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先進製造技術與中國機床行業的高速發展

機床工業是現代製造業及現代工業的基礎，機床工業的發展帶動了製造業和工業的發展。對一個國家而言，本土的機床工業與本土的製造業及工業緊密相連，高水平的本土機床工業有助於提升本土製造業及工業的水平。20世紀前80年長期雄踞汽車行業之首的美國，到1980年被日本超過，是由於製造技術落後了。80年代，美國生產一輛汽車需要214 人時，日本隻需133人時。而自80 年代中後期開始，美國政府開始對影響工業發展與國防實力的機床工業大力扶持，美國機床行業國內銷售額由1986年的18.83億美元上升到1994年的43.5億美元，美國汽車工業也在1994年產量達到1226.5萬輛，重新奪回世界產量第一的位置。

由於裝備水平低等原因，我國製造業表現出勞動生產率、市場競爭力低下等特征。在第三次工業普查中，我國機械工業大中型企業的重要設備中，金切機床屬於國內一般水平和國內落後水平的竟占89％，屬於國際先進水平的僅占1.5%，屬國內先進水平的也隻占9％。而數控機床作為信息技術與機械製造技術相結合的產物，代表了現代基礎機械的技術水平與發展趨勢，自然成為振興國家裝備製造業的重點。自2003年開始，中國就成了全球最大的機床消費國，也是世界上最大的數控機床進口國。在旺盛市場需求推動下，我國數控機床工業發展較快，目前已有數控機床生產廠近百家，總綜合規模、重點品種方麵，我國都已進入世界前幾名，數控機床2006年的產量達到85000多台，品種多達1500多種，機床工具全行業工業總產值達到1500億元，產量增速保持在15％左右。

未來五年，在汽車及零部件、航空航天以及國防工業、造船和電站設備等大型裝備製造業的需求牽引下，我國機床製造業將往高精度、高效率、高可靠性、個性化、柔性化、智能化、綠色環保等方向發展，大大改變大型、高速、高精度數控機床大部分依賴進口的現狀，迎來國民經濟建設和製造業技術改造的高潮。

機床行業產品創新與產業升級迎來PLM技術普及應用時代

隨著機械製造業個性需求發展，機床行業怎麽適應製造業個性需求的發展、迎合製造業的個性需求，成為機床設計製造企業永無止境的產品創新推動力；同時，隨著汽車、航空航天等工業輕合金材料的廣泛應用，具有縮短加工時間、提高加工精度和表麵質量等優點的高速加工已成為製造技術的重要發展趨勢；而現代化生產組織的運營模式和精益生產管理，也對機床設備提出了減少加工輔助時間、工序複合到功能複合、柔性化等要求，要求縮短加工過程鏈和輔助時間，減少機床台數，簡化物料流，提高生產設備的柔性，生產總占地麵積最小，使投資更加有效。

在市場競爭惡化和客戶個性化需求日益發展的形勢下，機床設備產品更新換代的速度將加快，專用機床的可重構性和製造係統的可重組性日益重要。通過數控加工單元和功能部件的模塊化，可以對製造係統進行快速重組和配置，以適應變型產品的生產需要。機械、電氣和電子、液和氣、以及控製軟件的接口規範化和標準化是實現可重組性的關鍵。而基於計算機輔助設計係統的新的設計方法和手段的運用，通過三維建模和仿真加快新產品的開發速度，並逐步實現CAD/CAPP/CAM/CAE/PDM的集成，構建企業級的產品生命周期管理（PLM）平台，則成為機床企業利用現有產品知識資源快速重組和配置，加快新機床的開發速度和提升產品質量的效率倍增器。在PLM技術的推動下，傳統的製造模式將從“產品=原材料+製造過程”轉變為以產品創新為核心的現代製造模式“產品=知識+原材料+製造過程+服務”，機床製造業的增值主要體現在產品設計、軟件開發、市場開拓以及回收再造等環節。

另外，數控機床是複雜的機電一體化產品，其產品結構複雜、品種規格繁多，需要由技術性很強的供應鏈提供各種功能部件。因此，機床行業提升自主創新能力，無論是機床生產商本身而言，還是刀具、切削液、數控係統、功能部件等上下遊產業環節，都必須以產品創新作為未來十年獲得核心競爭優勢的指導思想。目前，我國機床產業鏈還沒形成像汽車行業那樣的分級配套供應關係，生產方法大而全、小而全，無論多大規模的機床製造商，都要同時直接采購與管理上千種零部件，供應商多達400~500家，以至專業化、規模化的能力不夠。隨著網絡與信息技術的普及應用，企業運作戰略也正在從國內向全球化、企業內部協作向外部供應鏈協同、價格大戰向產品創新轉變。成功構建起企業級產品全生命周期管理平台的機床生產商，將實現產品設計過程管理與製造個過程管理有機融合，從原來以生產者為主導的少品種、大批量生產模式，向以客戶為主導的多品種、小批量、短交貨期生產模式轉變，成為精益、敏捷、信息化和網絡化的數字化工廠，以較少的資源和生產能力滿足市場需求。

應用方案

數控機床一般根據客戶訂單進行設計與製造，包括機械、電氣、液壓、自動化控製等各類功能部件，技術難度高，設計、製造周期都比較長。對銷售部門而言，最大的難題是無法按照客戶的要求及時交貨；對設計部門而言，由於業務發展太快，產品種類、規格型號非常繁雜、客戶需求變更頻繁，導致設計工作量大、項目管理和更改管理得不到有效控製；對生產與物料管理部門而言，麵對機床產品零部件種類多、製造流程複雜，製造過程所需機器設備和工裝夾具種類也繁多，各種生產方式如庫存型(MTS)、訂單型(MTO)、訂單工程型(ETO)以及訂單裝配型(ATO)共存，單件、小批量、批量、項目型生產齊頭並舉的狀況，最頭痛的事情莫過於在設計更改和計劃變更頻繁的情況下快速應變與科學排產，既控製住成本，又保質保量地按期交貨。

