1 引言

    航空發(fā)動(dòng)機(jī)模具是發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中重要而特殊的工藝裝備，其設(shè)計(jì)和制造過(guò)程占整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造周期的30%，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的制造質(zhì)量、生產(chǎn)周期、制造成本產(chǎn)生直接影響，并且具有結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、種類(lèi)多、批量小、設(shè)計(jì)制造質(zhì)量要求高的特點(diǎn)。因此如何提高模具的設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量，縮短其設(shè)計(jì)制造周期是當(dāng)前必須盡快解決的重大瓶頸問(wèn)題。

    國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)公司在發(fā)動(dòng)機(jī)的并行設(shè)計(jì)過(guò)程中，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就展開(kāi)了模具設(shè)計(jì)活動(dòng)，進(jìn)行可制造性分析，從而大大縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。另外，在發(fā)動(dòng)機(jī)主模型技術(shù)、性能仿真、多學(xué)科設(shè)計(jì)和快速原型仿制方面廣泛采用數(shù)字化技術(shù)，采取并行設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的形式開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，采用PDM管理發(fā)動(dòng)機(jī)全生命周期內(nèi)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和流程，取得顯著效益。

    與國(guó)外模具設(shè)計(jì)相比，我國(guó)的模具設(shè)計(jì)主要存在以下問(wèn)題：

    (1)數(shù)字化模型的管理不規(guī)范：目前雖然采用了CAD/CAM系統(tǒng)，但是從產(chǎn)品零件模型到模具設(shè)計(jì)模型、制造模型的管理，基本上處于用戶自己的文件管理下，沒(méi)有統(tǒng)一在PDM下進(jìn)行模型管理，造成模型的數(shù)據(jù)各自管理，各自使用，即“信息孤島”問(wèn)題；

    (2)設(shè)計(jì)過(guò)程不規(guī)范：模具設(shè)計(jì)依賴于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，缺乏對(duì)模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)與提煉，設(shè)計(jì)流程沒(méi)有詳細(xì)分析和優(yōu)化；

    (3)缺乏模具設(shè)計(jì)分析工具：現(xiàn)有的模具設(shè)計(jì)大多數(shù)憑借已有的知識(shí)，沒(méi)有采用仿真工具對(duì)模具設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行分析；

    (4)缺乏設(shè)計(jì)過(guò)程的并行性和協(xié)同性：目前的設(shè)計(jì)基本上是串行設(shè)計(jì)，未形成基于并行設(shè)計(jì)的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的組織模式，產(chǎn)品模型的簽署、發(fā)布、更改流程尚未統(tǒng)一在PDM管理下進(jìn)行有效優(yōu)化。

    因此，本文針對(duì)PDM環(huán)境下模具的協(xié)同設(shè)計(jì)與制造問(wèn)題，研究了以主模型為核心的模型管理方法，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)模具的數(shù)據(jù)管理和模具設(shè)計(jì)制造流程的建模、優(yōu)化與管理方法進(jìn)行了探索和研究。

2 PDM應(yīng)用實(shí)施整體框架

    PDM系統(tǒng)管理所有與產(chǎn)品相關(guān)信息，包括產(chǎn)品規(guī)范、電子文件、CAD文檔、掃描圖像、審批信息等；還管理與規(guī)范跟產(chǎn)品相關(guān)的過(guò)程，包括工作流程、圖紙審批與發(fā)放、工程更改等，從而實(shí)現(xiàn)基于單一數(shù)據(jù)源的產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)管理與共享。雖然PDM軟件的功能越來(lái)越豐富，但目前企業(yè)實(shí)施PDM還是主要集中在其基本功能上，包括文檔管理、人員組織管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理、工作流程管理以及應(yīng)用集成與封裝等。

    Teamcenter Engineering是基于WEB的完整的協(xié)同產(chǎn)品解決方案，是包含眾多復(fù)雜模塊的軟件包。通過(guò)對(duì)其系統(tǒng)功能和層次結(jié)構(gòu)的分析和研究，可以分為四層，如圖1所示：

