第18期2018年6月No.18June ，2018
作者简介：杨珺（1972—），男，浙江余姚人，工程师，硕士；研究方向：PLM 系统的研究和建设。
杨
珺
（上海汇众汽车制造有限公司，上海200122）
摘要：基于Teamcenter Manufacturing （TCM ）系统平台，对汽车底盘研发制造过程中的产品设计、工艺设 计和资源配置进行合理高效的协同设计。高效的协同设计制造环境下可实现产品的数据统一管理与共享，提高各种资源的有效利用率。避免产品设计与工艺不能实时协同更新导致的资源浪费，简化研发过程，缩短研发时间，从而降低生产成本。实际应用的成果表明：Teamcenter 系统对产品设计、工艺、工厂等各项资源管理有着普遍适用性，并且可以明显提高设计效率，缩短产品的研发周期，提高市场竞争力。关键词：TCM ；汽车底盘工艺；协同制造中图分类号：TH181文献标识码：A 江苏科技信息
Jiangsu Science &Technology Information
0引言
随着计算机技术和网络的不断发展，汽车制造业
高度重视信息化建设，以提高企业核心竞争力。实施了计算机辅助设计（Computer Aided Design ，CAD ）、产品数据管理系统（Product Data Management ，PDM ）和企业资源规划系统（Enterprise Resource Planning ，ERP ），取得了良好的应用效果，但工艺规划和开发仍然采用传统的手工方式，这极大地制约了产品设计制造与生产管理水平的提升［1］。其中，主要问题如下。
（1）产品设计与工艺设计无法有效协同。技术中心的产品开发部门使用的是SIEMENS 的Teamcenter Engineering 模块进行的设计开发，工艺开发部门还是用传统的纸质编制工艺文件，由于设计和制造是两个相对独立的体系，直接造成设计工程设计物料清单（Engineering Bill of Materials ，EBOM ）不能被工艺开发部门共享，EBOM 的更新不能及时被工艺部门掌握，因此工艺计划物料清单（Process Bill of Materials ，PBOM ）往往不能及时更新，经常导致两者的不一致［2］。
（2）工艺部和各工厂之间没有建立自动化的制造工艺协同管理体系。
在技术中心同时指导多家制造工厂的情况下，总部的工艺部主要编制试制工艺及批产的第一套工艺，
其他工厂根据主机厂订单要求及具体的生产环境或生产资源的变更对批产工艺进行优化，对不同主机厂的底盘装配及其相关零部件组织生产。由于总部工艺部和各工厂之间仍采用人工方式进行信息沟通，缺乏信息平台的有效支撑，工艺更改信息由工艺部到工厂的纵向传递反馈不畅，导致工艺技术文档与生产实际的脱节情况屡有发生。另外，底盘制造具有多品种大批量的特点，各大工厂众多零部件的制造工艺具有相似性，但缺乏一个有效的工艺经验知识共享与管理平台，使得大量经验知识无法得到重用与共享。数据难以管理、数据难以传承、研发过程管理缺乏及信息交流不方便［3］。
针对当前汽车零部件的复杂性越来越高，设计与制造活动越来越突出地体现了知识密集性和协作密集性的特征［4］，结合当前车企所面临的诸多问题，基于企业对工艺设计的需求，在SIEMENS 的产品生命周期管理（Product Lifecycle Management ，PLM ）软件Teamcenter 的平台上，建设基于TCM 模块的面向协同制造的汽车底盘工艺规划平台，该系统的建立有助于推进全面实现产品数字化协同制造与管理的进程。该系统包含一个连贯的全面共享的关联的产品、工艺、资源数据库，执行创建、管理制造工艺的程序［5］。
Teamcenter是西门子推出的一款数字化设计与制造软件，是一个内容十分全面的、完全基于基础的、纯Web体系结构的PLM解决方案，体现了协同应用、行业解决方案以及具有产品全生命周期优化工具
等诸多优点［6］。Teamcenter涵盖了产品的全生命周期，其效用体现在以下几个阶段。首先，在产品生命周期的早期阶段，为企业优化产品的需求定义、概念设计以及验证过程，旨在降低成本，提高产品生命周期的生产力。其次，在产品生命周期的中期阶段，让企业能够充分利用现有的智力资产，来迅速进行产品的变型、引申和改良，以完全创新的产品研发让企业不断盈利。最后，在产品生命的后期阶段，衍生和定义出新的用途和使用方法，提高数字化的服务与维修，尽量减少维修成本，从而延长产品的生命周期，让企业尽量继续获利［7］。
协同制造是Teamcenter数字化工艺的解决方案，它建立了一个管理产品、工艺、车间和资源信息的统一集成环境，可以实现与工程协同的无缝集成，支持在产品的技术准备周期中设计业务与工艺业务之间准确、迅速地传递信息，实现工程变更的快速协同与闭环管理［8］。此外，在汽车底盘制造企业项目中，要求对新产品研发项目进行管理，根据公司实际项目管理要求，结合Teamcenter可实现的项目管理功能，定制出一套具有先进性、可用性、可实施性的项目管理系统［9］。
1系统平台架构及多种资源管理
1.1系统平台架构
以Teamcenter作为PLM产品生命周期管理的平台。管理从产品的计划，产品开发，到制造的所有业务流程和数据，如图1所示。
按照客户订单的要求，设计满足这些要求的产品，由Teamcenter设计管理进行产品的CAD/CAE设计，完成产品结构的EBOM，通过Teamcenter工艺管理提交给工艺部门进行工艺设计、工艺管理、工艺资源整合、工艺布局等各项任务，同时进行试生产及时发现生产和设计中的问题，实时反馈，及时调整设计和工艺中的不足之处。
