以PLM为统一平台的企业信息化发展趋势与特点

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前言

当今时代，制造业面临着的市场环境，具有不断追求交货速度、价格竞争激烈、个性化定制需求日益增加等特征。为了适应快速变化的市场环境，国内一些制造业企业较早地开展了数字化技术的研究与应用，并进行了生产模式（从按库存生产到按订单生产、按订单组装或按订单设计）的转变，数字化技术在产品研发、制造和管理过程中得到了大量应用。数字化技术的应用，集中体现在缩短新品上市时间、增加产品品种、快速满足定制需求、降低产品成本、提高产品质量、降低运营成本、改善客户关系、加强对供应商的管理、机构扁平化等诸多方面，极大的增强了企业的综合竞争能力。

制造业在我国国民经济中有着举足轻重的地位，制造业信息化是落实国家"以信息化带动工业化"的重大举措，利用数字创新技术，建立产品数字化模型，开展电子图档管理及产品数据管理、开展基于数字化产品模型的设计、分析、仿真、工艺规划和制造，开展基于产品数字化模型的设计制造业务集成与协同，构建数字化的创新体系是未来发展的必然趋势。

制造业信息化发展历程

70年代初，西方发达的工业化国家用二维CAD取代了手工绘图；80年代，当产品结构越来越复杂时，二维图的表达方式已经难以满足设计需求，继而三维CAD系统出现；90年代，随着全球经济一体化和制造业竞争加剧，只有在最短的时间内提供高品质创新产品的制造商，才能获得最大的生存和发展机会。因此，基于三维CAD的DMU（数字样机技术）、VPD（虚拟产品开发）和PLM（产品全生命周期管理）等多种数字化的技术应运而生。

我国制造业中开展CAD/CAE/CAM的应用起步较晚，90年代初期国家科委确定以"甩图板"这个形象生动的工程目标来实现绘图设计自动化作为推广应用CAD技术的突破口，从而强有力的推进了我国制造业信息化的进程，为后续的传统生产到现代制造的变革奠定了坚实的基础。伴随着经济全球化及信息产业的迅速崛起，今天，产品创新领域已经引发了大的变革，CAD、CAE、CAM、CAPP、PDM、EDA、RP、逆向工程、ERP等数字化技术在制造业中得到广泛的应用。然而，这些信息系统的应用主要是针对产品全生命周期中某些阶段的解决方案，难以支持企业作为一个整体来获得更高的效率、取得更多的创新以及满足客户的特殊需求，迫切需要一种将这些单独的系统结合到一起的企业信息化策略。

为此，国家科技部提出的十一五期间我国制造业信息化工程要实现“甩图纸”和“甩帐表”的两甩目标，这既是制造业发展的必然趋势，也是中国制造业发展的必要要求。所谓“甩图纸”，实际上就是以三维CAD创建产品数字化样机为中心，实现CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM的集成应用，以提升企业产品创新能力为目标，建立以三维产品模型为核心的产品设计、分析仿真、工艺规划和数控加工的数字化设计与制造集成环境，实现产品研发制造协同，实现以“甩图纸”为标志的设计制造一体化和无纸化应用，主要内容包括CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM集成与应用，产品开发过程管理与优化，设计数据共享、模型共享，产品生命周期管理等；而所谓“甩帐表”，则是以销售订单为中心，实现CRM/ERP/SCM/PDM/MES的集成应用，针对企业内部生产、销售、成本、采购等业务提高经营管理水平的需求，开展企业经营管理、生产管理与制造执行的信息集成及业务协同应用，实现以“甩账表”为标志的企业信息流/物流/资金流及经营管理业务的集成应用，实现生产系统与财务系统、产品设计系统、供应链管理系统、客户关系管理系统的集成，实现市场经营管理过程的一体化。

制造业信息化的现状和趋势

“九五”、“十五”期间，国家科技部通过“甩图板”工程、制造业信息化工程营造信息化氛围、支持企业信息化示范建设、推广信息化新技术，在制造业企业的设计、制造、管理、试验、测试等方面取得了卓有成效的结果，为十一五推动“两甩”工程奠定了坚实基础。但是，与已经取得的成效相比，制造业信息化在推进中仍还存在一些亟待解决的问题，必须引起企业各层领导的重视：

