基于Teamcenter平臺的制造工藝管理的實用性研究

摘 要：文章簡要介紹了基于Teamcenter 8.0產品生命周期管理（PLM）平臺的制造工藝管理（MPM）的基本特點，基于企業用戶的角度從系統構架、用戶體驗、與CAPP模式的對比、系統集成等方面分析了基于Teamcenter的MPM相關軟件模塊（TCM）的工藝規劃設計的實用性，提出了TCM在企業應用中增強適應性的建議。

關鍵詞：Teamcenter；產品生命周期管理；制造工藝管理；計算機輔助工藝規劃；系統集成

引言

競爭激烈的市場環境迫使制造企業從傳統的大規模生產模式轉變為大規模定制模式，生產手段也逐步從機械化過渡到自動化、數字化、智能化，產品設計和工藝規劃不僅需要先進的CAD及其它軟件快速高效地產生圖紙和文檔，也需要PDM、CAPP/MPM、ERP、MES等信息系統高效協同地開展各種數據的信息管理。

國內制造企業已廣泛使用計算機信息系統管理產品研發及工藝規劃的各種數字資源，PDM、CAPP等已得到廣泛的應用，但具有結構化工藝設計數據管理功能的MPM、CAPP應用較少。結構化工藝規劃數據管理系統是在細化工藝數據類型、強化系統集成的基礎上產生的，采用結構化工藝設計系統能更好地實現數據與PDM、ERP、MES的集成，同時能提高工藝規劃設計的重用效率。目前市場上支持結構化工藝設計的國外系統有Siemens的Teamcenter Manufacturing Process Management （TCM）、Dassault Systèmes的DELMIA、PTC公司的Windchill MPMLink等，國內支持結構化工藝設計的系統有清華天河T5-CAPP2014、華天3D-CAPP、天喻3D InteCAPP等。

1 Teamcenter構架與功能簡介

1.1 Teamcenter的特點與功能

Teamcenter是基于一個單一的、開放的、面向服務的體系構架，是業內首個將單個軟件應用轉變為在SOA的基礎上建立的，跨專業、跨項目階段和計劃的真正集成化的PLM解決方案，為大小制造企業平臺提供可擴展性、應用豐富性以及可配置性[1]。Teamcenter將各種工作流程統一在單一的產品和流程知識源內，保證了單一數據源，為并行協同工作提供保證。

Teamcenter PLM針對產品研發到制造的三大模塊的簡要功能劃分如圖1所示，主要包含了PDM、MPM、ERP/MES三大部分。

Teamcenter主要功能模塊包含：（1）系統工程和需求管理、（2）產品組合和計劃及項目管理、（3）工程過程管理、（4）物料清單管理、（5）法規符合性、（6）可持續性和環境合規性、（7）內容和文檔管理、（8）配方、包裝和品牌管理、（9）供應商集成管理、 （10）機電一體化過程管理、（11）制造流程管理、（12）仿真過程管理、（13）維護和維修及大修、（14）報告和分析、（15）社區協同、（16）企業知識基礎、（17）平臺可擴展性服務、（18）生命周期可視化。其中“制造流程管理”也稱作“制造工藝管理”，是工藝數據管理的專業功能模塊。

1.2 Teamcenter軟件構架

Teamcenter系統根據應用需要可采取兩層構架或四層構架，采用四層構架對中文的支持、易用性比兩層的較好，四層構架包括客戶層（Client Tier），網絡層（Web Tier），企業層（Enterprise Tier），資源層（Resource Tier），如圖2所示。

Teamcenter 8是基于Eclipse開發平臺的解決方案。其中的每個應用程序（比如說My Teamcenter、PSE、Workflow Designer）都是一個Eclipse插件（plug-in），而整個Teamcenter 8實際上是改裝過的Eclipse，因而系統配置及定制開發較為靈活，且易于實現跨平臺移植。

2 企業TCM應用需求及規劃

2.1 MPM簡介

學術上將以MPM為代表的數字化制造系統定義為：連結設計和制造之間的橋梁，它通過一系列工廠、工藝設計及管理工具，仿真產品制造的全過程，在實際產品制造之前用可視化的方式規劃和優化產品的制造工藝方案[2]。