圖1 PDM系統(tǒng)整體框架

    其中系統(tǒng)服務(wù)層為以TCP/IP協(xié)議為主的各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供支持；核心服務(wù)層提供面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型的描述與實(shí)現(xiàn)，以及各種應(yīng)用接口和技術(shù)服務(wù)；應(yīng)用服務(wù)層實(shí)現(xiàn)PDM的各種功能，包括：文檔管理、產(chǎn)品配置、工作流管理及項(xiàng)目管理等；系統(tǒng)集成層則實(shí)現(xiàn)了與其他系統(tǒng)的集成，并可進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

    本項(xiàng)目根據(jù)企業(yè)具體情況，采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)，并對(duì)相應(yīng)的軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的配置。

3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)模具的數(shù)據(jù)管理

    3.1 人員組織管理模型

    人員組織管理模型也稱為組織一角色一權(quán)限模型，它規(guī)定了PDM實(shí)施范圍中的人員組織、角色、操作權(quán)限及操作命令表，是設(shè)置PDM工作環(huán)境的基礎(chǔ)。

    本項(xiàng)目中的工作組包括綜合辦公室、質(zhì)量控制室、技術(shù)部和生產(chǎn)部，角色分為設(shè)計(jì)員、工藝員、項(xiàng)目主管、主任及技術(shù)工人。根據(jù)不同的角色和項(xiàng)目，設(shè)置其相應(yīng)的操作權(quán)限，以保證數(shù)據(jù)的有效性和安全性。PDM中的角色定義還可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，一個(gè)成員也可以同時(shí)擁有多個(gè)角色。

    3.2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織

    PDM實(shí)施的目的就是為了對(duì)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)有效的管理，從而實(shí)現(xiàn)“在正確的時(shí)間把正確的數(shù)據(jù)傳遞給正確的人。”PDM中的數(shù)據(jù)包括所有與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、支持產(chǎn)品的過(guò)程。這些數(shù)據(jù)定義不同，經(jīng)常存在許多版本，有多重關(guān)系和語(yǔ)義。要對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，就要建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織的模型。采用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)作為數(shù)據(jù)組織和管理的框架，是PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織的主要方式。

    產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程，也就是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)生成的過(guò)程。通常通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述管理。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)中，零部件按照它們的裝配關(guān)系組織起來(lái)，用戶將產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)與零部件關(guān)聯(lián)起來(lái)，最終形成對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的完整描述。通過(guò)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)關(guān)系保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)聯(lián)性。

    在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，隨著任務(wù)的分解細(xì)化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)在不斷生長(zhǎng)。將設(shè)計(jì)過(guò)程中的信息進(jìn)行提煉，從而形成完整的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理模型如圖2所示：

圖2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理模型

    航空發(fā)動(dòng)機(jī)模具設(shè)計(jì)加工過(guò)程涉及的信息數(shù)據(jù)數(shù)量巨大、種類(lèi)繁多，包括生產(chǎn)任務(wù)信息、葉片產(chǎn)品模型、葉片毛坯、工藝流程、模具文件、工裝目錄、質(zhì)量記錄、產(chǎn)品交付單等，其格式有文本、圖片、表格、二維和三維CAD文件等。某航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片模具的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)模型如圖3所示，圖4為在Teamcenter中建立的本產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)。另外，通過(guò)相應(yīng)的權(quán)限控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)模具相關(guān)數(shù)據(jù)的分類(lèi)管理，項(xiàng)目組成員對(duì)需要的文件的可以快速檢索、瀏覽及批注，而不必關(guān)心文件的具體物理位置。

圖3 某航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片模具的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型

圖4 葉片模具在Teamcenter中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)

    以后的改進(jìn)和改型設(shè)計(jì)都可以在已有的產(chǎn)品模型和配置基礎(chǔ)上進(jìn)行，從而充分利用已有知識(shí)，縮短研制周期。

