基于TeamCenter系統開展產品設計與工藝協同

童春橋

一、前言

為了提高研制質量，加快研制進度，企業近年來采用了基于數字化的協同研制工作模式，開展了IPT（IntegratedProduct Team，集成產品開發團隊）的建設并行協同地開展高端裝備產品研制工作。

TeamCenter軟件是一套現代化、自適應的PLM（ProductLifecycle Management，產品全生命周期管理）系統，能夠以數字化主線關聯功能孤島之間的人員和流程，進而實現創新。TeamCenter平臺建立一個安全且適用性強的環境，使分散的專業團隊能夠在整個產品生命周期中實時地進行合作，通過掌控產品數據和過程，將產品信息充分運用到各個領域與部門，從而讓PLM系統創造更多價值。在裝備制造企業，TeamCenter通常與三維軟件NX、電子設計軟件MentorGraphics等進行集成，TeamCenter軟件配置了TCM模塊，可以在集成環境中進行產品工藝規劃和BOM轉化。

產品設計作和工藝設計作為生產和質量數據的上游兩個環節對裝備制造企業生產和質量管控起著非常重要的作用。本文就裝備制造企業基于TeamCenter系統環境下開展產品設計與工藝設計工作協同的形式、流程及管理要求等進行討論。

二、工作協同形式

產品設計與工藝設計工作協同的主要階段在產品的方案設計階段和工程設計階段，通過在設計流程中工藝人員深度參與設計方案的可制造性分析，對采用了新材料、新工藝的產品提前進行工藝分析，對結構復雜、成熟度不高、加工易變形或易產生缺陷、加工精度要求高的產品進行加工、裝配仿真驗證和確認，對零部件的材料選用、BOM結構和熱表處理等進行合理設置等等，將分析結果反饋給設計人員，設計人員評估后優化設計模型，通過反復迭代，提高設計工藝性。在需要發生變更時進行協同，確保更改成功、技術狀態控制有效。同時設計人員也可以對關鍵、主要的技術指標是否落實在工藝設計中等內容進行審查。

1、方案設計階段

方案設計階段，設計人員應完成方案報告和初樣模型設計。在初樣模型設計時，設計人員通過與工藝人員的協同交流提高產品設計的工藝性。完成方案設計報告和初樣模型設計后，設計人員基于TeamCenter審簽流程將方案報告和初樣設計模型提交預審查，預審查人員中應包含工藝人員。

主管工藝人員對產品設計方案和初樣設計模型進行工藝性審查，對采用了新材料、新工藝及工藝性較差的產品重點應進行工藝仿真和加工方案驗證。采用一級工藝管理的，由一級主管工藝人員進行驗證和確認，在預審查審簽時，進行批注或者注釋給出預審查意見;采用二級工藝管理的，主管工藝人員應將需要進行工藝仿真和加工方案驗證的所有內容分解到各專業工藝人員進行驗證和確認。主管工藝人員收集驗證結果和確認意見后，通過流程反饋給設計人員，設計人員評估后修改設計模型或給出處理意見，通過反復迭代，完善方案報告后進入設計方案評審。

2、工程設計階段

設計人員進行詳細的工程設計及試驗策劃時，應充分考慮產品及試驗工藝性。詳細的工程設計初步完成后，設計人員應基于TeamCenter審簽流程將設計報告、設計圖樣和初步的試驗方案等相關文檔提交預審查，主管工藝人員對工程設計內容進行詳細的工藝性審查。

主管工藝人員對采用了新材料、新工藝、結構復雜、成熟度不高、加工易變形或易產生缺陷、加工精度要求高和加工可行性不確定的產品進行驗證和確認，如需進行專業工藝仿真和加工方案驗證的，主管工藝人員將所需內容分解到各專業工藝人員進行驗證和確認詳細的工程設計與初樣模型相比變動不大、不影響加工的方案，可不再進行工藝仿真與驗證。主管工藝人員收集驗證結果和確認意見并審查后，應進行批注或者注釋給出預審查意見。通過流程反饋給設計人員，設計人員評估后修改設計模型或給出處理意見，通過反復迭代，完善設計報告及工程設計后進入設計評審。

在產品預審批時，主管工藝人員還應詳細審查EBOM的完整性、層級劃分合理性，同時開始合理劃分層級、構建PBOM。主管工藝人員還應在預審批時開始構建采用鑄件、鍛件等產品的鑄件圖、鍛件圖，或將產品的鑄件圖、鍛件圖構建任務分解到各專業工藝人員。

