SOLIDWORKS PDM系統在非標自動化設備行業的應用

張一心　司步超

結合作者主導的非標自動化設備廠商的SOLIDWOBKS PDM系統項目的實施，以及作者在企業的管理經驗，分析了非標自動化制造廠商在企業信息化管理方面存在的問題及實施PDM項目的重要性，并討論了在此行業PDM實施的一般目標。

非標自動化設備是根據用戶要求定制，非市場流通的自動化系統集成設備，由若干行業標準和規格制造的單元設備組裝，根據實際的客戶需求進行開放、設計和制造的設備。由于非標設備用途廣泛，產品特點是典型的“多品種，小批量”，主要應用的行業有以下幾類。

（1）汽車制造行業的零部件制造廠商對汽車零部件的批量生產及其生產線裝配需求。

（2）電子電氣廠商在生產線上的物料輸送需求。

（3）物流倉儲設備廠商對包裹的輸送、搬運需求。

（4）食品生產行業中的生產運輸和包裝需求。

目前，我國中小型非標制造設備廠商發展迅猛，大部分廠商的設計和研發能力相對于傳統設備行業來說較為優秀，大部分廠商已經應用了三維設計工具來進行產品的設計和仿真，但企業內部的信息化水平尚停留在比較原始的階段，基本上還在采用二維圖紙的管理手段來管理研發數據，本文結合PDM的主要功能，分析特定行業的企業在信息管理方面存在的問題以及建立PDM系統的重要性，并討論在此行業實施PDM的一般目標和步驟。

SOLIDWORKS PDM是SOLIDWORKS的企業級PDM解決方案。作為一種軟件環境，SOLIDWORKS PDM以產品為中心，通過計算機網絡和數據庫技術，把企業產品形成過程中所有與產品相關的信息和過程集成起來統一管理，使產品數據在其生命周期內保持一致和安全，為工程技術人員提供一個協同工作的環境。在典型的多產品小批量的設計和生產模式中，從表面上看，該行業的PDM需求主要源于對設計和生產過程中產生的大量圖紙和表格數據進行管理，但實際上的PDM需求主要源于公司內部業務上的需要，譬如提高生產率和對市場需求響應能力的需要。企業需要進一步發展，那么依靠PDM系統改進設計數據的使用情況、使設計數據的傳遞更加準確、使產品開發流程更加完善、降低成本、提高生產率，進而使提高市場占有率和增加企業收益成為可能。

一、中小型非標自動化設備廠商在信息管理方面的困境

1.產品數據信息在企業內部難共享

大部分非標自動化廠商在設計中使用了三維軟件，因此也產生了大量的三維模型數據，而這類包含了產品信息的三維數據僅僅在設計部門使用，設計部門傳遞信息的方式一般為紙質圖紙和明細表（自制件、外購件明細），工藝部門按照紙質圖紙和明細表來制作工藝文件，同技術部門一樣，工藝部門和車間產生的電子工藝文檔也僅僅存在于工藝部門和車間。這些關鍵的電子數據以不同的文件格式保存在不同部門的計算機中，所以無法在各個部門之間有效地實現信息共享；在設計和工藝等部門內部，數據也分別存儲在不同人員的計算機中，部門內部對產品數據的共享程度也很低。

2.產品數據在企業內部傳遞速度慢

設計部門和工藝部門的信息傳遞方法為紙質圖紙和明細表；工藝部門與車間的工藝文件、派工單等數據也是依靠紙質文檔；車間發布的變更等信息，也是依靠紙質文件對相關部門進行反饋；企業管理層了解項目信息也主要是依靠紙質的報表。紙質數據更新數據比較慢，所以各個部門對數據進行“等、蹲、討”的現象非常明顯，通過輔助手段比如電話，QQ群、微信群反饋的數據也不夠完整，導致了目前產品在設計的過程中，相關部門無法及時了解產品的設計進度情況；產品在制造的過程中，研發部門無法及時收集產品的變更需求信息；管理層也不能隨時跟蹤整個產品設計過程中的詳細信息。

3.產品數據管理觀念落后

在非標自動化設備行業，設計過程中使用三維模型進行方案設計、詳細設計、方案評審及仿真分析等高端的設計手段，但是在對產品數據管理的認識上還相當落后，通常采用檔案管理人員來管理這些產品數據。以往采用紙質文檔（藍圖）放入文件庫歸檔，采用三維設計后，企業僅僅是通過增加服務器硬盤，將電子數據按年或者季度進行備份，這樣的數據冗余程度相當高，在多個部門中控制和同步這些數據是非常困難的。

