基于PLM系統的數字化三維制造工藝平臺建設及應用

韓繼剛

[摘 要]近年來，信息技術不斷普及，推動了軟件工程、數字化工程等與互聯網相關工程的進步。CAD、CAE、PDM、PLM等技術也被廣泛地應用到相關產品的研發和設計中，不但有助于提升ERP系統的工作效率，而且還能夠顯著提高產品開發水平以及企業產品加工能力。基于此，本文對基于PLM系統的數字化三維制造工藝平臺建設及應用進行研究。

[關鍵詞]PLM系統；數字化工藝；三維制造工藝平臺

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.14.037

[中圖分類號]U270.6 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）14-00-02

PLM系統是產品的生命周期管理系統，將其應用到制造領域，進而建立數字化三維制造工藝平臺，有助于管理制造成本，做好工藝路線的規劃，明確工藝產品的分類，從而完成組裝制造工藝的三維設計和機械加工工藝的仿真。企業通過加強各種工藝設備的管理，能提高工藝設計水平和工藝管理質量，同時還能縮短制造工藝準備時間，加快工藝產品的研發速度。

1 將PLM系統應用到數字化三維制造工藝平臺存在的問題

PLM系統應用到數字化三維制造工藝平臺建設中，不但有助于提升ERP系統的工作效率，而且還能顯著提高產品開發水平和企業產品加工能力。不過需要注意的是，在企業產品制造環節和生產調整環節，該系統并沒有起到顯著作用。究其原因，設計部門在設計數字化樣本設備時，沒有全面顧及產品制造的實際情況，導致數字化樣本制造設備投入到生產階段之后，與設計樣本不符，從而出現了一系列實際問題。設計部門改進和修正這些問題不僅需要花費大量的時間成本，還需要一定經濟成本，導致企業效益大幅度降低。因此，要使數字化樣本制造設備能切實、有效地投入到數字化制造工程中，設計部門應全面、詳細地分析數字化樣本設備的三維數據，并以此為理論依據，進行生產產品的三維設計。在投入生產之前，設計部門可以對零件的加工環節和產品裝配環節進行三維仿真，從而實現對制造類物料清單和工程類物料清單進行綜合管理和配制，并向生產環節提供必需的技術數據、物料清單、報表等信息，確保產品采購、配制、加工等過程的順利開展。接下來，本研究將具體闡述基于PLM系統的數字化三維制造工藝平臺的建設及應用。

2 將PLM系統應用到數字化三維制造工藝平臺建設的可行性方案

2.1 數字化三維制造工藝平臺總體架構設計

本研究以上海思普PLM系統軟件為例，分析在產品研發環節，將PLM等系統應用到設計系統中。上海思普PLM系統軟件是一款數字化企業的互動制造應用軟件，本研究將其應用到數字化制造產品的研發階段，將產品制造、工藝流程、產品資源等環節有機結合起來，并通過設計模型，實現對以上信息的全面管理。另外，本研究還將ERP與PLM系統集成到一起，使兩個系統之間的數據信息能實現共享和交流。

系統數據的共享流程如下：①上海思普PLM系統軟件數字化平臺從PLM系統中獲取數據信息；②由PLM系統制定出產品的數字化模型，并將其通過集成系統傳送到DPE環節，然后進行工藝規劃和設計；③將產品的數字化工藝設計流程傳送到DPM環節，然后對其加以數字化的制造仿真，具體包括機器加工仿真和裝飾配置仿真；④利用3D Composer對整個數字化制造過程加以編制；⑤從集成系統中發送出實際工藝過程所需的工藝信息和物料清單。

數字化三維制造工藝平臺能實現工藝設計中數據輸出和數據接收的同時進行，還能加以變更管理。輸出的所有工藝信息、物料清單、豐富的數字化資源，都可以為工藝工程師提供巨大的價值。除此之外，對于生產企業的ERP系統而言，數字化平臺實現了PLM系統與ERP系統的信息交流和共享，集成化管理模式有利于提高制造工藝過程的管理質量和管理效率。