工程設計預審查完成后，設計人員正式提交產品設計審批流程，工藝人員對產品設計進行工藝性審查，應使用TeamCenter的批注功能和意見簽署功能，及時反饋審查意見并保留工藝性審查記錄作好工藝性審查記錄。在產品正式審批時，可并行構建三維結構化工藝。

設計部門在產品工程設計基本確定的情況下，可進行設計數據的預發布，工藝部門通過數據管理系統的數據共享功能，核對PBOM、MBOM，主管工藝人員完成三維結構化工藝設計或將各工序合理分解到各專業工藝人員處，開展并行工藝設計，以達到縮短工藝準備周期的目的。

凡提前開展工藝設計的，在設計圖樣未受控發布之前，PBOM、MBOM、工藝規程、鑄件圖和鍛件圖等可提前預審批，但不允許受控發布;設計圖樣受控發布后，工藝人員應根據TeamCenter系統中發布有效的EBOM、設計三維模型等對PBOM和工藝規程進行核對，確保完整、正確和一致后，對PBOM、工藝規程、鑄件圖和鍛件圖等提交審批，進行受控發布;關鍵件、重要件及關鍵工序的工藝在提交審批時，可設置流程由設計人員對涉及產品重要性能的檢測參數、測試指標和技術要求在工藝規程中的落實情況進行復核。

3、更改過程的工作協同

對更改后產品加工可行性不確定或加工難度較大的設計更改，更改前應通過工藝協同方式完成新模型加工可行性確認。更改時，應先對原版本對象形成快照。快照是TeamCenter系統中包含產品結構關系的相關零組件節點的文件夾的記錄，主要是對裝配產品某一特定歷史的技術狀態進行記錄和保存，以便后續可查看或恢復歷史技術狀態的數據，也可從歷史技術狀態的記錄快速開展新的工作。

設計人員在TeamCenter系統中更改相應的設計文件和EBOM，設計更改單批準后，更改單發起人應通過TeamCenter系統的影響分析，查找到相關引用件、借用件，并將更改信息用郵件通知到相關引用件、借用件的主管人員。

工藝人員應根據TeamCenter系統中發布有效的設計更改單及其相應的EBOM、設計三維模型等進行工藝更改。編寫工藝更改單時，應對所有與設計更改有關的PBOM、工藝模型、加工程序、仿真數據、工藝工裝和工藝文件等項目進行確認。

當設計變更，涉及在制品和已制品處理時，設計人員應通知工藝人員和生產計劃人員，對現場在制品進行暫停、隔離等措施。當設計更改單發布后，工藝人員按制品處理意見編制已制品、在制品處理的工藝，同時對相應的三維結構化工藝進行更改，確保工藝數據與有效版本設計數據的一致性和有效性，及時進行相應的PBOM更改，并驅動更改后的PBOM數據向ERP流動。

三、協同工作流程及主要交互的數據內容

1、協同工作流程

協同工作流程指項目組在產品設計過程中進行分工協同工作，由產品設計人員和工藝人員分別根據協作任務搭建成的包含執行順序和數據傳遞關系的工作流程。通常企業內部產品設計與工藝協同工作流程示意圖如圖1所示，企業間的協同工作流程主要增加企業間的數據分發與接收環節。

2、主要交互的數據內容

基于TeamCenter系統的設計與工藝協同交互的數據主要包括：設計模型文件（三維模型和二維工程圖）、EBOM、設計文件、研試文件、更改單、偏離單、三維結構化工藝、工序三維模型、管理性工藝文件、PBOM、專業工藝文件、三維工序模型、工藝過程仿真及報告和數控加工程序等。

四、工作協同的控制要求

工作協同控制的目的是規范各類人員的操作，使其產生的數據結構、協同請求以及反饋信息能夠被其他項目成員識別和及時處理，保證協同的有效性。主要在以下幾方面。

1、項目管理要求

在項目啟動時，項目負責人應向TeamCenter管理員提起項目創建申請，管理員依據項目管理要求在TeamCenter系統中創建項目和產品結構樹，參與項目人員應包含設計人員、一級工藝人員、二級工藝人員、標準化、質量和科研生產等所有必要的相關人員，TeamCenter管理員根據項目成員的業務范圍設置權限，項目組成員可根據其權限訪問項目中相關數據。項目和產品結構樹創建后，TeamCenter管理員應通過TeamCenter郵箱將產品結構樹分發給項目組成員。