制造工藝過程管理（MPM），是一種貫穿計劃、設計、制造和管理全過程的協同工作環境，旨在對生產過程中的工藝信息進行協調的統一管理。

2.2 企業TCM應用的功能模塊篩選及規劃

Teamcenter平臺在企業實際應用中應遵循整體規劃、分步實施的原則，PDM和MPM部分應在保證數據安全的前提下實現一體化，并與ERP/MES集成應用。某企業Teamcenter應用的功能規劃構架見圖3。

由于TCM需要利用產品設計數據并和產品設計數據保持關聯，因而在實施次序上應先實施PDM部分后實施MPM部分，或者PDM和MPM同時實施。

2.3 企業產品和工藝結構樹模型

Teamcenter系統提供以Root為根的類層次結構，通過為類增加屬性、在不同類之間建立關系，為類或者對象定義消息（Message）以及處理消息的方法（Method）來組織整個系統，系統中各業務對象或數據對象都是類的實例。另外它還提供菜單（menu）、菜單選項（Option）以及動態類PdmDialog等來建立用戶交互界面。

某企業的工藝結構樹（Process Tree）模型如圖4所示。

該模型為PPPR模型，即自制產品（Product）及零部件為制造目標、工藝（Process）與制造目標相關聯、工藝與工廠（Plant）和資源（Resource，包含材料、工裝工具等）相關聯。

3 TCM實際應用效果

3.1 系統部署及用戶使用體驗

企業實際應用中采取了C/S構架，TCM胖客戶端的安裝一般不超過30min，但配套軟件如NX、Autocad、Msoffice的安裝時間較長，采用普通方式單臺客戶端的總安裝時間一般需要2h以上，并且需要人為排除安裝錯誤。在引進了Citrix虛擬桌面系統后，部署工作量大大下降，新增單個用戶的軟件環境部署由原來的2h下降到1min以內。

在操作易用性方面，TCM胖客戶端的操作友好性比office、NX等工具軟件要差，TCM系統內的操作鼠標點擊次數較多，缺乏編輯回退功能，使用過程中經常需要在不同的功能區間切換，如工作時需要根據工作場景在“更改管理器”、“結構管理器”、“工作流查看器”、“制造工藝規劃器”等功能模塊中切換，如不通過培訓，用戶很難摸索軟件如何操作。

在響應速度方面，TCM胖客戶端較一般的工具軟件的響應速度慢，由于網絡環境和計算機硬件對運行速度有一定影響，TCM胖客戶端的操作響應速度具有較大的不穩定性，如打開客戶端、工藝流程編輯、調用相關程序、界面切換、可視化啟動等的響應時間在不同的計算機硬件上相差較大，在一般的辦公計算機、圖形工作站及虛擬桌面上執行相同操作的測試耗時分布如表1所示。

對比于國產CAPP，雖然部分操作不具備可比性，但整體上TCM的響應速度較慢，某企業應用TCM以來其響應速度一直受到工藝人員的指責。

TCM系統內置可視化（Teamcenter Visualization）功能，可在查看器中直接查看圖片（jpg、cgm等）、dwg文檔、pdf文檔、三維輕量化模型（jt）等，可以對支持的模型開展精確 3D 測量、制作基本 3D 剖面、PMI 顯示、顯示3D CAE結果。Teamcenter 8.0內置的Teamcenter Visualization不完全支持查看Msoffice文檔，系統安裝MSoffice2003并設置為默認程序時能在查看器中直接查看.doc、.xls等文件，但對只安裝了Msoffice2007及以上高版本Msoffice程序不支持，文檔管理時需在服務器上將Msoffice文檔轉化為pdf文檔以供系統內查看使用。在產品研發項目管理過程中，納入項目的工藝人員能直接利用系統可視化工具查看產品圖紙，但未納入項目的工藝人員無權查看。

Teamcenter Visualization內置注釋功能，可以在文檔工作流程中對pdf、cgm等文檔批注，但當文件的頁數較多時，編制者不能定位批注的具體位置。

3.2 與其它系統的數據集成

企業級應用根據實際需要與ERP開展數據集成，集成的數據主要有工藝資源（工裝、工具、原輔材料）、工藝明細表（PBOM），工藝資源的集成較易實現，PBOM的集成難度較大，由于企業應用中在ERP中的工藝集合規則和TCM中的工藝集合規則不一致導致變更的后的邏輯關系不易處理，因而PBOM變更后的集成暫未實現。

