跨越设计到制造的鸿沟——基于SOLIDWORKS EPDM的制造过程管理应用

撰文/ 青岛新思诺软件有限公司 窦守鹏 曹润泽

本文基于离散制造业在制造过程中充分利用设计数据的管理需求，阐述了通过SOLIDWORKS Enterprise PLM产品生命周期管理解决方案，如何以三维模型驱动的研发管理平台为构架，实现从三维设计数据，经过工艺规划、物料维护及物料编码相关制造过程管理环节，输出满足生产制造所需的准确基础数据，帮助企业以快捷有效的方法跨越设计数据与制造数据之间的鸿沟，为企业打造设计与生产数据闭环提供借鉴。

离散制造型企业不仅需要面对来自市场日趋激烈的竞争，以及用户个性化需求越来越多等压力。同时，由于自身有着产品种类规格多、生产流程多变、快速响应市场需求等诸多特点，因此，如何突破设计到制造瓶颈，实现设计数据与制造数据的集成管理，对于企业实现信息化管理具有重要意义。目前，越来越多的企业借助PDM、ERP 等单元系统实现上游研发设计数据管理、下游企业资源计划管理，但是在设计环节与制造环节间，产品数据共享存在壁垒，难以实现数据从设计到制造的平滑过渡。

一、企业产品制造过程数据管理现状

经过在多家离散制造企业中的项目经历，结合企业信息化系统应用现状及业务流程的调研情况，笔者发现企业产品数据在设计至制造环节中存在以下几点问题。

1. 数据分散独立，无法同步更新

企业产品设计数据依托于PDM系统进行管理，ERP 系统所需要的制造基础数据，只是存放个结果，而且大部分时候也是手工输入或者导入，在设计数据向制造数据的转换过程中，缺少信息化平台进行管理，导致数据无法形成一个整体。

2. 数据质量无法保障

系统间无法实现数据交互，导致产品设计数据向制造数据变换过程中，需要依靠人员手工录入、维护，数据的时效性、准确性无法得到把控，且数据在变更过程中无法得到监管、追溯，造成企业制造经验得到不到积累，知识资产得不到传承。

3. 数据维护工作效率低

PDM 系统与ERP 系统之间无法实现数据交互，导致企业人员只能依靠传统方式维护数据，既要维护PDM系统中的产品研发设计数据，也要在ERP 系统中重复产品设计数据的基础上，再对制造数据进行维护。这就造成企业一方面人员工作效率低、重复性工作多，导致运营成本增加；另一方面也导致企业在标准化体系建设进展缓慢。

二、企业产品制造过程数据管理需求分析

针对于上文中离散制造企业现状分析，结合前期的调研和项目实施经验积累，笔者将企业对于产品制造过程数据的管理需求归纳为以下几方面。

（1）支持设计数据与制造数据集成共享。

（2）设计BOM 到工艺BOM、制造BOM 的快速转换。

（3）标准、高效的工艺数据维护，自动计算定额销售。

（4）支持制造BOM 数据维护，输出完整制造BOM。

以下笔者将描述这几个方面的管理需求，对于不同的用户可能存在的几方面细化或扩展。

1. 支持设计数据与制造数据集成共享

设计数据主要包含设计BOM 数据，由企业的产品设计部门组织和管理产品所需要的零部件物料清单，它是在研发设计人员在完成产品设计过程后获得的。对于其他的制造数据（工艺BOM 数据和制造BOM 数据），是在设计BOM 的基础上，根据制造过程的需要，进行工艺数据和制造数据的维护后形成的。所以，设计BOM、工艺BOM 和制造BOM 的集成共享显得尤为重要。

基于该种应用模式，可实现设计与制造环节数据的无缝对接，应用统一的数据，避免了人为操作，减少了冗余数据产生。

完成设计BOM 数据平滑过渡至制造环节，有以下几个步骤。

（1） 通过SOLIDWORKS Enterprise PDM 管理SOLIDWORKS 装配体中完整的设计BOM 数据。

（2）实现SOLIDWORKS 设计BOM 数据工作流程审批。

（3）提供信息化手段实现发布状态的设计BOM 数据平滑过渡到制造数据维护环节。

通过上述步骤，形成基于单一设计源头的BOM 数据，由设计环节输出至制造环节，保障了数据的唯一性、时效性和准确性，形成了数据的闭环式共享应用，避免人为操作过程中不必要的错误。