1.2多种资源高效管理
1.2.1基础数据管理
本项目中需要管理的基础数据主要包括如下几个部分。
（1）工艺类型：焊接工艺、装配工艺、机加工工艺、电泳工艺、冲压工艺、铸造工艺。
（2）工艺文件：工序操作指导卡、主材/辅料/刀具消耗定额表、工艺方案、过程流程图、工艺过程卡、设备明细表、工装明细表、工位器具明细表等。
（3）流程：工艺文档快速发布流程、工艺文档审批流程、工艺更改流程、PBOM审批流程、PBOM更改流程。
（4）制造资源：设备、工装、模具、工具、夹具、刀具、量检具、工位器具、工厂、生产线、原材料、辅料、典型工艺、工序。
上述数据需要在项目实施和运行过程中进行统一管理，系统平台能为产品基础数据提供统一的产品数据管理解决方案，帮助企业提高从设计到制造的速度和效率。
1.2.2工艺模板
工艺模板是提高工艺设计效率和工艺知识重用的主要途径。系统提供工艺模板库的定制、查和借用等功能。
首先将企业的典型零件工艺分类编码，输入制造资源库中。然后在编制工艺
文件时，根据要编制工艺的零件特性，在
资源库中查相对应的典型工艺模板。
这样就可以把整个典型工艺内容从库中取出，包括各工序、工步，以及相关的工
2001年高考分数线具、工装、车间、设备等。只要在此基础上
做适当的修改和调整，就可以方便快捷地
完成新零件工艺的编制工作。典型工艺设
计模板的应用，极大地提高了知识的积累
和重用，改变了知识继承依靠师傅带徒弟
台风莫拉克
go to the goal这样传统的传递方式。典型工艺设计模板图1Teamcenter系统总体架构
的应用，极大地提高了工艺设计的工作效率。客户化的分类编码方式和关键参数查功能，可以快速确定和引用最贴近的参考模板；方便、灵活的编辑方式，可以很容易地从一个模板工艺生成新零件工艺文件。典型工艺设计模板的应用，极大地缩短了员工培训时间，提高了新员工的工作效率和质量。由于有模板可以参考，对员工经验的依赖大大减少，新员工经过简单的培训，就可以在系统中进行工艺设计工作。典型工艺设计模板的应用，极大地提高了企业的工艺文件标准化程度。
1.2.3工装资源
通过对资源分类、定义各类资源的属性、在分类中添加资源实例和数据，实现对资源的分类管理和查利用。
制造资源管理的作用：企业可以将所有制造资源分类编码，建立一个统一的资源库；工艺人员可以及时、精确地在资源库中查各个工序所需要的刀具、量具、卡具、模具和机床设备；制造资源管理的好处是通过对资源的有效管理（减少库存量和品种）达到减少投资成本的目的；通过增加工具的使用提高资产利用率；提升了在多数据库中搜索资源信息的准确率，提高了工作质量，减少了因信息错误造成的时间和金钱的浪费；减少了搜索资源的时间，提高了工作效率；推动了企业标准化，便于管理，提高产品质量和工作效率。
1.2.4人员组织管理
采用基于角的权限定义对系统的使用人员进行管理。项目组中不同用户对数据的存取权限是根据其角而不是用户名来定义的。这样的机制使得用户的权限管理规范化，并解决了一个用户身兼数职时的权限管理问题。当人员变动时，可以方便地实现权限的转换。角从属于项目组，并且可以为项目组定义权限。
系统采用基于规则的方式来定义权限。不同用户（角）对不同数据的存取权限不是由系统管理员个别定义的，而是根据数据当前的状态，依据事先设定的规则由系统来决定的。因此，用户在数据操作的时候得到的权限是当前符合规则的最佳权限。1.2.5面向协同制造的底盘工艺资源及流程管理
分析研究现行制造资源管理存在的问题，提出支持协同工艺设计的制造资源管理新模式，使相关方可以进行制造资源的协同浏览、协同调度等。重点考虑资源的分布性和异构性、资源的动态性与多样性、资
源的自治性与管理的多重性。
（1）工艺资源管理。
车辆底盘工艺主要分为八大块：冲压工艺、焊接工艺、机加工艺、涂装工艺、装配工艺、铸造工艺、
热处理工艺和工位工艺。工序类型主要分为七大块：冲压工序、焊接工序、机加工工序、涂装工序、装配工序、铸造工序、热处理工序；工装类型分为：模具、夹具、量检具、工具、刀具和工位器具；工作区域类型分为：工厂、车间、生产线、工位；由此可见工艺众多，工序繁杂，工装方法众多，以及工作区域跨度大等特点。
创建生产线结构，以方便工艺编制时进行关联指派，工位信息中包含了生产设备。如果是新建工厂，则选择“MEPrPlant”；如果是新建车间，则选择“MEPrZone”；如果是新建生产线，则选择“MEPrLine”；如果是新建工位，则选择“MEPrStation”；生产线结构完成后的示意图如图2所示。
（2）工艺流程管理。
工艺开发总体流程管理。工艺开发部工艺策划
图2生产线结构示意
人员在工艺策划阶段收集产品开发部提供的产品资料（包括图纸、明细表、三分表等）进行工艺方案的编制工作。当工艺方案批准通过后，工艺策划人员即开始在TCM 系统中编制PBOM 、划分工艺路线。PBOM 审批通过后，工艺技术科科长在TCM 系统中基于PBOM 中的工艺路线划分情况进行工艺分工（同时输出PBOM 报表由SAP 维护人员录入SAP ）。工艺工程师接收工艺分工任务后，开始工艺的编制、新工装的申请。工装设计师接收到工装设计任务书后，开始工装设计或者委外工作，并完成工装的入库工作。工艺工程师工艺编制完成并通过审批后，工艺文件自动发布到发布系统（同时输出MBOM 报表、材料定额表、辅料定额表由SAP 维护人员录入SAP ），工厂根据下发的工艺文件组织试生产或正式生产，如图2所示。