（1）顶层规划不够，系统分散建设，“信息孤岛”问题突出

很多企业由于各方面原因，信息化总体发展思路、规划不够，造成本集团内企业、企业内各部门之间各自为战，形成了不同的软硬件环境、不同的数据结构、不同的规范标准，信息系统分散建设、独立运行，相互之间不能得到有效地集成，难以形成体系和发挥整体效益。

（2）缺乏一体化集成应用及数字化协同手段

产品的数字化设计、制造、测试和项目管理仍处于单点、分散、局部的应用状态，相互隔离，未能有效地与企业生产经营的实际需求和业务过程相结合，缺乏系统间的信息共享、一体化集成以及流程的协同与优化。

（3）企业管理信息化有待深化

现有的企业管理模式，与信息化技术的应用相互脱节，未能够通过信息技术的应用，有效地促进管理模式的变革，使得信息技术未能发挥有效的作用。

近年来，随着企业务量急剧增加、市场竞争日趋激烈，制造业企业普遍面临着下面的问题：

1. 企业信息交互、传递缺少统一平台，存在大量的信息孤岛，效率低、准确性差；

2. 知识资源得不到有效积累，技术资料只限于静态的管理，查询、复用困难；

3.  设计周期、制造周期不断缩短，而对质量的要求更加严格，急需优化业务流程。

而企业由于在信息化过程中采用了不同软件供应商CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM系统，造成业务部门的信息系统面临以下问题：

1. 随着客户需求个性化，产品大类和产品规格不断变化，同一类产品各种客户又有不同的设计，以至现有的CAD系统成为产品工程师从事高强度低技术的绘图工具，现有的产品开发环境和CAD系统不能满足这种持续变化的需求。

2.  产品设计的CAD软件与CAPP系统之间不能进行数据共享和交互，造成数据的重复，对设计的准确性造成的影响，工作的效率较低。

3. 没有统一的产品全生命周期管理平台，很难实现知识的积累和复用，造成重复设计的工作量很大，产品在客户处总是出现同样类似的故障或者生产的工艺水平不能持续改进提高。

4. 企业中各种产品、零部件和文档都没有统一编码，各业务系统之间交互没有统一性，销售部门和售后服务部门难以查找、利用产品设计、制造过程的信息。

5. PDM和CAPP实施时没有考虑与其他业务系统(如ERP等)的数据传递无法实现，系统没有很好的扩展性。

要克服这些发展中的困难，企业首先应通过构建CAD/ CAE /CAPP/PDM甚至与ERP、CRM、SRM等业务系统的一体化集成系统，以快速增强产品研发能力、缩短研发周期、快速响应市场要求，实现以下目标：

1. 实现产品设计、工艺、生产数字化，以达到甩图纸的目的；

2. CAD、CAPP、车间生产管理系统有机整合在统一的数字化平台上；

3. 通过项目管理控制产品设计、工艺、生产的过程；

4.  实现产品数据与文档集中有效的管理，使产品数据全过程共享和利用；

5. 实现可视化审批，优化产品设计、工艺、生产过程；

6.  建立集成、可扩充的生产管理环境，实现车间生产计划合理编制、调整、跟踪、查询及反馈；

为实现以上目标，企业应采用统一的PLM平台，只有通过PLM系统共享统一的数据库，统一的数据模型，这样才能实现真正的单一数据源，消除数据的复制传递，绝对保障数据的一致性；同时大家能共享统一的用户访问权限控制机制，共享统一的工作流，实现跨部门的审批流程、工程更改流程，提高业务流程效率，实现企业信息系统的一体化。