3.3 非結構化工藝設計的實用性

非機構化工藝設計以文件管理為中心，在TCM中的應用操作較為簡單，包含工藝文件（如指導書、工藝卡片、工裝圖紙）的文檔管理、變更管理、審核流程（簽字流程）管理、編碼管理、權限管理、資源分類管理等。

某企業實施TCM后，已實現50多種工藝文件的管理，實現了二維和三維工裝的數據管理，實現了TCM和相關辦公編輯軟件（word、excel）、CAD軟件（Autocad、NX）的集成。

其中工藝文件和二維工裝圖紙的管理在TCM中實現編碼的半自動化，即申請編號借助系統輔助生成，但文檔內部的編號和系統輔助生成的編號需要人工控制，未實現自動化，實際應用中出現過文檔內部和系統中的編號不一致的情況。TCM中的審核流程支持串行流程和并行流程。NX三維工裝設計已實現編號和其它屬性傳遞的自動化，標準化程度較高。

非機構化工藝設計在企業內部有較強的適用性，由于基本不需要改變原來的工藝設計方式和習慣，因而能被廣大工藝人員所接受。

3.4 結構化工藝設計的實用性

結構化工藝設計需要較完善的工藝資源庫（工裝、工具、設備、原輔材料）、規范的設計數據管理（如BOM結構及物料編碼的準確性和規范性、相關設計數據對工藝人員開放權限）、規范的工藝知識及分類管理、規范的工藝設計流程管理，結構化工藝設計才能順利開展并發揮效率。

某企業實施TCM后，結構化工藝設計功能已通過驗收，但實際應用中由于種種原因導致結構化工藝設計一直處于試驗演練階段，比較突出的原因有企業應用中相關數據的不規范性導致在開展新產品設計時Teamcenter系統內不能及時獲取完整的BOM結構和工藝資源信息、企業的工藝資源及其它工藝數據管理規范性的不完善、結構化工藝設計在TCM中操作復雜、材料消耗定額的應用操作易用性較差。

理論上結構化工藝設計能提高工藝設計的重用率、增加各系統間的數據集成性、減少重復工藝設計工作、縮短新產品的制造準備周期。但由于結構化工藝設計是傳統工藝設計的一次重大變革，因而結構化工藝設計在很多企業難以得到實際應用。

3.5 TCM與一般國產CAPP的應用對比

TCM與一般國產CAPP相比有如下優點：功能面更廣泛、可視化支持面較廣、與三維軟件NX的集成性更佳，結構化工藝設計細化了工藝數據的管理顆粒度，能較好地管理工藝知識、提高重用效率，能較好地支持三維及仿真數據，結構化工藝構架較為完善，系統基于Eclipse平臺構建，模塊化和開放性更佳。

TCM與一般國產CAPP相比有如下缺點：操作復雜，滿足企業的運作需要開展較多的二次開發，操作易用性、界面友好性及反應速度上不如一般國產CAPP，軟件授權費用較CAPP高。

3.6 系統穩定性與維護

從某企業全面應用TCM管理工藝數據以來，系統運行基本穩定，大約每個季度會出現一次系統故障，需要管理員進行手工維護才能使系統恢復正常，排除異常的時間均在15min以內，異常排除對正常使用有較小的影響。系統故障類型主要有網絡連接失效、服務程序異常關閉、數據庫連接故障等。

4 TCM增強適用性的建議措施

4.1 提升軟件的用戶體驗

Teamcenter核心層軟件構架需要進一步完善，系統核心層應采取使用執行效率更高的編程語言、優化算法等措施提高軟件運行速度，軟件的操作友好性應得到改善，TCM客戶端需要解決結構化工藝設計界面操作復雜、工序和工步次序調整不便、鼠標點擊次數多等易用性較差的缺點。

二次開發方面，Msoffice文檔轉化pdf效率低、耗時長，對于新建工作流程的工藝文檔用戶通常在3min之內無法看到pdf文檔，且文檔簽字及轉化為pdf時在服務器上存在等待排隊現象，建議采取措施加快轉化pdf文檔的速度，如使用MSoffice內置另存為pdf功能、單線程改為多線程并行轉化等措施。

結構化工藝設計方面，TCM應允許用戶根據實際需要對數個工序做工序合并，合并后的名稱在系統中直觀性較好，并可以更改，在ERP/MES系統中直接利用合并后的工序。工序合并模型圖如圖5所示。

