面向数字化制造领域的软件解决方案

　　图1 新车型从研发到量产的周期

　　Siemens PLM数字化制造系统Tecnomatix的最大客户群是汽车制造业和航空制造业，在全球30家知名汽车整车厂中已有超过25家采用Tecnomatix进行白车身焊装工艺设计和部分总装工艺设计，Tecnomatix可以极大地提高客户的市场竞争力。

　　随着汽车行业国内外市场竞争的日益加剧和国际金融市场的动荡，中国汽车制造业面临着前所未有的挑战。如何才能降低成本？如何才能实现精益？什么是汽车行业未来制胜的原动力？这一切的问题都在深深困扰着国内的汽车制造商们。在今年的德国汉诺威工业博览会上，西门子公司展示了当今世界上最为先进的“虚拟投产技术（Virtual Commissioning ）”，现场展示了西门子与大众汽车公司合作的、包含了最先进的全工业自动化和全虚拟化的车身焊接生产线生产过程，为在场的观众展示了一幅未来的汽车生产之路。

　　汽车制造业的挑战

　　汽车行业是典型的资金和劳动力密集型产业链，在以整车厂为龙头的价值链体系中，大量的资金和人力被投入到生产现场，而来自消费市场的变化和金融融资市场的风险在整个生态链的上下游直接影响着这个庞大系统的运行。消费市场的需求瞬息万变，迫使整车厂必须加快其产品投放市场的时间，提升生产准备的效率、质量。图1中分析了一个新车型从研发到量产的周期。我们不难看出，整个项目周期中，40%～60%的时间都花费在生产准备阶段。生产准备阶段的时间长短直接反应了整个企业甚至是整个行业的技术能力，据不完全统计，日本丰田公司和日产公司现在已经能够实现10.5个月的新车开发周期，而同比我国的整车厂新车开发周期为3～5年。因此，如何加快产品投放市场的时间成为制造企业的首要技术挑战。

　　图2 Tecnomatix软件解决方案的架构

　　传统生产准备阶段的技术问题

　　生产准备阶段包含了所有围绕生产过程而展开的各方面的工作。国外整车厂通常设立“生产/制造工程部”来解决协调所有的相关问题。传统的生产工程准备阶段包括：

　　1.工艺方案的审查、确定；

　　2.各种生产资源设备的组织和协调；

　　3.生产计划的设定；

　　4.工厂布局（生产线组织）的考虑；

　　5.产品质量控制；

　　6.各种工艺文件信息的准备和输出。

　　同时，产品设计部门不断发放的更改的数学模型和来自售后市场部门不断变化的市场预期都使得如何设计和规划一个高效、节约和有竞争力的生产系统成为生产工程部门考虑的核心。按照传统的生产准备流程，设计数模冻结后开始进行工艺设计和工厂设计，之后外包各种具体设备的设计和制造，最终进行整线的合龙和调试，进入试生产。由于传统作业方式的限制，产品设计数据很难和制造工艺数据在早期实现并行，很多的设计更改要求很刚性的生产系统进行适配，从而引发了无休止的协调和争论。另一方面，生产工程部门在进行工艺设计时，多半采用传统的二维作业方式，很难对未来的工艺过程进行前期的分析和优化，使得投资巨大的工厂成为一个实验平台，所有的刚性物理适配问题（夹具匹配、焊点分配和装配可行性等）必须面对物理实物展开，造成了效率和成本的损失。

　　Siemens PLM数字化制造系统

　　在Siemens PLM系列产品线中，数字化制造品牌Tecnomatix是专门面向数字化制造领域的软件解决方案。这个最早技术来源于以色列Tecnomatix公司的数字化仿真平台在过去25年间为世界各地诸多制造业巨头（如戴姆勒－奔驰、宝马、大众、波音和洛克希德－马丁等）提供了最为尖端的数字化制造应用支撑。Tecnomatix最大的技术特点在于采用了一体化的软件构架，该软件架构集成了可实现数字化制造过程规划、制造过程虚拟仿真和制造过程的信息管理的专业应用工具，最大化实现了从产品的数学模型到产品最终批量量产之间的生产工程阶段的效率提升和质量保证。Tecnomatix软件解决方案的架构如图2所示。