CAXA设计工艺制造一体化PLM平台的方案优势

CAXA V5是新一代的集成化并易扩展的二维和三维PLM解决方案，融入了CAXA十多年来对中国制造业的深入了解和研发应用经验，沉淀不同行业的业务流程和管理模式，提炼我国工程技术人员和管理者的使用习惯，可完整覆盖从接受订单、概念设计、技术设计、工艺设计到生产制造管理和售后服务的各个业务环节，不但做到将制造企业前期大量投资购买的国外CAD软件(如三维设计CAD软件有CATIA、UG、Pro-E，二维绘图软件AutoCAD等)和大量积累的二维图纸和三维模型等产品数据很好的管理起来，实现存量兼容，使企业的产品创新能力延续提升，而且适用于不同规模、不同行业特点和不同发展阶段的企业，实现保护投资，使企业的信息系统可扩展，不断拓展新的PLM价值。

   



图1   CAXA V5功能结构体系

CAXA V5由平台和应用两大层组成，如图1。CAXA V5平台采用开放的、标准的体系架构，具有完整的PLM功能集合及强大的扩展能力，CAXA V5应用以产品数据为核心，通过统一的用户入口、统一的工作流、统一的产品数据电子仓库，可构建企业级的设计、工艺、生产一体化数字平台，如图2。





图2 企业级设计、工艺、生产一体化数字平台

CAXA V5可适应不同行业的制造企业的业务流程和管理模式，提供丰富应用，包括图文档管理、产品配置管理、工程变更管理、工艺设计、工艺数据管理、制造过程管理、异地协同等；而且CAXA V5平台采用了国际先进的构件，具有良好的稳定性、高度的安全性和易扩展性。





图3  CAXA V5数字化车间管理解决方案

对于以机械零部件加工制造为主的接单生产型企业或者集团下属数控车间，可以采用CAXA V5数字化车间管理解决方案建设数字化生产线，如图3，搭建企业数字化车间的网络平台，实现所有数控设备的程序传输、程序管理以及机床运行状态数据的采集，为跟踪生产任务进度情况、生产关键问题、质量检验情况、半成品及工具库存状况等生产信息等，加强生产控制，监督产品质量，提供重要的决策依据。

对于既有产品研发试制性质或按单设计的单件、小批生产，又有标准化产品按单配置、组装的大批量生产的企业集团，则可以构建统一的CAXA V5平台，先以产品数据管理为基础构建快速研制平台，再建立集成化的工艺设计环境和工艺数据管理平台，最后扩充到车间作业计划、加工作业管理、加工过程控制、加工检验等面向制造过程集成化管理的功能，为建立数字化生产线、实现无图纸生产奠定基础：

1. 提供产品数字建模、工艺设计准备、生产加工、维修与售后服务各阶段的数字化解决方案，保障车间生产准备时直接使用产品设计和工艺设计的数据（经过工艺配置），无须转换和重复输入，保证数据的一致性；

2.以订单生产任务（制造指令）为主线，包括生产计划、加工过程管理、质量管理（检验）和库房管理等围绕生产环节的主要功能，以及相应的查询和反馈功能，包括加工能力查询、制造资源查询、生产信息查询和质量预警、延迟预警等；

3.对制造资源进行集中管理，包括设备、刀量具、工装、毛坯、原材料等，为企业提供以生产为核心的作业成本管理；

4.支持多车间的协同生产和厂际外协生产管理。

结论

PLM技术作为新一代的产品创新与协同管理解决方案，正在逐渐成熟，它可综合应用于产品设计、制造、管理、试验、测试的各个阶段和各个方面，实现产品生命周期不同类型数据的综合管理、过程管理以及跨部门、跨区域和供应链协同。中国正在加速成为全球制造中心，我国制造业正在信息化的推动下呈现跨越式发展。随着PLM技术进入普及应用阶段，以产品设计、工艺、制造和管理信息化为主线的PLM应用，将有效促进企业生产模式变革和流程再造，推进国家十五期间“两甩”目标的实现。CAXA作为长期服务我国制造业的PLM供应商，通过整合国内外及国际PLM产业资源，引进国际一流的先进软件技术、专利和产品构件，发展出具有自主知识产权和核心关键技术的CAXA V5 PLM解决方案，为我国制造业企业设计工艺生产一体化数字平台的建设提供了切实可行的途径。