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總裝數字化工藝設計與制造平臺的建設與應用
轉載 :  zaoche168.com   2022年12月26日

建立自主完整的制造技術體系及平臺,支撐產品的自主開發,有助于推動汽車工業技術進步,提升產品的競爭力。東風日產作為一家合資公司,致力于構建從商企、研發、采購、制造及銷售的全價值鏈體系。在制造環節,從合資之初的僅有生產制造單元,到逐步建立符合合資公司特點的、完整的工藝設計驗證、生產準備以及量產生產的制造技術體系,東風日產不斷努力提高競爭力。

2010年創立的啟辰品牌,需要建立自主高效的開發體系。傳統的串列式、先產品設計再實物驗證的開發流程已不能滿足市場要求,有必要利用數字化技術,建立數字化工藝驗證體系。

基于數字化工藝開發體系的規劃要求,有必要搭建數字化工藝設計與制造平臺,進一步提升同步工程的體系能力,支撐產品競爭力的提升?;谝陨纤伎?,東風日產從2015年開始以總裝工程為試點,開展了數字化工藝設計與制造平臺的建設。


現階段工藝設計的主要課題

同步工程作為汽車產品開發流程中重要的一環,要求設計、工藝和質量等相關部門并行工作,實現整車的同步開發過程,實現在前期設計階段發現整車產品可能存在的各方面問題,并輔以方案解決。工藝規劃/制造可行性分析作為同步工程業務的一部分,東風日產在此方面工作流程及工作方法相對比較完善。與此同時,也存在一些需要提高和改善的方面:制造工藝系統與上游數據系統是獨立存在的,缺乏一個整合的平臺系統,即工藝和設計數據不在同一平臺,沒有統一的數據源,數據無法自動繼承,且需要進行一系列的格式轉化工作,時效性差,且容易出現遺漏;缺乏對工藝資源管理和知識共享;工藝設計進行傳統的二維工藝編制,工作量大,手工作業多,且缺乏繼承性;缺乏完整的工藝信息管理,例如現場的作業編程,主要通過大量的線下文件和數據庫存儲,數據的保密和安全沒有保障,而且數據的追溯性差,版次及唯一性可控性差。

針對以上現狀與課題,東風日產引入了TCM系統,并結合實際業務需求及規則進行二次開發,管理數字化產品、工藝流程、工廠布局及資源,在信息處理、數據貫通等方面實現自動化,全面提高了同步工程工作質量和效率,有效實現了業務從前向后的產品全生命周期的貫通,最終實現了設計與工藝協同,為未來智能制造的實現打下了良好基礎。


總裝數字化工藝設計與制造平臺構建方案

為更好地實踐數字與實物協同、設計與工藝協同,東風日產總裝數字化工藝設計與制造平臺(圖1)是實現全面同步工程的優秀實踐。通過高度集成化、系統化的數字平臺將產品設計、工藝設計、工藝驗證、實物試制及工廠量產等汽車開發全周期的各個環節貫通,在產品與工藝上實現數字到實物的映射,在工藝資源與工藝知識上實現實物到數字的映射,為進一步升級的智能制造體系建立基礎。我們主要從以下幾個方面來實現:

1)工藝與上游產品數據的貫通。與車輛主數據系統(VMD)和產品數據系統(NXPDM)進行接口開發,實現產品信息及產品數據與工藝設計平臺的接收與傳遞,進而實現在同一平臺上對產品數據、工藝數據及工廠資源等信息的統一管理和使用。


1 總裝數字化工藝設計與制造平臺建設方案

2)對工藝資源的整合與管理。通過將生產要素進行3D數字化,利用TCMin-class功能進行分類與管理。

3)對各種類工具軟件的集成。通過數據規則制定與接口開發,實現在同一平臺調用不同工具軟件展開工藝設計與仿真驗證,同時通過功能開發,進行結構化工藝設計,保證了設計與工藝協同的高效性及準確性

4)與工廠側實現工藝設計與工藝實施的貫通,工藝文件通過平臺與工藝文件分發系統的集成接口完成工藝文件向各工廠各部門的分發,使設計走向量產,并在需要工藝變更的時候,通過系統實現高效處理。


1.產品與工藝貫通

為實現產品信息及產品數據的接收與傳遞,系統構建時,首先需要定義平臺與兩個系統集成接口;基于集成接口及業務規則,從總裝工藝的角度對EBOM中的產品信息進行一定的結構化調整,同時獲取CAD數據形成PBOM數據結構,自動更新EBOM并進行數據自動關聯,實現可視化BOM結構,而工藝工程師則在此基礎上進行總裝工藝的編制及工藝規劃(圖2)。

2 產品數據傳輸流程

PBOM建設過程中,最大的難點在于EBOMCAD數據如何實現自動關聯及自動更新?;跂|風日產產品數據發布的流程及規則,同時應用CAD-PartAliagnment關聯解決方案,實現產品數據與工藝之間的無縫對接,使得工程師及時獲取最新的數據,識別變更點,有效地進行數據確認及虛擬仿真。完成系統的自動匹配和融合后,使用TCM責信度檢查功能進行差異比較,基于差異比較結果手動進行修正。完成結果確認后,面向業務部門進行PBOM數據的正式發布。EBOM數據更新或者CADBOM數據更新時,將重復以上融合過程,完成平臺中PBOM的更新。