2. 提供标准的、高效的工艺路线数据维护

离散制造企业的工艺环节是建立在设计BOM 的基础上，由工艺技术人员在生产能力基础之上，进行以工序、工时、物料等工艺数据的设计和维护，以此完成产品设计向产品制造的过渡。基于传统的工艺BOM 数据维护方式，一方面，无法实现设计BOM 数据的直接应用；另一方面，不利于企业对于工艺设计经验积累和对标准化、通用化的建设。因此，通过信息化手段帮助企业实现工艺环节的管控至关重要。

实现工艺环节信息化管理的需求，主要有以下几点内容。

（1）提供信息化平台，承载设计环节中输出BOM 数据。

（2）实现企业工艺数据的标准化、通用化管理。

（3）在工艺BOM 数据设计过程中，应用标准化、通用化工艺数据。

通过上述步骤，使工艺设计人员在统一的平台中，基于一致的设计BOM 数据，应用企业标准、通用的工艺数据，实现标准可控，应用高效的工艺维护，为企业在产品制造的工艺过程中，实现工艺人员应用统一的标准，减少工艺设计工作量，压缩工艺设计时间。

3. 支持制造BOM 数据维护

在设计BOM 数据、工艺BOM 数据以外，企业需要使用制造BOM 数据来决定最终产品制造方法，组成产品制造的物料清单。同时，产品核算部门基于制造BOM 确定最终产品的成本和产品成本的维护。因此，企业需要在设计BOM、工艺BOM 基础之上，进行可能与产品结构没有直接关系的物料及物料属性等数据维护，最终完成制造BOM 数据输出。

为此，实现该需求应主要包含以下几点内容。

（1）提取设计和工艺环节BOM 数据，并在此基础上维护制造BOM 数据。

（2）实现物料编码功能，提供可配置的物料编码方案。

（3）支持BOM 中零部件的父子结构关系调整。

（4）导出包含制造BOM 数据的完整视图。

通过集成设计BOM、工艺BOM 和制造BOM 数据管理，实现在产品制造过程数据管理中数据的可继承性，使企业制造数据在不同业务环节中形成闭环链接，令管理更为顺畅，集成更为紧密，真正实现企业制造过程数据管理平台。

三、集成产品制造过程数据管理最佳实践

SOLIDWORKS 在三维CAD 系统与SOLIDWORKS Enterprise PDM 系统平台化应用基础之上，提出了产品生命周期管理解决方案，由产品设计数据管理扩展到制造数据管理，整合了设计BOM 输出、工艺路线管理和物料数据维护等制造数据管理功能模块，实现了由设计至制造环节数据的平滑过渡，为企业提供产品数据集成管理最佳方案。主要包含以下几个方面。

1. 完整的设计BOM 提取

通过SOLIDWORKS Enterprise PDM 管理SOLIDWORKS数据，不但可以在检入检出过程中进行PDM 与设计工具的双向互动，并可以提取SOLIDWORKS 中的完整设计BOM 信息。同时，实现设计BOM 数据的版本管理及输出（图1）。

2. 设计BOM 数据平滑过渡至制造环节

在SOLIDWORKS Enterprise PDM 端实现SOLIDWORKS 三维设计BOM 数据管理基础之上，通过企业BOM 管理功能模块实现设计BOM 数据的可视化浏览，并通过“设计BOM →工艺BOM”、“设计BOM →制造BOM”的功能按钮，实现设计BOM 向工艺BOM、制造BOM 的平滑过渡（图2）。

3. 原材料数据维护

产品制造过程数据将包含设计BOM 数据及物料数据两方面内容，SOLIDWORKS Enterprise PLM 系统集成有物料管理模块，实现企业生产过程中物料数据的管理，有利于在统一的平台中实现对于产品制造过程数据的维护。同时，该功能将实现物料编码，与生产制造管理系统中物料数据同步（图3）。