2.2 以上海思普PLM系統為基礎建立物料清單模塊

制造物料清單能夠為三維數字化工藝平臺，在生產環節以及物料進購環節提供參考依據。與此同時，制造物料清單模塊中涵蓋的層級信息，還能夠為生產環節提供必要的技術支持。本研究以河北宣工為例，對其物料清單模塊的建立加以研究。該企業結合自身發展需要，在制造物流清單模塊中，加入了工藝流程中的物料數據（如噴漆、加工零件）、虛擬物料數據（如組合零件）等。除此之外，物料清單模塊還有物料添加流程、裝配流程、加工零件的分類、工藝制造輔料、原材料、加工材料等，并相應地明確每種材料的用量。

企業通過PLM系統平臺，能得知制造物料清單以及制造物料清單模塊中涵蓋的每種物料的具體屬性，制造物料清單模塊能夠在上海思普PLM系統軟件中，通過以下流程實現各種功能，進而滿足工藝制造對物料清單模塊提出的各種需求。首先，在物料清單模塊編輯完成后，應對其進行發布，也就是將物料清單模塊發送到PLM系統中，審批通過后，物料清單模塊即可開啟發布功能，此時，PLM系統會將完成發布的物料清單模塊連接到ERP系統中，實現物料清單模塊與ERP系統之間的信息交流和共享。實踐結果顯示，以上海思普PLM系統軟件系統為基礎建立的物料清單模塊，能滿足河北宣工對于物料清單業務的要求。

2.3 以上海思普PLM系統為基礎的三維機加工藝模塊

三維機加工藝模塊是以完成編制的機加工藝流程為基礎，涵蓋加工設備、輔助設備等在內，對虛擬切削工藝采取的仿真，進而增強數控加工的施工效果。三維機加工藝模塊與傳統機加模式相比，同樣屬于三結點結構，不同之處在于三維模塊的數據類型屬于三維模型。三維機加工藝模塊的編程，需要由PLM系統導入數據，通過STEP接口將產品的三維模型傳輸到三維機加工藝模塊中，同時還會導入工裝夾具等數據信息。在全部相關模型導入模塊之后，PLM系統將開始工藝設置環節，具體包括制造零件及材料的設置，安全范圍及加工范圍的設置。在完成工藝設置后，還要計算刀具軌跡，從而確定仿真結果的真實性，并開始機加工藝仿真，通過對切削過程的仿真，驗證加工精度和余量。

2.4 以上海思普PLM系統為基礎建立三維裝配工藝模塊

以上海思普PLM系統為基礎建立的三維裝配工藝模塊，是對三維模型的裝配環節和拆分環節進行仿真。從系統類型來看，三維裝配工藝模塊是以ERP系統的結構形式加以編制的，因此應屬于流程類工藝模塊。在三維裝配工藝模塊中，工藝人員需要將產品的三維模型，借助PLM系統的STEP接口，輸入到ERP系統中，傳輸內容包括裝配流程、使用工具、工藝材料等各項數據信息，并對工藝工程加以仿真驗證，確定三維裝配工藝模塊的實踐可行性。根據產品的復雜程度不同，其編制難易程度也有所不同，具體有并行工序和工序嵌套兩種結構類型。在運用三維裝配仿真之前，工藝人員應利用工序圖對裝配工序加以動態化分析，通過工序圖，能夠體現工序之間的聯系，以及裝配過程的重要環節，使工藝人員能更加便捷地調整工藝順序與結構。

3 結 語

本研究主要分析了借助上海思普PLM軟件建立三維數字化工藝平臺的可行性，以物料清單和三維加工等建立工藝平臺為主要內容，分析了實際應用效果，并通過仿真驗證了PLM系統集成的可行性。PLM系統實現了對制造工藝平臺整個流程的全面管理，并與ERP系統形成有效的結合，進而實現工藝設計水平、產品設計能力的提升，降低了整個制造過程的經濟成本和時間成本，進而顯著提升了制造效率。

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