　　整个Tecnomatix软件解决方案包括两个主要部分：Process Designer（工艺设计师）和Process Simulate（工艺模拟仿真）。

　　Process Designer是一个通用的工艺过程设计平台，在这个平台环境下，制造工艺工程师可以进行诸如工艺流程设计、作业时间分析、生产线、单元平面和立体布局等操作。传统的CAPP（计算机辅助工艺规划）的功能在Process Designer中完美体现；同时Process Simulate提供了一个基于数据库的无缝的工艺过程模拟功能，所有的Process Designer中的工艺数据和流程在这里都可以进行三维的虚拟分析模拟和验证，如装配路径的分析、顺序的调整、人机工程的分析评价、机器人路径的优化和OLP等。相比传统的CAPP软件而言，Tecnomatix可以极大延伸工艺设计人员的设计手段和释放他们的设计灵感。同时，Tecnomatix可以实现与TeamCenter最完美的数据集成，产品设计的BOM信息直接传递到Process Designer进行工艺分析和后续流程的规划，而工艺流程、审签和最终数据状态的确定和发放等管理功能可以回到TeamCenter中实现。

　　图3 项目的数据库

　　Siemens PLM数字化制造系统行业案例分析

　　Siemens PLM数字化制造系统Tecnomatix的最大客户群是汽车制造业和航空制造业。在下面的内容中，我们将介绍国内某家著名整车厂实施Tecnomatix白车身焊装解决方案的技术流程和价值感受。

　　1.项目背景介绍

　　（1）以汽车研发项目为契机，有的放矢导入数字化工厂的不同项目。

　　（2）目的性强、效果显著，便于整个数字化系统的逐步实施推进。该公司根据新车型研发而适时上马了白车身数字化平台项目。

　　（3）建立相应的组织机构及相应职责。

　　（4）数字化团队在组织结构上得到承认，确保资源配置，项目的推进才有保障，日后的运作也才能持续有效。据此理念，该项目成立了相应的数字化团队，与其他项目组一起工作，在仿真、验证产品及工艺方案给予技术支持。

　　（5）持续实施。

　　（6）数字化工厂系统是一个较大的数字化平台，需要大量的模型及相应属性的支撑，所以持续建设才能确保这一系统得以维持和发展。

　　（7）该数字化团队除特殊项目外，平时进行该系统的升级、维护和建模工作。

　　2.项目实施内容

　　（1）整改数字化系统的布局。

　　（2）根据整个企业的发展需求，首先根据产品研发项目选择上马Process Designer的白车身项目，然后导入Plant Simulation项目；另外根据新项目需要，我们要对老的生产线改造，需要增加车型及机器人，从而选择上马ROBCAD项目。

　　（3）规化平台的搭建及开发应用实例。

　　（4）根据整体产品研发，在一新车型上进行了Process Designer白车身模块开发应用。

　　（5）主要开发了与PDM（产品数据管理）的数据接口、工艺文件的生成输出接口的焊接数据库智能系统。另外，根据项目需要建立了项目的数据库（如图3）。

　　3.项目的实施技术流程

　　主要的实施步骤包括：产品信息的导入；工艺过程设计平台；工艺文件输出。

　　4.数字化工厂实施的意义及效果

　　（1）在生产准备阶段将会减少工装设备的工程变更量。

　　（2）由于运用了精确的工艺规划和仿真，大大减小了设计失误造成的停工、误工时间和费用。

　　（3）通过已有工具的仿真和验证，提高了已有工具的利用率。

　　（4）优化生产线的设计，节拍均衡，提高了设备利用率。

　　（5）缩短了生产线设计时间。

　　（6）提高了生产能力。

　　（7）熟悉掌握数字化工厂，在设计领域，加快对市场的反应速度。

　　（8）利于企业的知识沉淀，提高知识的重用效率。

　　（9）提高同步工程的实施水平，缩短新车投入市场时间即项目实施的时间。

　　结语

　　通过实施Tecnomatix数字化工厂，我们能实现一个全数字化的车身焊接工厂布局和整个焊装流程的详细描述，极大地提高了客户参与市场竞争的核心竞争力。作为业界领先技术提供商，Siemens PLM Software一直致力于与世界著名的主机厂一起成长，通过实施Tecnomatix数字化制造系统，为包括其在内的更多汽车制造企业和它们的骨干承包商提供提高市场竞争力的核心技术。只有拥有一套高效率的制造系统规划设计平台，用全三维数字化仿真的技术设计汽车装焊线、总装线和涂装线等，才能在未来激烈的市场竞争中脱颖而出。