工作流程管理。工作流程的管理包括审批发放管理和工程更改。审批发放管理（Cascade Release ，CR ）是系统提供的基于电子化的审批发放模板以取代过去手工的签字过程和技术通知管理：用户通过CR 对系统的各种对象（如文档、零件版本、工艺、表单等）提请审批，被审批通过后的对象被发放到Teamcenter 数据库，它的状态标志由工作版本变为正
式版本，以防止任何未经授权的更改。
工程更改TCM 是系统提供基于电子化的工程更改范本，用于审批发放后对象的修改和更改单的管理。系统不允许直接修改已审批的文件，取而代之的是将原来的文件拷贝为新的版本，通过修改新版本并重新提交审批来完成更改。系统提供更改执行情况的报告和监控，更改完成后系统自动发出更改生效通知，相关的更改单存放在系统数据库中，并关联在该版本的参考数据栏下，用户可以从中到该版本生效的原因和日期。
在项目实施过程中将根据车企及其下属汽车零配件制造商的具体需求在系统中定制各种审批流程，定制研制阶段、试生产阶段等发布状态。2
TCM 在汽车制造业中的应用该系统的实际应用成果如下。（1）基于3PR 的基础数据管理。利用3PR 数据模型（Product-Process-Plant-Resource ）对制造业务对象和分类精细化管理，具有柔性和可扩展的制造数据模型，如图3所示。
（2）资源库的管理。
资源包括以下信息。设备：冲压设备、焊接机器人等；工装：模具、工具、夹具、刀具；工位器具：料箱、料架、料车；生产线：典型工艺、工序、材料、辅料、指定资源相关联性，如图4所示。
前列舒安（3）产品、工艺、工厂、资源相关联，如图5所示。3
结语
目前国内车企的TCM 平台系统已经上线，并逐步向所有的生产基地推广，取得了良好的应用效果，主要体现在：无缝、实时、双向地与产品数据集成，及时、准确地承接产品设计数据；建立完整的涵盖工程、制造等业务链的BOM 管理系统；建立涵盖工艺开发、资源管理的统一的数字化制造平台；有效地收集制造过程数据，分析制造过程参数，服务和控制制造过程；积累伴随产品生命周期而产生的经验、教训等智力资产，流程化学习应用，
持续提升数字化制造水平。
图33PR
数据管理模型示意
图4资源库管理网络采集
参考文献
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（责任编辑
王永超）
Development and application of the automobile chassis collaborative manufacturing
based on TCM system
共青团中央委员会Yang Jun
（Shanghai Huizhong Automotive Manufacturing Co.,Ltd.,Shanghai 200122,China ）
Abstract:Based on Teamcenter Manufacturing （TCM ）system platform,the product design,process
design and resource allocation in the process of automobile chassis development and manufacture are reasonably and efficiently designed.The efficient collaborative design and manufacturing environment can realize the unified management,share the data of the products,and improve the effective utilization of various resources.It can avoid the waste of resource,simplify the process of research and development,shorten the time of research and development,and reduce the cost of production.The practical application results show that Teamcenter system has general applicability to resource management such as product design,process,plant and so on,which can significantly improve design efficiency,shorten product development cycles and improve market competitiveness.
Key words:Teamcenter Manufacturing;automobile chassis processing;collaborative
manufacturing
图5产品、工艺、工厂、资源相关联
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