4 模具設(shè)計(jì)與制造的流程管理

    流程管理的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和修改過(guò)程的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤與控制，是PDM系統(tǒng)的重要基本功能之一。Teamcenter提供的流程管理包括工作流管理、更改管理和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的管理。流程管理涉及到許多部門(mén)和人員，還受到傳統(tǒng)工作習(xí)慣的影響，因此，在流程管理的實(shí)施過(guò)程中，首先要對(duì)流程進(jìn)行詳細(xì)分析，建立合理的數(shù)據(jù)發(fā)放模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的提交與修改、管理和監(jiān)督、文檔的分布控制、自動(dòng)通知等，還要對(duì)已有流程進(jìn)行評(píng)估優(yōu)化，剔除其中的冗余環(huán)節(jié)，確保數(shù)據(jù)流向的正確性和高效性。

    流程管理是指某對(duì)象在一定的規(guī)則約束下從一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程，即從不確定的狀態(tài)變?yōu)榇_定的狀態(tài)。為了進(jìn)行有效的流程管理，必須建立一個(gè)結(jié)構(gòu)化的過(guò)程模型，來(lái)描述個(gè)過(guò)程步驟在邏輯上的串、并行關(guān)系。因此，必須首先確定相關(guān)的過(guò)程步驟，并將它們抽象成基本的任務(wù)單元，通過(guò)對(duì)這些基本單元的有機(jī)連接來(lái)構(gòu)建不同的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程，比如設(shè)計(jì)、審批流程、更改流程等。把每一個(gè)過(guò)程步驟與功能對(duì)象也要與執(zhí)行或接受這項(xiàng)任務(wù)的用戶、組、角色相關(guān)聯(lián)，從而建立流程模板。系統(tǒng)的流程管理模型主要包含5個(gè)方面：(1)流程名稱及適用范圍；(2)流程中工作階段的數(shù)量，先后次序及返回邏輯；(3)每個(gè)工作對(duì)應(yīng)階段的人員、角色、表決模式；(4)在每個(gè)工作階段開(kāi)始或結(jié)束時(shí)需要完成的特殊任務(wù)；(5)流程中每個(gè)工作階段所對(duì)應(yīng)的版本變化規(guī)則。

    在Teamcenter中，流程管理的目標(biāo)對(duì)象可以是文檔或零部件。文檔包括任務(wù)書(shū)、表格、設(shè)計(jì)文檔標(biāo)準(zhǔn)等，零部件是數(shù)字化模型，包括圖形、圖像等。建立流程模板后，指定每一步驟的具體執(zhí)行人，提交對(duì)象進(jìn)入流程，流程開(kāi)始執(zhí)行。當(dāng)對(duì)象處于流程中時(shí)，其他用戶不能對(duì)文件進(jìn)行編輯修改，可以查看其目前所處的步驟和狀態(tài)，包括提交、等待審查及己發(fā)布，用不同顏色和形狀的圖標(biāo)表示。當(dāng)流程結(jié)束，文件發(fā)布后，任何用戶對(duì)文件只能瀏覽。圖5是在Teamcenter中對(duì)工裝設(shè)計(jì)申請(qǐng)和模具設(shè)計(jì)流程的并行管理圖：

圖5 工裝設(shè)計(jì)申請(qǐng)和模具設(shè)計(jì)流程

    上圖的流程中包括編制工藝規(guī)范子流程、模具設(shè)計(jì)子流程、工裝設(shè)計(jì)申請(qǐng)子流程等三個(gè)并行的子流程，利用多個(gè)并行流程同時(shí)進(jìn)行工作，解決手工方式串行的問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

    本文針對(duì)某航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片模具的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，在Teamcenter的基礎(chǔ)上構(gòu)建了數(shù)據(jù)管理體系和應(yīng)用實(shí)施方法，并詳細(xì)論述了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理和工作流程管理的實(shí)施過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了基于單一數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)組織、管理和控制，保證了數(shù)據(jù)的有效性和高效性，縮短了研制周期。

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本文標(biāo)題：面向航空發(fā)動(dòng)機(jī)模具的PDM應(yīng)用實(shí)施

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