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        PLM(產品生命周期管理)產生的背景

        來源: 時間:2020-09-21 22:58:44 瀏覽次數:

        隨著CAD/CAE/CAPP/CAM在制造企業的廣泛應用,一方面,企業從CAD等技術的推廣應用中,特別是采用3D CAD建模、有限元分析、機構運動仿真等手段后,大大提高了設計能力和圖紙質量,減少了差錯,降低了設計返工率。另一方面,還必須清醒地認識到,這些計算機應用系統只能解決企業產品設計與生產過程中的一些局部問題,并且由于很多計算機異構系統的應用,又帶來了一系列新的問題。例如,CAD設計信息與下游CAPP、CAM等環節的信息集成,大量的設計數據、3D模型、設計流程的管理等。
        隨著CAD/CAE/CAPP/CAM在制造企業的廣泛應用,一方面,企業從CAD等技術的推廣應用中,特別是采用3D CAD建模、有限元分析、機構運動仿真等手段后,大大提高了設計能力和圖紙質量,減少了差錯,降低了設計返工率。另一方面,還必須清醒地認識到,這些計算機應用系統只能解決企業產品設計與生產過程中的一些局部問題,并且由于很多計算機異構系統的應用,又帶來了一系列新的問題。例如,CAD設計信息與下游CAPP、CAM等環節的信息集成,大量的設計數據、3D模型、設計流程的管理等。
         
        對這些種類繁多的異構數據及其他產品生命周期信息的管理,是目前自動化程度較高的企業亟待解決的問題。20世紀70年代中期到80年代初,美、英等國的企業開始大量應用計算機技術。到20世紀80年代初發現這些問題后,不得不花費更多的投資來解決產品生命周期中各種數據的管理問題。因而,有效地管理、控制和利用產品生命周期中產生的技術數據和商務信息,是現代制造企業所面臨的課題。
         
        1. 產品生命周期中的各種計算機應用系統
         
        在產品形成的整個生命周期中,制造企業的不同部門在不同的應用領域使用了各種計算機應用系統,例如:
         
               ● CAD——繪圖和建模;
         
               ● CAE——分析和仿真;
         
               ● CAPP一一計算機輔助工藝規劃;
         
               ● CAM——計算機輔助制造;
           
               ● CAQ——計算機輔助質量管理;
         
               ● DFx——面向某一應用領域的計算機輔助設計工具;
         
               ● ERP——企業資源管理。
         
        其中,DFx指面向某一應用領域的計算機輔助設計工具,它們能夠使設計人員在早期就考慮設計決策對后續的影響。例如,面向裝配的設計(DFA)工具用來制定裝配工藝規劃,考慮裝拆的可行性,優化裝配路徑,在結構設計過程中通過裝配仿真考慮裝配干涉。面向制造的設計(DFM)可以在產品設計階段對零件的結構工藝性、資源約束、可制造性及加工制造的成本、時間等進行分析。面向成本的設計(DFC)在設計階段綜合考慮產品生命周期中的材料、加丁、裝配、維護等各種成本因素,進行產品設計成本的綜合評價。
         
        目前,制造企業使用的各種應用系統,無論是用于文檔編制或工程繪圖,還是進行三維建?;蚍抡娣治?,都使工作效率得到了大幅度的提高。例如,利用參數化CAD系統,設計人員可以非常方便地建立零部件的3D模型,作為下游進行CAE分析、NC編程的依據。而對這些零部件模型的更改,或者在此基礎上設計出一個新版本的零部件模型,則往往取決于設計人員的個人偏好,從企業的角度并沒有進行約束或管理的有效方法。長此以往,企業各個部門所產生的數據量就會迅速增加,從而形成龐大的數據流,分布于企業各個部門的各種異構系統之中,成為一堆用之不便、棄之可惜的“信息垃圾”。
         
        例如,波音公司應用了幾百個計算機異構子系統,大多數的系統并不兼容,每架飛機最多時需要用到14套BOM表,系統之間的數據交換主要靠手工來完成。在1994年以前,公司之中沒有一個銷售人員能對客戶說明一架波音飛機的準確交貨日期,也沒有人能清楚地計算出一架飛機的實際生產成本。
         
