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面向机床行业的CAD/PDM解决方案

1、机床产品结构描述

金属切削机床包括车床、铣床、镗床、磨床、拉床等，一般由床身、箱体、工作台等组成。例如，车床由主轴箱、进给箱、溜板箱、溜板刀架、尾架、床身组成，镗床由床身、立柱、箱体、工作台等组成。数控机床与普通机床相比，传动系统相对简单，但增加了更安全的防护系统；同时增加了数控系统，以及相关的装置，如滚珠丝杆、润滑系统等。

一般企业同时生产普通和数控机床，图1是某机床厂的产品系列：

图1 机床产品系列示意图

普通机床无论从产品还是从市场方面来看，业已成熟。产品通用化、模块化程度比较高。数控机床一般是根据客户订单进行设计与制造，设计、制造周期比较长。

2、机床产品技术特点

机床涉及到的专业包括机械、电气、液压、自动化控制等，技术难度高。成立项目组时指定产品主管，由主管对各专业组进行分工与协调。工程师之间需要进行协同，比如电气工程师需要参照结构工程师的方案，确定安装尺寸；当结构尺寸发生变更时，需要即时通知电气工程师等。

新产品开发时，需要考虑到同一型号的机床在不同条件下的选配关系，比如“主轴最高转速8000rpm时配冷却邮箱、最高转速1000rpm时配恒温邮箱兆欧表”等。机床产品设计中，存在着大量的配置信息。

为了提高产品的通用化程度，产品之间存在大量的借用关系。零部件的通用率是衡量机床设计质量的标准之一。

3、机床产品数据管理的难点

对于机床产品，结构复杂、涉及专业多，如何按照产品系列、型号、规格将企业的所有产品进行有效管理，是产品数据管理的核心。现在从三个方面来分析机床产品管理的难点：

3.1 产品结构的管理

表1是型号为XH714数控铣床的BOM表（局部）。表中的“1A、1B、2A”等是部件代号，“1A301、3A101、3A102”等是零件或组件代号，部件和零（组）件的名称用中文表示。

那么表1是否仅仅是一台XH714数控铣床的产品结构呢？显然不是，因为“备注信息”有详细的说明，例如“配FANUCα8电机时专用”、“配SIEMENS 1PH7105或北科YSF7500主轴电机专用”等。因此，表1是包括了各种配置关系的BOM表。

目前机床企业通常是用这样一张包含了各种选项条件的明细表下达到生产部门，然后根据销售订单进行制造。实际的BOM结构比表1复杂得多，因此生产、采购、库存各个环节对BOM表理解很容易混淆，因此造成失误。

表1 XH714产品BOM表

3.2 技术资料的管理

3.2.1 机床产品图纸的特点

机床产品图纸的特点表现在两个方面：

1. 明细栏

机床产品结构复杂，图纸上没有明细栏，零部件的属性信息通过件号和独立的BOM表（一般由部件、零件、标准件、外购件明细表组成）描述。

2. 件号

机床产品图纸的件号绘制与其它行业的标准存在差异较大。以下是常见的格式：

根据物料的不同类型，件号的样式各不相同，比如：第一个是基本件，零件号为“8B347”；第二个是借用零件，表示在本产品中借用了2件型号XH2416铣床的B8356零件；第三种是标准件，国标号是“J11－1A”，规格是“ZnD－M8”。第四、五个分别是借用部件和零件。

3.2.2 技术资料管理的难点

机床产品技术资料管理的难点在于：系列化产品之间存在大量的借用件，如何按照产品结构规范地管理技术资料？对于专机产品，如何完整地管理产品的技术资料，以便于生产制造和客户服务？

3.3 开发流程的管理

开发流程包括两个方面：新产品研发的项目管理、日常的设计变更管理。

1 项目管理

在管理层下达新产品开发计划后，技术部门成立项目组。建立项目组时，我们会指定负责人、确定项目目标、周期和分配资源。然后根据专业或模块，分解任务。按照工作性质的重要程度，设置不同层次的评审流程，比如：总体方案需要总工批准，而一个零件主管设计批准即可。项目执行过程中，从总体方案的设计、各专业系统的分工，到总装、部装、零件的设计，各个环节如何控制和协调？

2 设计变更管理

更改过程涉及设计、工艺、生产、检验各个环节，如果实现从更改单、文件的评审和发放、更改影响面和版本控制来保证更改管理的严肃性和生产用图的正确性是PDM的关键。

对于机床产品，因为存在大量的通用和借用件，因此保证更改过程的可控性尤为重要。

4电动工具、产品设计与数据管理解决方案

从上面对机床产品数据管理的难点，提出CAD/PDM解决方案，框架如图所示：

企业统一的数据库包括了CAD系统数据、PDM系统数据和其它数据（如基础资源、ERP数据库等）。

在CAD系统中，根据企业标准定制了样式数据（包括标题栏、明细栏、件号等样式），存储在数据库服务器上。当在客户端创建一张新图时，系统从服务器上读取样式数据进行绘图环境的设置，确保标准的一致性。

在CAD中将文件检入到PDM系统，进入项目管理流程；或者将CAD文件批量地存储到PDM系统，归档到设计数据管理系统。当零部件存在选配关系时，在产品配置管理系统中进行定义；这样根据选配条件，即可得到唯一的机床产品结构。归档的产品数据文件，当需要进行变更时，通过设计变更管理系统进行控制。

CAD系统能够直接读取PDM系统的借用件或者基础数据，保证系统之间数据的唯一性、准确性。

4.1 CAD解决方案

TeamDesigner是北京艾克斯特基于AutoCAD2000以上版本开发的机械CAD系统，包括样式管理、系统初始化、工程标注、绘图、零件库等模块。TeamDesigner完整的介绍请参照相应的文档，现在重点介绍对于机床产品图纸中的件号处理方案。