2.工藝資源管理

建立數字化工藝離不開工藝資源,工藝資源庫的積累也是企業不可多得的財富。利用TeamcenterIn-Class分類管理功能,建立東風日產總裝工程的工藝資源庫,使得工藝工程師可以在計算機輔助技術的幫助下對制造資源與工藝知識進行有效管理,從而減少工藝設計時間,增加工藝設計的準確性,并提高設計效率。同時根據工廠Layout及實際規劃對設備、工裝等進行3D布局,最終形成與生產環境完全一致的數字化工廠,為后續工藝設計作準備,從而對整個生產過程進行規劃分析、評估和優化。

與此同時,東風日產還總結出了一套成熟的數字化環境資源的管理流程及方法,根據資源不同的應用場景及精度要求,通過不同的方法進行資源的建立,有效地減少項目整體時間,降低整體成本,同時控制返工時間,提高工作效率和質量。


3.平臺內系統建設


1)工具軟件集成

在數字化平臺的基礎上,基于結構化工藝,我們還需要各類專業的工具軟件以進行工藝設計,因此工具軟件與系統的集成貫通便成了我們此時要解決的重要課題?;跀底只脚_,我們集成了包含SpaceVision、VSA、Auto-CAD、UGNX、TCVISProcessSimulate等在內的各類工具軟件,進行要件確認、尺寸鏈檢證及虛擬仿真等,同時將確認結果保存在平臺內,真正地實現了數據的統一管理,大大節省了工藝人員進行數據下載格式轉化的工時,保證了數據的唯一性、準確性,提高了工藝人員的工作協同效率。


2)結構化工藝設計

基于總裝PBOM及已建設的完善的工藝資源庫(工裝、工具、設備和直輔材)、規范的設計數據管理(如BOM結構及零件編碼的準確性和規范性)、規范的工藝知識及分類管理及規范的工藝設計流程管理;以產品及零件為制造目標,將工藝與產品、工藝與工廠和資源(包含直材輔材、工裝工具等)相關聯,構建結構化工藝,建立標準工藝庫(PlantBOPProductBOP),覆蓋了同步開發、生產準備以及工廠工藝全流程。

基于東風日產總裝工藝的流程及特點,梳理業務規則,應用最新的EnterpriseBOP總裝解決方案,構建結構化工藝,同時在BOP中實現了零件自動分配,大大提高了工藝設計的重用率,增加了各系統間的數據集成性,減少了重復工藝設計工作,縮短了新產品的制造準備周期。


4.工藝與生產貫通

基于最新產品與結構化工藝平臺,通過與上游設計數據系統集成,可及時獲取和更新設計信息;與下游工藝文件分發系統進行集成,可直接在工藝設計完成后,將全部工藝文件一鍵傳遞至工藝文件分發系統,快速將工藝文件下發至相關科室,避免因文件遺漏上傳而導致工藝文件的缺失;通過系統輔助對比工藝信息和設計數據,提高了工藝設計的準確性、高效性;基于業務的工藝策略規則,通過系統能夠自動批量導入工序下的工具、零件的力矩信息和對應的安裝圖樣等,替代了手工的重復勞動,提高了工藝設計的效率。


總裝數字化工藝設計與制造平臺的應用

TCM系統為基礎,建立東風日產自己的數字化工藝設計與制造平臺,實現了真正的數字化協同設計。

1)建立統一的數據平臺:將輸入信息集中在同一數據平臺(圖3),保證資源的唯一性;通過數據平臺對數據的管理,保證輸入信息的完整性。


3 統一的數據平臺

2)實現工藝信息結構化:保證數據的標準化與可分析的特征;在結構化工藝的基礎上實現3D可視化(圖4)。


4 結構化工藝

3)實現全工序虛擬驗證:可視化的仿真與作業過程;基于結構化工藝BOP,定義工藝順序,以工位為單位創建Study(包含產品數據、工藝信息及設備工裝數據等),發送到仿真軟件中,針對每工位下每道工序進行工藝仿真驗證(圖5),真正實現仿真環境與實際生產環境的一致性,提高虛擬驗證精度,同時可將仿真結果回存至系統,以管理仿真結果。

5 虛擬驗證

4)輔助工藝文件輸出和變更處理:上下游系統集成使工藝人員避免多系統切換,方便產品數據核對和工藝編制,節省工藝文件編制時間;VMD集成自動獲取設通,系統內工序自動比對提示,提高處理變更精度,以及降低遺漏處理設通的概率。


總結與思考

東風日產總裝數字化工藝設計與制造平臺的建立具有里程碑意義,項目涉及多個團隊(包括生產、研發、同步工程及實物等),上下游數據的關聯、結構復雜,結合業務流程和規則整理進行二次開發,技術專業且實施難度大。平臺的建立真正地實現了BOMBOP系統化、可視化,保證了產品數據的時效性、準確性,大大提高工作效率。

后續東風日產數字化平臺將延伸至沖壓、焊裝、涂裝和樹脂等其他四大工程,也將擴展到各地工廠,真正實現設計、工藝、現場及供應商的聯動,將在智能制造2025和兩化融合的指導下,以數字化設計與制造戰略為先導,進而實現東風日產智能制造,并向未來的數字化企業繼續邁進。

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