4.2 開展必要的管理變革

為適應信息系統的結構特點，企業的工藝管理應從以文件管理為中心向以數據管理為中心轉變，數據管理從非結構化向結構化轉變，數據分類分級應向國際國內標準靠攏，對于企業特色的工藝數據應建立企業標準。工藝資源應建立工藝資源分類標準，并對工藝資源名稱、編碼、型號、規格等屬性信息進行標準化，避免一物多碼。工藝過程應參照DIN 8580、JB/T 5992.1等標準結合企業的工藝范圍建立工藝分類標準并對工序名稱等屬性信息進行標準化。

工藝管理進行一定的變革，工藝管理應簡統化，減少不必要的流程，減少工藝文件的種類，這些做法均有利于軟件的推廣應用。

同時軟件使用的日益復雜性和多樣性需要專業或兼職人員對軟件的推廣使用做好培訓及輔導工作。

4.3 從管理上保證各信息系統中數據的一致性

信息系統的建立和管理應具有一定的前瞻性，不應僅局限于產品研發和工藝規劃環節，應從產品研發至產品報廢的全生命周期考慮，產品制造、質量保證、維護維修甚至售后應作為一個整體考慮，能采用信息化手段提高工作效率、規范管理、增強可追溯性、降低成本的盡量采用信息化手段。從提高效率上講，各信息系統間的數據集成應實現自動化、盡量減少人工干預，因而不同信息系統的數據一致性應逐步實現。

制造業信息化系統的建立應結合ISO9001質量管理體系、TS16949體系、環境管理體系及安全管理體系（如ISO14001、OHSAS18001）、精益生產、項目管理等實際需求進行綜合系統的考慮和規劃。

4.4 從改善計算機硬件與網絡、優化軟件運行環境上加快系統的反應速度

服務器端及客戶端采用固態硬盤等高速存儲裝置，縮短相關程序的啟動時間，提高網絡速度理論上可適當減少客戶端的數據加載速度，客戶端網速峰值限制應根據信息系統的應用需求做必要的調整。

客戶端軟件環境應統一，操作系統及相關配套軟件如NX、MSoffice等版本應相同，如采取虛擬桌面則可有效避免軟件不統一的矛盾，同時也可減少軟件部署時間。

5 結束語

如企業不開展結構化工藝設計，采用TCM管理工藝文檔，由于界面友好性較差及響應速度較慢，TCM較國產CAPP而言總體上沒有優勢。

如企業需要開展結構化工藝設計并實行設計工藝一體化、工藝仿真應用、數據集成，使用TCM，可以更有效地管理工藝數據并和產品設計實現同步工程，TCM結構化工藝設計理論上能夠提升制造工藝設計的效率、提高工藝知識重用率，結構化工藝數據理論上能更好地和后續的ERP及MES系統開展數據集成，在解決了前后系統的數據一致性后理論上能實現數據集成的自動化，能提高產品研發整體信息化效率，能更好地實現企業的數字化、智能化。由于國產CAPP大多從2013年以后開始開發結構化工藝設計的功能，國產CAPP具備結構化工藝設計功能的歷史比TCM晚得多，因而在開展結構化工藝設計方面，TCM較國產CAPP有較大優勢。

如能采取一系列的措施如優化程序算法、優化網絡及計算機軟硬件環境、規范數據管理，TCM終將給企業的工藝規劃工作帶來裨益。

參考文獻

[1]韓彩夏，文勃，夏清潔.基于Teamcenter的機車車輛PLM系統的應用[J].微型機與應用，2012，31（8）：1-3.

[2]李險峰.從CAPP到MPM，數字化制造與管理系統應用思考與實踐[J].制造技術與機床，2011（9）：21-25.

[3]周靜.基于TeamCenter的協同設計系統[D].河北工業大學，2006.

[4]李家鵬，王好臣，李玉勝，等.基于Teamcenter Express的產品結構管理[J].山東理工大學學報（自然科學版），2008，22（5）：85-87+90.

作者簡介：沈小冒（1979-），男，湖北省浠水縣人，工程師，本科，從事工藝技術及管理工作，主要研究方向為工藝信息化。

肖連新（1965-），男，湖南省衡陽市人，本科，教授級高級工程師，主要研究領域為機械加工工藝。

鄧小云（1967-），女，專科，材料定額師，從事材料定額工作，主要研究方向為ERP應用。