首先画好图形，分别定义每个区域的属性，然后指定件号连接参数即可。

以图2中借用件的件号样式为例：

第1步，在AutoCAD中先画好图形（本例只包括一条直线，3cm厚的聚氨酯板大致保温性能同等于4cm厚的XPS板和5cm厚的EPS板直线的长度等于实际件号直线的长度），接着定制单元格。单元格大小就是文本填写的区域。各个单元格之间的距离根据实际情况定。

这样，当绘制的件号为借用件时，系统自动提示产品型号、数量、零件号为关键属性，不得为空。按照上述的定制方法，图面上即可得到符合要求的件号样式。当存在多个件号样式时，方法相同。

TeamDesigner系统具有显示或隐藏明细栏的功能，当图面上不需要显示明细栏时，只需要设置为隐藏即可。

4.2 PDM解决方案

4.2.1方可通电1衬丁开电源开关 设计数据管理

图5是设计数据管理的一般流程。

通过PDM集成组件，读取CAD系统信息，批量地将文档存储到PDM系统。根据读取到的零部件信息，PDM自动生成装配树，文件（包括模型、工程图、WORD文档）与产品零部件一一对应。系统提供了分析工具，能校验图纸的完整性、数据的准确性、装配图与零件图的关联性。确认无误后，进行产品数据的发布。根据企业实际，生成各种报表，如零件明细表、标准件明细表、外购件明细表等。

同时能够对产品数据进行综合管理与应用。

4.2.2 产品配置管理

针对于机床产品零部件之间存在着复杂的选配关系，XTPDM提供了从产品原型到定型产品的参数化配置系统。XTPDM通过节点类型定义（可选、必选件等）、参数定义、条件定义，来明确产品与零部件之间的相互关系。系统提供了图形化的向导工具，简单易用。

通过设计数据管理系统，从CAD文件中读取信息，形成了产品结构。这样的产品结构是设计时形成的BOM，即EBOM。为了形成唯一的定型产品结构，需要进行BOM调整和参数、条件定义。

例如下表（节选自表1）中的3A102是在“配FANUCα8电机时专用”，3A104是在”配SIEMENS 1PH7105或北科YSF7500主轴电机专用”。5、行业主要发展趋势

那么可以抽象为：

a) 参数定义——电机联接板；

b) 输入参数――“3A102、3A104”；

c) 条件定义――IF 主轴电机 ＝ “配FANUC α8主轴电机时专用” THEN 电机联接板 ＝ 3A102 ELSE 电机联接板 ＝ 3A104

依此类推，将XH714数控铣床BOM表中带“备注信息”的零（部）件完整定义，然后发布原型。

当接受到订单后，则可以根据订单签订的技术协议，按照定义的条件，快速生成唯一的产品结构。一方面将唯一的产品结构发布到ERP系统（或者打印输出），另一方面电缆设备能够完整地保存符合订单的产品结构信息，便于质量追踪和售后服务。

4.2.3 设计过程管理

图7是设计过程管理的一般流程。

建立项目组时，我们会指定负责人、确定项目目标、周期和分配资源。然后根据专业或模块，分解任务。按照工作性质的重要程度，设置不同层次的评审流程，比如：总体方案需要总工批准，而一个零件主管设计批准即可。

任务执行。登录PDM系统后，用户接收到上级分配的任务，工作要求、可参考的资源一幕了然。在CAD或者office中，直接提交设计成果，自动建立产品结构。项目小组成员之间资源共享，相互之回转支承间可以提出改进建议，实现了并行设计。

任务评审。评审过程中提供了红线批注功能，可以作为圈阅的一种手段。评审过程中如果评审人员出差或者其它原因，系统提供了评审变更管理。

任务评审后，进行文档归档。按照项目进度和周期，分批发布，提高效率。XTPDM的设计过程管理，让项目过程透明化。这样，项目负责人能监控过程和任务协调。

4.2.4 设计变更管理

图8是设计变更管理的一般流程。

首先，更改单。

1、XTPDM定制工具支持企业自定义更改单模板；

2、单据上需要填写的零部件属性，自动关联；

3、更改单编号按照规则自动生成，统一管理。

更改单提交后，按照设定的评审流程，自动进入评审状态。XTPDM提供了图形化的操作界面，系统管理员能灵活地设置评审路径。评审通过后，自动转入下一级；如果评审不通过，则返回到更改单编制人员；重新提交，继续评审。

评审通过后，PDM自动进行更改单的发布和通知。XTPDM提供了三种通知方式：

1、消息，

2、邮件，

3、PDM内部通知，确保更改发布的及时性、可靠性。

当各部门签收后，系统自动记载签收人员、签收时间，保证其可追溯性。如果更改的零部件已被借用，则通知相关产品的负责人；更改影响到的产品既可同步更新，又可保留原件。

通知发放后，电子文件需要及时更新。从PDM检出图形，在CAD环境下修改。修改之后，提交评审，同样走评审流程。评审通过后，进行更新入库，覆盖原文件或版本升级。

更改历史完整地记录在PDM系统。为什么更改？何时更改？改了什么？发到了哪些部门？是否签收？更改影响到了哪些产品？可以追溯这一切。

5、小结

艾克斯特公司提出的机床行业CAD/PDM解决方案，已经在企业成功应用。解决方案的重点在于如何针对机床行业的特点从设计阶段开始即提供有效的手段保证数据的准确与规范性（可以进一步参考艾克斯特其它文档），提供流程、配置管理功能保证系列化产品的完整和有效。