4. 物料编码管理

SOLIDWORKS Enterprise PLM 系统中可实现物料编码管理，通过识别物料特征，匹配对应的编码规则，以实现单一编码或批量编码。同时，企业可根据业务需求，进行编码方案的自定义（图4）。

5. 实现工艺数据标准化建设

系统将提供平台以实现企业在工艺设计环节标准化、通用化数据的维护。通过制造过程功能模块中标准工艺路线建设，帮助企业按类别定义工艺路线，结合工序、物料等制造基础数据，最终完成工艺路线标准化、通用化建设（图5）。

6. 支持定额公式计算管理

在制造过程数据维护中，将提供定额公式管理模块实现定额领料、标准工时计算需求。通过定额公式的配置，实现企业制造过程数据维护过程中的标准化定义（图6）。

7. 实现工艺BOM 数据维护

在产品设计BOM 数据基础上，支持自动或手工创建工艺路线信息，并实现以公式定额的方式计算出标准工艺用料和标准工时用量。以此实现更加高效的工艺数据维护，避免了设计BOM 向工艺BOM 数据转换过程中不必要的错误。同时，帮助企业实现工艺环节标准化管控，使工艺数据具备可继承性（图7）。

公式定额可支持用户输入动态参数，以更好地匹配企业在定额公式应用上的业务需求（图8）。

8. 实现制造BOM 数据维护

在设计BOM 或工艺BOM 数据应用基础之上，进行制造BOM 数据维护。将实现添加并挂接物料数据、物料编码、BOM 父子结构关系调整及数据输出（图9 和图10）。

四、成功案例

成都双虎实业有限公司，始建于1989 年，产品始建于1989 年产品遍及全国31 个省、市、自治区，覆盖国内主要城市及乡镇，是集家具设计、研发、制造、销售和服务于一体的现代化大型家具企业。

作为一家全国性的大型家具制造企业，该企业体现出了丰富的产品线及规格型号；订单式与库存式业务模式并存；工艺环节任务多、工作量大；产品趋于部件标准化、模块化及拆装化等特点。同时，在企业发展过程中，也面临着如何集中管理产品数据，如何打通设计、工艺及制造BOM 数据管理等发展瓶颈。

企业成长离不开强大的管理支撑，双虎实业于2013 年选择SOLIDWORKS Enterprise PLM 产品生命周期解决方案，集成OA、PDM 和ERP 等信息化管理系统，打造信息化管理平台，走上了IT 整体运营管理的发展道路。

通过实施SOLIDWORKS Enterprise PLM 系统，该企业实现了由过去的二维设计平台向SOLIDWORKS 三维设计平台过渡，加深了三维CAD 数据的覆盖面，修订了三维设计数据规范，实现了从二维至三维的华丽转身。在此基础上，该企业还实现了设计BOM 数据向工艺BOM、制造BOM 数据迁移，灵活编辑工艺路线数据，增加/ 删除工序数据，以及通过定额公式，自动计算出物料定额和工时定额，使工艺设计工作变得可视化、标准化；通过物料数据的管理和编码的实现，完成制造BOM 数据管理。最终，将完整的制造BOM 数据输出到了ERP 系统。

对比往昔， 双虎实业建立了以SOLIDWORKS 三维CAD 数据为源头， 以PLM 研发平台为核心， 将SOLIDWORKS、PLM 和ERP 三大系统平台成功集成的完整信息系统，让数据流从源头起经过每个系统的丰富完善与交互，输出各种报表，为指导生产形成有效的数据支撑。

五、结语

离散制造企业在实现产品制造过程数据管理的过程中，保障单一数据从设计端源头开始进行管控，打通设计、工艺、制造等产品制造过程环节。通过应用SOLIDWORKSEnterprise PLM 产品生命周期解决方案，能够提供统一的平台实现设计向制造的平滑过渡，避免了不同系统间集成开发的风险，真正意义上为企业实现设计到制造的数据集成，建立闭环连接。