同樣的設計數據在企業的不同部門定義和修改，因此不能形成一致的正確版本，是主要的困難之一。如設計部門審批通過的圖紙下發到工藝部門組織編寫工藝文件，在此過程中設計部門接到客戶需求變更的通知需要修改圖紙，那么工藝人員很容易混淆設計部門提交的圖紙版本，車間和工藝部門之間的數據鏈接也存在上述的問題。不良設計數據的組織和管理模式會使企業多個部門花費時間來查找所需圖紙的版本或已有圖紙的最新版本，設計人員往往將大量時間花費在查找圖紙版本和核對正在使用的正確版本上，進而可能耽誤設計進度，或者設計人員在查找圖紙困難的情況下，設計出與檔案室庫存產品圖紙中功能相似的結構，進一步花費大量的時間。所以預留給設計部門的時間往往會不足，導致設計人員趕進度的情況經常出現，設計人員在趕進度的過程中，有時會將錯誤的信息傳遞給同部門或者其他部門負責上下游銜接的工程師，有些情況下會導致車間生產的零件不符合最新版本的圖紙，車間的加工進度也受到影響，車間受到企業考核的壓力盡量希望設計部門對有加工差錯的零件產品進行妥協，更改與之相鄰的零件尺寸以期能正常裝配，進一步擠占原本所剩無幾的研發時間，形成惡性循環。

4.產品設計過程中研發效率低下

非標自動化設備行業產品特點就是“多品種，小批量”，研發周期比較緊張，但是大部分企業還是沿用串行工程設計方法，在設計的早期不能全面考慮制造、裝配和調試等多種工況情況，使制造出來的樣機，甚至成品不可避免地存在各種缺陷。這樣產生的變更非常多，經常進行從概念設計（方案更改）到設計修改的循環，而這樣的循環可能多次重復，造成產品的交付延期，成本居高不下。

二、SO LIDWORKS PDM的主要功能

SOLIDWORKS PDM作為SOLIDWORKS公司的PDM解決方案，功能較全，下文中主要討論非標自動化行業適用的一些功能。

1.電子倉庫和數據同步功能

傳統的文件檔案室和簡單的服務器硬盤存儲產品數據，這些文檔管理方式已經嚴重落后于快速設計和研發非標自動化產品的實際需要，在實際的設計和生產過程中，設計部門、工藝部門、項目部門、財務部門和制造部門需要將所有數據集中按規定存放在電子倉庫中，再將數據的副本以“只讀”的模式，同步到需要訪問的工程師計算機上，保證電子倉庫中的數據具有唯一性。圖紙和其他文檔只能被有相關權限的賬戶進行讀取或修改，當需要被修改時，產品數據的編輯權限才由PDM服務器釋放至客戶端，同時產品數據被修改的歷史版本和版本評論也會被存儲在電子倉庫中，以備查詢。

SOLIDWORKS的最大特點就是易學易用，其PDM產品也秉承了這一優點，SOLIDWORKS PDM將電子倉庫與Windows資源管理器結合起來，如圖1所示。

如圖1所示，SOLIDWORKS PDM使用Windows資源管理器作為用戶界面，類似于在本地硬盤中建立一個強制同步的文件夾，該文件夾中的子文件夾結構由具備相關權限的管理人員添加，所有人訪問的文件夾結構都保持一致（需要相關的訪問權限）。

2.自動讀取產品裝配結構功能

在由三維模型描述的產品信息中，零件按裝配關系組成裝配體；零件與零件的工程圖；裝配體與裝配體工程圖，這些信息都是相互關聯的。在SOLIDWORKS PDM中，可以直接讀取裝配體結構。PDM讀取產品結構后，以鏈接的形式表達裝配體和零件之間的關系，選中裝配體文件，可查看該裝配體的“包含”信息，即該裝配體下屬的零件和子裝配體；選中零件或裝配體后，可查看它們的“使用處”信息，獲知該零件或裝配體被引用或借用的信息。選擇裝配體后還能自動計算出物料清單（材料明細表），如圖2所示。

3.設計過程記錄和產品流程管理功能

從非標自動化設備的產品方案設計開始，到方案審核、圖紙會簽及設計變更等，為保證設計過程按照設計流程，確保產品的設計和制造過程符合相關的規范，PDM系統中的產品圖紙和相關報表，需要強制性執行設計校核和簽審的設計流程。SOLIDWORKS PDM中實現的流程樣例如圖3所示。

在上述的流程中，產品數據必須通過研發部門主管的各項審批才能發布，審批通過后，變更（ECN）也需要根據相關的流程來執行。而且審批的過程（歷史記錄）也必須和產品數據綁定，實現產品生命周期中的信息全紀錄，如圖4所示。