        2.龐大和雜亂的數據資源
         
        隨著計算機應用的深入,制造企業中的電子數據資源正以令人難以想象的速度急劇膨脹,給企業帶來了巨大的壓力。主要問題是:數據種類繁多、檢索困難、流向不明、缺乏安全性、無法共享,甚至會出現數據泛濫,這些情況對企業來說是不堪忍受的。

        導致制造企業的電子數據難以管理的主要原因如下:


        ① 數據量大,每天都由企業各個部門的相關人員產生大量的數據。

         

        ② 數據往往由各種不同的計算機用系統生成,存放在多種介質上,如個人計算機目錄、部門數據庫、中心數據庫等。這數據分布在不同地點,被企業不同部門 的人員所使用。

         
        ③ 數據的定義方式不同,經常存在許多版本,具有不同的狀態,數據的一致性難以得證。
         
        ④ 數據產生的隨意性很大,企業很難對相關人員的數據更姀或者創建新的零部件模型進行有效的約束數據的創建或使用,與工作流程緊密相關,由于企業工程設計與產品開發活動的松散性,難以進行嚴格的控制,增加了產品數據管理的難度。
         

        通常企業的產品種類越多,計算機應用歷史越長,數據量則越龐大,管理難度也就越高。

        數據資源膨脹對企業信息管理的挑戰主要體現在以下幾個方面:


        ① 數據的標準化。在數據交換方面,不同的應用系統之間存在著數據轉換的問題,而數據標準化是進行數據交換的基礎。

         
        ② 數據的時效性。在企業的產品設計和生產過程中,數據的變化是必然的,且是經常發生的。因此需要將任何設計工程任務的變更,以及這些任務所涉及到的數據的變更,能夠及時進行管理和控制,保證能夠得到最新版本的數據。
         
        ③ 數據的結構化。在產品研研發過程中能夠對產品數據進行結構化的描述,建立產品結構和相關數據之間的物理及邏輯關系,管理和控制產品結構中每一個子項數據的版本。
         
        如果沒有一種計算機系統支持有效、透明的數據管理方法和手段,制造企業中大量的數據資源對于企業來說并不能產生應有的價值。當利用跨部門的數據時,需要花費大量的時間進行信息查詢,處理流程繁雜,同時還可能造成信息的丟失和誤用。
         
        3.數據資源的管理缺乏透明性
         

        一個企業每天都要產生大量與產品相關的異構數據。企業經過長期的發展,特別是采用CAD技術之后,積累了豐富的技術文檔。由于設計活動的分散性,設計人員通常分屬不同的部門甚至是不同的地域,可采用不同的軟硬件環境,因而生成的產品數據具有不同的類型,以不同的格式和介質動態地存儲在不同的部門或地區。

        這樣將帶來如下問題:

         
        ① 企業的數據資源主要分布在每個設計人員的手里,由個人進行管理和維護,其他人員基本上不能共享這些數據。
         
        ② 數據的可追溯性差。如果一個用戶不是某一文檔的創建者,那么該用戶就很難追溯該文檔的歷史信息。
         
        ③ 通常情況下,每一數據資源都具有生命周期。在該生命周期中,其狀態和版本不斷地變化,存放地點甚至連該數據或文檔的所有者也可能發生變化。當企業中的某些人員需要對這些數據文檔進行調用、更改等處理時,必須面臨諸如此類的一系列問題。如:是否具有該數據文檔的訪問權限?它是由哪一種應用軟件的哪一個版本產生的,目前保存在哪個部門的何種載體上,它的當前狀態和當前版本是什么樣的?如何找到該數據文檔?對該數據文檔的更改需要哪些審批程序?
         