設計模型和工藝數據應在TeamCenter系統中適時進行項目指派，以便項目組成員的訪問共享。

2、平臺環境要求

在協同環境中，要求產品三維設計軟件、電子設計軟件以及工藝設計系統應與TeamCenter實現集成，并進行統一的配置，確保產品數據管在各項目人員實現無障礙交互。

平臺集成的各軟件應使用統一的基礎庫，如材料庫、標準件庫、元件庫和工裝庫等，以保證數據轉化過程中的唯一性。

3、數據的組織及格式要求

產品設計與工藝設計協同應實行單一數據源和主數據管理的技術狀態約束機制，維護多BOM之間數據的關聯性，保證產品數據的完整性、正確性、及時性、一致性和可追溯性。

產品設計與工藝設計以“EBOM——PBOM——MBOM”為主千組織和管理型號產品數據。在EBOM的基礎上依據產品制造工藝要求，通過增加工藝件、虛擬件及對裝配順序的調整，補充工藝路線和材料消耗定額信息，完成EBOM向PBOM的轉換;結合PBOM和EBOM制定裝配及加工工藝，建立裝配單元與生產單元的關聯關系，并與庫存匹配，重構MBOM。

在平臺交互的各類數據均應符合相應的規范要求，如三維模型建模規范、三維模型標注規范、電纜建模規范和二維圖樣設計規范等等。設計模型應充分體現面向制造的設計（DFM，Design for Mancturing）準則，提高模型后續可重用性及設計零件的工藝性。

三維設計模型應具備完整的MBD信息，定義完整的原材料、幾何特征、尺寸精度、表面粗糙度、熱處理要求和表面涂覆要求等屬性。部（組）件、整件應在結構管理器中體現完整的EBOM結構。

工藝文件格式采用三維結構化工藝，工序、工步、工序模型和仿真動畫等工藝要素按結構關系建立到統一工藝節點下。

工序模型應依據設計主模型進行創建，盡量采用關聯建模技術與設計主模型保持關聯關系。工序模型還應按對應的工序或工步內容進行創建，數控加工程序應基于相應的工序模型生成，與相應的工序或工步創建結構化形式關聯。工藝過程仿真應基于相應的工序模型和工藝過程進行。

4、權限控制要求

在TeamCenter系統中，系統已配置了各類對象的讀寫、訪問和引用等權限，通常情況下所有者才具有修改該對象的權限。設計模型和工藝數據需要其他項目成員進行編輯的，應在TeamCenter系統中將該數據對象進行分工指派和授權。

5、數據管理和歸檔要求

設計數據和工藝數據的管理應貫徹集中統一、分級管理、確保安全和有效利用的原則。EBOM、PBOM和MBOM應經過完整性、規范性核查，經批準受控后方可發放，并按照用戶權限提供使用。

設計數據和工藝數據應按技術文件審簽制度進行審簽、更改。具有結構關系的工藝數據（工藝過程、工序內容和工序模型等）應相互關聯，共同進行審簽、更改等流程。

歸檔的設計數據和工藝數據應具有真實性、完整性和有效性，應與生產實際保持一致。具有關聯關系的設計模型、技術文件和仿真結果等數據應共同歸檔，并保持原關聯關系;具有關聯關系的工藝文件、工裝設計文件、NC程序和仿真結果等工藝數據應同時提交歸檔，并保持原關聯關系。

6、版本控制要求

在TeamCenter中的數據應具有版本層性，版本號采用順序遞增的方式，版本號不允許更改和重復。對已受控數據的任何修改都應導致版本的升級。

數據有效版本應唯一，同時存在多個版本時，未經特別說明的，最新受控版本為當前有效，其他版本作為歷史記錄。

7、數據發布要求

經審批受控的設計數據、工藝數據及更改信息等應進行發布流程，以通知相關部門按最新受控版本開展相應工作。廠（所）際間的數據發布通過多站點協同管理員進行，發布的數據應為受控的數據，數據發送單和數據一起打包發送，發放與接收應形成記錄，并核對一致性。

五、結論

TeamCenter提供了統一、集成的數據管理平臺和協同工作的環境，而完善的數據管理規范和協同流程工作機制是保證產品設計與工藝設計能否順利協同的關鍵。裝備制造企業應針對產品數據的特點，詳細制定各類數據的內容要求，統一數據格式，規定工作協同的形式、流程和控制要求，在此基礎上做好系統的基礎環境和基礎庫配置，才能夠實現協同工作的開展。