4.數據分類和檢索功能

完整的產品信息可能包含多類型的文件，比如二維和三維模型、圖紙和明細表、工藝文件及說明書等，SOLIDWORKS PDM可以識別不同類型的文件，并將不同的文件類型納入不同的設計流程。如三維模型和圖紙納入復雜的設計簽審流程，而工藝圖紙進入專門的工藝審查流程；對設計數據中涉及到的標準件、外購件也需要進行數據分類，在電子倉庫中實現自動排序。為提高設計重用，SOLIDWORKS PDM提供了方便快捷的數據檢索功能，可以方便設計人員根據圖號、物料號、名稱、代號和項目名稱等條件進行模糊搜索。在搜索到需要的零部件后，設計人員可以方便地將其拖到新的項目中去，無需將借用的零件復制到本地的項目文件夾即可借用或參考。

5.版本控制功能

對于非標自動化產品而言，研發過程中可能包含非常多的設計修改，零件和部件可能會產生非常多的版本，其總裝配體也會誕生比較多的版本，這其中的版本鏈接可能非常復雜，比如C版本的總裝可能需要借用A版本的零件，而D版本的總裝需要借用F版本的零件，如5圖所示，“6/7”代表PDM中保存了該部件的7個版本，現在激活的是第6個版本，工程人員可以輕松識別不同的部件版本下，借用或引用的零件版本。SOLIDWORKS PDM可以直接讀取、處理不同版本之間的零件和部件的差異。

6.提高效率的自動化工具（宏任務）和二次開發功能

在SOLIDWORKS PDM中可以定義一系列的自動化工具來完成繁瑣的軟件操作任務，這類型的任務可以定時（比如設計人員下班后）、定點（固定計算機上執行）來完成，也可以根據工作流程觸發，如圖6所示。比如設定經過審核過后的圖紙批量加入審核的水印，也可以設定下班之后計算機自動進行高質量的圖紙打印工作，如圖7所示。用戶也可以根據需要進行二次開發，實現靈活的擴展功能。

三、實施SO LIDWORKS PDM的主要目標

凡事預則立，不立則廢，實施PDM這類型項目，必須要預先定義實施的整體目標與收益，然后分階段來完成，對于中小型的非標自動化設備廠商而言，在實施PDM時應達到如下目標。

1.整理歷史產品信息，規劃出常用的零件庫

實施PDM是企業梳理歷史產品信息的良機，借此機會將公用的專用件庫、設備庫、外購件庫進行統一規劃，歸檔入PDM的電子倉庫后由專人維護，刪除多余的零部件，在標準的設計庫中盡可能地避免一碼多物，多碼一物的情況。并且對存檔的標準零件模型、部件模型進行完整的物料描述，補充相對應的屬性信息，便于后期的設計重用。歷史數據的整理是PDM實施的關鍵點，也是企業實施PDM耗費人力、物力最多的環節，歷史數據整理分成兩個步驟，第一個步驟是數據的匯總控制。實施團隊需要將各部門的歷史數據進行匯總，篩選出無效的、過時的數據，重復的零件模型、三維組件和圖紙也需要剔除，確保系統中的數據是完備和精確的。第二個步驟是數據的分類，若要更好地實現數據的重用，除了定義完備的查詢卡片外，最好的辦法是在數據整理的過程中引入數據的分類，建立企業設計庫，如常用外購件庫、常用自制件庫、標準件庫和標準設備型號庫等，這些庫下面還可以細分子庫，如外購件庫下面再分常用氣動元器件庫、減速電機庫等。

2.保證電子倉庫中項目產品信息的完整性

在PDM中應該包含其產品的全部設計數據和相關的文檔，僅僅包含設計和工藝圖紙是完全不夠的，設計人員應該將產品設計相關的報表，設計簽審的會議記錄，用戶使用說明及維修服務數據進行統一有效的存檔和管理。

3.保證項目文檔規范化

實施PDM最重要的一點就是打破部門壁壘，消除信息孤島，要消除不同部門之間對產品信息的定義和使用方面的差異，實現企業內部對產品信息的描述具有唯一性和一致性。項目文檔規范化后可以完整、科學性地描述項目進度，如圖8所示，方便各個部門實現工作上的交接，徹底避免相關部門對于數據的“等、蹲、討”的現象。

4.制定符合PDM管理規范的企業管理制度

PDM是非標自動化廠商的研發、項目和制造等部門的核心系統，因此要求在PDM實施之初就要定義好相關部門、人員的權限問題，并且制定出相對應的企業管理制度，要求操作人員在使用PDM時均按照指定的程序和規范來完成工作。

四、結語

PDM實施是一項長期的系統工程，非標自動化的設備廠商在不斷的發展過程中，隨著行業的變化，外部競爭加劇，那么企業的考核和激勵等管理手段、管理流程也是動態變化的，企業內部的PDM項目經理應該主動去適應企業對管理的需求，時時修正PDM系統，進一步改進企業的數據質量、提高數據的重用，并更好地支持新產品的開發，縮短產品交貨期、降低產品成本并提高設計研發和生產的效率，才能更好地給企業帶來管理上的收益。