        ④ 不同批次的產品之間有許多相同的零部件,如系列產品中的借用件、通用。件和標準件,如果缺乏信息溝通渠道,就時常會發生重復設計地,重復編制工藝,重復生產。如何解決信息的傳遞和數據的共享,如何充分利用原有的設計成果使產品標準化、系列化,也是需要解決的問題。
         
        ⑤ 如果企業將產品數據和其他數據資源都存放于計算機服務器內,這些到非法調用、修改和泄密,因而數據的安全保存和保密也是企業非常關心的部題。
         
        另外一些復雜產品通常由成千上萬的零部件組成。首先,面對數量眾多的零部件,如果采用紙質文檔進行手工管理,那么在原材料的采購、生產計劃的安排和裝配生產線的發料等工作中,難以獲得準確的數據。其次,不同部門有不同形式的材料清單(BOM),企業經常要花費大量的人力和時間才能完成這些報表,而且還要維護BOM數據的一致性。
         
        如果設計和制造的材料清單不一致,就會產生返工和浪費。再次,企業的新產品開發要承襲老產品的一些零部件,由此可能產生數據的各種版本,使不同版本產品之間的管理難度加大。因此,需要建立一個跨平臺的數據和過程管理系統,將相關獨立的信息處理系統集成到一個總體框架中,使龐大的數據流、數據和過程的管理透明化。
         
        4.各種應用系統的異構信息集成不充分
         
        目前,已有許多功能完善的商品化CAD、CAPP、CAM系統,分別在產品設計、工藝設計和數控加工方面發揮J’重要的作用。但是,由于這些應用系統各自獨立,不能實現系統之間信息的自動傳遞和交換。也就是說,CAD系統輸出的產品設計結果和技術文檔,并不能直接為CAPP系統所利用,還須由人工將這些圖樣、文檔等紙面文件,或者由中問接口將CAD的數據文件,轉換成CAPP系統所需的輸入數據,并通過人機交互方式輸入給CAPP系統進行處理,處理后的結果輸出成加工工藝規程。而CAM系統進行計算機輔助數控編程時,同樣需要將CAPP系統輸出的信息,轉換成CAM系統所需的輸入文件和數據,然后再輸入到CAM系統中。
         
        從信息集成的角度來看,CAD系統產生的信息應該傳遞到CAPP、CAM等后續環節,并能夠被直接利用。自20世紀70年代起,人們就開始研究CAD、CAPP、CAM之間數據和信息的自動轉換問題,即3C集成技術。最初是將CAD、CAPP、CAM系統通過T程數據庫及其應用接口,實現CAD/CAM/CAPP的集成。目前,產品生命周期管理(ProduCt LifeCyCle Management,PLM)系統已成為3C集成的平臺。它可以把生命周期中與產品有關的信息統一管理起來,并將信息按不同的用途分門別類地進行管理。不同的CAD/CAPP/CAM系統都可以從PLM中提取各自所需的信息,再把結果放回PLM中。
         
        由此可見,在制造企業的產品生命周期中,順著產品設計開發和生產制造這一主線,可以發現很多相互獨立的計算機應用系統,形成了信息處理的孤島。從某種程度上影響了這些系統的應用效果,而且在信息轉換過程中,難免發生錯誤,并可能造成意外的損失。因此,需要將這些相互獨立的應用系統集成到一個總體框架中,將各個應用系統的數據信息和過程活動,利用統一的用戶界面,對數據和過程進行管理,并對所有用戶的數據存取進行控制。
         
        5.多學科跨部門的產品開發小組需要協同工作環境
         
        在產品開發的整個生命周期中,參與產品開發的各個團隊需要共享所有的設計資料,使該團隊的成員都能得到與產品設計有關的所有數據,支持各開發小組之間及時地進行信息交流,同時也能盡早地交換、協調有關產品制造和支持過程的各種信息。這就要求將開發團隊的成員,包括設計人員、工藝人員、制造人員、市場營銷人員、供應廠商,甚至客戶都集成到某一信息共享的協同開發環境中,保證所有成員能得到最新、最準確的產品設計信息,減少任務的重復,節省時間和費用。
         
        制造企業在產品的整個生命周期中,對產品數據、技術信息進行有效的處理和控制極為重要,它直接關系到企業的產品設計、生產制造活動是否能夠順利開展。因此,制造企業需要建立一個企業級的產品生命周期管理框架、一套管理產品開發各階段不同信息的機制,來組織和規范企業的各種數據資源,使得產品的設計開發、生產制造、采購銷售和售后服務等環節的信息能夠快速流動,并能有效地加以管理。在此機制下,企業能夠結合上、中、下游各環節的生產體系,有效管理和控制生產資源,優化企業的整個生產過程,進而強化市場競爭力。在這種需求的推動下,PLM的思想以及應用軟件系統隨之產生。
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