、各种工艺管理软件（工艺信息管理PIMS,制造过程管理MPM）等；但是企业在这个领域中的信息化建设明显缺乏总体规划和实施路线图。

   ERP、PLM领域经过二十多年的发展，已经成功的从单元的财务软件和CAD软件发展成各自领域的集成应用平台，例如金蝶的EAS、K3平台，用友的NC，U8,U9平台；PLM领域的Teamcenter，windchill平台等。

IT行业的发展规律清楚的告诉我们，只有明确的规划DM的发展路线图，同时打造一个适合中国装备制造的数字化制造集成应用平台，才能避免企业DM领域的重复建设，正确引导企业走向信息化建设的成功，同时使行业得到更为清晰的产业化发展路线。

   正如ERP、PLM领域的发展路线是从财务软件、CAD软件开始一样，我们认为DM领域的发展路线应该从工艺设计软件开始，该领域的平台软件发展应该经历如下三个重要的阶段。

第一阶段：

工艺设计集成应用平台

   该阶段主要解决的是工艺设计的数字化问题，目前很多企业虽然已经甩了钢笔，采用计算机，通过Word、Excel、甚至CAD应用来编制企业的工艺文件。

但是这些通用软件不能用数字化的手段来描述工艺过程，工艺文件依然成为信息孤岛，不能为企业信息化提供足够的帮助，反而会制约企业信息化的高速发展。

所以目前还没有实施专业工艺设计软件的企业应该尽早实施。

   专业的工艺软件（CAPP）应该具备如下几点重要的特征：

   1.必须全面的所见所得；这主要是为了让工艺软件更容易上手，降低工艺软件的实施难度；但是无论是卡片式的工艺软件，还是基于三维软件的工艺软件，所见所得的是数据的表现形式，最终形成的数据一定要能以数字化定义的形式被后续的信息系统来利用，这才是工艺软件的核心要素。

   2.必须完全基于网络关系数据库；工艺设计完成的不仅是工艺的数据，还包括数据与数据之间的关系。

采取基于网络的关系数据库，构建了工艺数字化模型。

工艺数据才能被下游系统利用，工艺知识更容易积累和重用。

目前有些PDM/CAPP系统，结合PDM的功能将CAPP形成的文件完全类同CAD文件一样扔到数据库中管理，这不仅仅失去了工艺软件要基于网络数据库的初衷，反而形成了更大的孤岛和集成壁垒。

   3.必须提供动态的工艺资源支持;工艺资源是工艺编制过程中重要的辅助手段，工艺资源本身应该是随着企业产品的发展，工艺的改进，工艺装备的改进不断动态变化。

目前有些CAPP系统虽然有工艺资源的利用，但是工艺资源是静态的，只能由实施人员来定制，不能随着企业应用CAPP过程自动补充资源数据，自动优化。

   另外直接基于三维设计模型来进行工艺设计也是工艺软件CAPP的发展方向之一，这样CAPP能直接继承三维设计定义的各种加工和装配特征，通过基于特征的工艺知识库和工艺资源库的支撑，来辅助生成结构化的工艺数据。

但是无论是基于二维还是三维的设计，专业工艺软件最重要的最基本特征是要基于数据库平台。

   第二阶段：

生产技术准备协同平台

   该阶段主要解决的是生产技术准备过程的全面信息化，装备制造中生产技术准备是一个周期长，跨部门多，各种数据来源多的过程，虽然制造工艺部门是技术准备中的主力，但是技术准备几乎与企业的所有业务部门有关。

该平台必须从工艺协同上升到技术准备的企业协同高度。

   企业生产技术准备的工作内容很多，主要有：

   1.制造工程图的准备与管理：

无论是二维还是三维设计，制造工程图的生成、审签、发放、变更都是生产技术准备的重要内容；特别是在设计院与制造中心独立运作的集团企业，设计院可逐步采用三维CAD来做产品研发，但是指导制造中心进行具体产品生产的依然是二维工程图，二维工程图还将在相当长的时间在制造中心发挥重要作用。

   2.制造清单的准备与管理：

制造清单的完善涉及设计、工艺、质量等多个部门，包含的内容有制造物料数据、产品结构数据、工艺路线、材料定额、工时定额、质量检查点等；最后清单的使用部门包括工艺，制造，采购，质检等各种部门，需要有一系列的发放和变更管理；

   3.技术文件的准备与管理：

各种专业的工艺文件（铸造、锻压、下料、机加、钣金、焊接、装配、喷涂等）生成、审签、发放、变更；包装和运输操作规范、数控程序准备的准备和管理。

其中每种专业的工艺都可有更加专业的软件支撑，例如三维环境下机械加工工艺或者装配工艺的自动生成软件，下料可能有专业排料算法，焊接有专业的焊接专业程序，数控编程有各种专业的CAM软件等；

   4.工艺资源的准备与管理：

包括各种设备的安装调试规范；设备的使用管理、工装工具的设计、制造和使用管理；更重要的是要将工艺资源与产品、加工过程通过结构化数据关联起来。

   5.工厂布局的准备和管理，合理地安排企业、物料运输路线、人员工作空间等；

   6.产品质量保证的技术准备和管理、如程序文件、作业指导书、工作表单等；

   7.对制造过程的合规管理。

例如：

焊工的管理等。

   生产技术准备协同平台必须有如下的几个重要特征：

   1.面向生产技术准备的全部内容；不仅仅包含工艺部门的工作内容；还要让生产技术准备过程中的各种内容，包括产品（Product）、工艺（Process）、制造资源（Resource）数据；它们在唯一的数据源中存储，企业在制造过程中需要检索和查阅的数据都能在这个平台中获取。

   2.面向产品的全生命周期；不仅仅面向产品的设计和工艺，还要包含产品的运输、使用维护和报废或者回收利用中所有与过程与资源有关的管理。

   3.面向绿色制造；系统必须为企业在生产技术准备阶段搭建一个对生产过程中健康、环境、安全进行合规管理的平台。

   4.面向与PDM、ERP、MES的集成应用；制造集成应用平台必须能与这些系统进行集成，充分发挥制造数据源和集成枢纽的作用。

   5.采用开放体系架构；该系统一方面是应用集成平台，能集成各种不同类型的制造专业软件；另一方面也是应用开发平台，平台必须提供丰富的快速开发接口，以方便各种