0 前言
數字化、信息化是智能制造的基礎，CAD的普及推動了PDM系統應用的普及。近年來企業在逐步構建以TeamCenter系統為基礎的設計、工藝一體化的產品生命周期數據管理系統平臺，把更多的與產品研發有關的數據集中到PLM平臺統一管理。作為制造企業產品研發的重要組成部分，過程開發（有些企業習慣叫工藝設計）如何與產品設計協同，如何應用數字化信息系統進行工藝設計，如何實現工藝數據與設計數據的關聯，如何對工藝設計要素結構化......也是很多企業正在考慮和尋找的答案。
筆者所在的企業，很多年前就選擇了NX（當時叫UG）和PDM軟件產品，由于在企業組織架構上，產品設計工程師和工藝設計工藝師都隸屬于技術中心，所以，很長時間以來，企業的工藝設計也是利用PDM平臺進行，用NX畫工序圖，用OFFICE軟件完成其它工藝文件的輸出。從形式上看，早已實現了工藝數字化。但從內容上看，工藝知識的積累，工藝數據的重用，工藝設計與產品設計的數據協同仍然存在較多問題。
在上述背景下，2014年，企業開始了基于TCM模塊的工藝數據結構化管理實施項目。
1 工藝設計系統平臺的選擇
曾經，企業工藝部門也嘗試利用國產某CAPP系統，進行定制化工藝設計，雖然最初使用時也體現出用戶界面友好，工藝文件輸出效率高的優勢，但由于CAPP系統與PDM系統相互獨立，CAPP系統無法與企業的CAD軟件UG集成，工藝數據與產品設計數據沒有關聯等原因，短期試用后最終還是放棄了。
企業從長遠規劃著想，最終選擇了基于現有的TeamCenter系統的TCM工藝制造模塊。主要考慮的因素有：企業原先的工藝設計、工裝設計已經在TC系統中完成（文件夾組織管理），工藝設計師熟悉TC的使用；工藝數據需要結構化管理，需要與產品設計數據關聯；企業今后將考慮PLM與ERP、MES系統的集成；BOM數據轉換和傳遞的需要；TCM已經是較為成熟的制造數據管理平臺等。
圖1.數字化制造管理平臺
2 TCM的主要應用功能
TCM的實施也是按照長遠規劃，分期實施的策略推進。初期的主要目標是搭建工作框架平臺和工藝要素數據結構化，同時積累數據，優化用戶體驗，為后續的深化應用打基礎。過去幾年我們企業主要做了以下的一些探索。
圖2.3P1R示意圖
2.1 3P1R的工藝設計要素結構化
工藝設計（Process）考慮的主要因素包括加工的產品對象（Product）、加工的場所工廠或車間（Plant）、加工過程中用到的制造資源（Resource），包括各類工裝、設備、材料等，將3P1R的工藝要素結構化管理，如圖2。
2.2 工藝標準化工作
工藝統一設計平臺后，對各類工藝文檔模板的數量、樣式、版本都做了定義明確，加強了規范化和標準化管理。對于企業的工藝類型也進行了梳理，明確將工藝分分為裝配、機加、鍛造、熱處理四大工藝類型。
此外，工藝過程件編碼、工裝編號也同步作了規范。
圖3.制造過程件編碼示例
2.3 工藝開發流程固化
企業的工藝開發流程大致包括三部分，前期的工藝策劃相關工作，隨后的產品零件工藝設計相關工作，以及最終具體的工藝文檔形成和輸出。
2.3.1 工藝策劃
這部分具體包括工藝立項、方案評審、PBOM構建、制造策略定義、PBOM審批、工藝任務指派等系列流程。在TCM系統中主要體現為PBOM的構建與審批、自制或采購的制造策略、自制件的工藝任務指派，通過TCM系統還可以將工作的先后順序固化。
圖4.PBOM構建示意圖
圖5.工藝任務指派示例
2.3.2 工藝開發
工藝制造工程師（ME）接收任務后，根據各自的工藝模塊進行專業工藝過程開發工作。
圖6.TCM機加工藝BOP設計示例
2.3.3 工藝輸出
最終的工藝文檔輸出，通過定制功能菜單或二次開發功能菜單，自動完成部分工藝文檔的輸出。 對于機加工藝，系統讀取工藝下級工序，按順序輸出工藝過程。
2.4 BOM數據轉換與傳遞
在我們企業，技術中心作為ERP系統物料主數據的源頭，需要負責ERP系統物料主數據的創建、EBOM結構的維護、工藝路線的維護、工程更改引發的物料數據更新等工作。TCM應用之前，主要靠人工維護完成EBOM到MBOM數據的轉換工作。借助于TCM模塊和二次開發，初步實現EBOM——PBOM——MBOM清單的轉換和輸出工作，在TCM導出的MBOM基礎上，經過簡單校核工作，即可直接導入ERP系統，完成工程部門的MBOM數據維護工作。在ERP系統中，再經過其它職能部門的相關數據維護，從而形成企業完整的MBOM。TCM的應用為今后PLM系統與ERP系統的集成打下基礎。
圖7制造資源庫樣例
2.5 完善了制造資源分類管理
通過TCM實施，進一步完善了企業制造資源分類管理(如圖7)，對企業所有的工裝，統一納入制造資源分類庫，并給予物料編號后維護進入ERP系統。
2.6 初步建立了工藝資源庫（知識庫）
通過建立典型工藝、工序庫，提供工藝借用和重用，提高工藝設計效率。
3 TCM實施效果與問題總結
經過兩年多的項目建設，TCM項目終于上線應用，初步實現了工藝數據結構化管理，工藝數據管理更加清晰。從工藝制造工程師的反饋來看，雖然有點繁瑣，但經過培訓和詳細的用戶手冊指導，加上實施方技術支持的及時跟進，上線后在操作上倒是沒有太多的抱怨。系統上線應用后的進展，與預期有差距，這個差距不是項目功能目標沒有實現，主要痛點還是在應用上，影響TCM應用的因素有：
3.1 新老工藝數據問題
按最初的設想，新老劃斷，老的工藝設計模式停用，老數據僅供查閱調用。但實際上全新數據量有限，多數工藝還是在原有數據基礎上的修訂工作。因為工藝模板、工藝模式變化較大，轉換數據的工作量很大，在工作進度不能因項目受到影響的前提下，最終妥協成新老工藝模式并存的局面。
3.2 基礎數據短板制約問題
3.2.1 EBOM的結構化問題
原本以為，企業應用PDM多年，又是西門子產品TC+NX的無縫集成組合，CAD-BOM與TC-BOM集成聯動，EBOM應用能夠支持TCM的后續工作。實際上，TCM上線后遇到的第一個難題就是EBOM結構化問題。根據TCM應用框架，TCM與產品設計的銜接是從EBOM到PBOM的轉換開始。非結構化的EXCEL文件形式的EBOM無法轉換，需要TC系統結構管理器構建的EBOM。因為企業還沒有嚴格采用自頂而下的設計方式，部分產品總成沒有搭建結構化的EBOM。為此，TCM上線后，又花了幾個月的時間，專門盯著產品設計工程師對EBOM進行結構化補缺工作。
3.2.2 數模缺失或不規范問題
按照項目啟動前設想，零件工序數模通過設計數模WAVE過來，裝配數模直接借用總成數模，但實際工作中發現，在TC系統中，那些外來設計的產品幾乎都只有二維圖紙沒有數模，但對工藝來說，所有的自制件都要工藝設計。
3.2.3 工藝編碼問題
企業生產規模的擴大和制造策略的調整，也給工藝設計帶來編碼和管理問題。TCM上線后，遇到了一些新的實際需求，如：某一零件有多個加工工藝方案，產生了工藝多方案編號與管理問題；同一工藝中的工序多方案并存時的編碼與管理問題等。
3.3 跨部門數據維護問題
在我們企業，工藝設計主體在技術中心，但工作區域、制造設備的數據維護涉及制造工廠和規劃部門，相關數據的維護出現了滯后現象。
4 未來展望
盡管上線后遇到了一些意料之外的問題，但作為未來數字化工廠和工業4.0的基礎數據，企業不僅要繼續優化和深化現有工藝數據結構化工作，構建全息數字化工藝，今后還將進一步深化工藝制造數據的管理和應用：
4.1 推進工藝數據可視化
TC系統的可視化功能十分強大，特別是象我們這樣的企業，NX是所有工程技術人員的基本CAD工具，工藝的工序圖模板和工具也是用NX軟件。
4.2 逐步應用工藝仿真功能
仿真技術早已不局限于產品設計，工藝仿真也是今后考慮的重點方向。結合可視化數據推廣，電子工藝指導書也將隨著企業信息化工作的深入而納入選項。
4.3 工藝內容結構化是發展趨勢
從工藝設計要素結構化，到工藝內容的結構化管理是一個從粗到細的精細化管理的過程。從當前TC系統功能來看，工藝設計的重要文檔PFMEA、控制計劃、檢驗計劃已經有比較成熟的結構化數據管理方案，這個方案的應用正在論證中。
4.4 與MES的集成
這個可能還比較遙遠，但工藝與現場制造密切相關，數據關聯應該是支持未來數字化工廠建設的基礎。
結論
利用TeamCenter的TCM模塊，實現工藝設計數據結構化，可以打通上下游數據，為今后的工藝仿真和數字化工廠打下基礎。但TCM的實施本身，也需要做好相關的基礎工作，否則徒有其表，只能中看不中用，反而會引起工藝制造工程師的反感，不利于推動工藝設計的數字化和結構化工作。
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本文標題：工藝數據結構化管理的實踐與思考
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