……

CAXA提供的設計工藝管理解決方案和製造過程管理解決方案（如圖1）采用了統一的數據平台，設計、工藝和生產各個環節的數據一次錄入後可以為後續業務流程利用，避免了數據的重複錄入，減少由於手工重複錄入帶來的錯誤。同時，由於采用了統一的業務平台，各個環節的業務可以在工作流引擎的支撐下，實現跨部門、跨企業的協同，所有數據都在平台的安全控製機製下共享和更新，企業還可以利用平台的定製能力不斷優化業務流程，實現企業業務的持續改進，不斷提升競爭力。

應用特點

1.無縫集成中國CAD正版裝機量最大的CAXA電子圖板，特別針對機床裝備行業的產品圖紙特點定製開發，支持機床行業產品圖紙“在位明細”標注習慣；提供標準件、通用件的二維圖庫，規範產品設計管理，提高產品與零部件標準化；

2.提供產品設計CAD工具與PDM係統的物料信息集成，嵌入式深度集成國外三維或二維CAD設計工具（SolidWorks、Pro/E、CATIA、UG NX\ Solidedge、AutoCAD），在產品設計和圖紙繪製環節實現與企業物料信息的集成，增強企業零部件的設計重用能力；

3.適應機床產品結構複雜、品種規格繁多、工藝路線長的特點，提供工藝數據全生命周期管理方案，包括機加、衝壓、焊接、總裝、塗裝等各專業工藝編製、工藝路線編製、材料定額編製與管理、工藝任務管理、工裝業務管理、工藝信息管理、總裝明細管理、工藝知識管理、工藝資源管理等，有效縮短生產技術準備周期

4.產品設計過程、工藝設計過程以及產品數據、工藝數據管理架構在統一的PDM基礎平台上，產品BOM信息按照不同業務視圖進行配置、維護，大大減少物料信息的重複錄入，可為ERP係統及時提供唯一、準確的產品物料清單，有效縮短訂單交付周期。

圖1  CAXA 麵向機床行業的設計工藝一體化PLM應用方案

成功應用

北京第二機床廠有限公司（以下簡稱“北二”）始建於1953年，是中國機床工具工業行業骨幹企業（“十八羅漢廠”）之一，其生產的“北二”牌高精度外圓磨床、數控外圓磨床、超精加工設備精密等係列產品是我國汽車、航空航天、家電、機械裝備等行業精密製造的關鍵裝備，遍及全國各地並銷往世界30多個國家和地區。

北二信息化起步較早，但隨著近幾年滿足重要客戶個性化需求的訂單數量迅速增長，單元係統（CAD係統、車間管理係統）目前已難以支持企業發展，也無法實現企業內部產品數據的有效管理與流動，從而製約了企業級產品研發的效率。為了在中高端細分市場上構建北二特色的、獨有的、差異化的產品競爭優勢，北二成立了企業信息化領導小組，總經理毛予鋒親自擔任組長。在毛總高度重視和直接關懷下，PLM項目組在確定企業信息化首先應通過PLM構建企業級的協同工作平台的思路之後，經過對國內外多家PLM供應商長達一年多的精心考察、產品選型活動後，一致認可CAXA十多年專注於製造業的專業積澱和長期可持續性的支持服務能力，以及CAXA完整PLM功能和易擴展性，最終選擇了CAXA作為PLM解決方案供應商和實施服務方，推動了以產品研發為核心的企業全麵轉型戰略。

北二在實施PLM項目之前，產品研發過程管理存在的問題主要包括：

1.產品結構管理與配置

在北二產品結構管理主要依賴四種明細表，分別是組部件明細表、零件明細表、標準件明細表和外購件明細表。組部件明細表記錄產品大的部件，並標明借用和全新設計；零件明細表記錄產品的所有零件（除標準件、外購件）信息。標準件、外購件信息單獨由各自明細表體現。這種產品結構管理方式帶來以下幾個方麵的情況：大量明細表之間的內在關係不明了，工程技術人員難以了解一個產品完整、有序、直觀的產品結構；難以對零部件借用情況進行統計，也難以清晰地了解零部件的借用範圍；建立各種明細表時需要花費大量的時間重複輸入標準件、外購件等零部件的屬性。

2.文檔管理

企業各個部門管理本部門用到的文件，電子文檔存放在服務器上，主要依靠服務器操作係統自帶的資源管理器，按照產品組織存放審核批準後的文件。紙質文件是企業內部唯一合法流通文件，但由於檢索效率不高，借閱時難以快速獲得所需的全部資料；同時，由於紙質文件的數量有限，需要借閱的技術人員不能及時獲得，隻能參考電子文件，但電子文件並不準確，入庫目錄中的文件不能保證是最終版本，很難查看到文件以往的狀態，也無法進行曆史信息回溯。有些電子文檔修改後，直接采用覆蓋的方式，需要查閱以往設計的時候，數據已經丟失。

3.編碼管理

企業原先對內部使用的標準件、外購件及材料，無相應的編碼，對相關零件或是材料的描述也不統一，因此存在設計人員提外購件時對同一外購件描述不一樣，引起混淆的現象。

4.工藝編製

企業原先采用Word、Excel等通用軟件進行工藝編製，因此在工藝編製中存在以下困難：工藝任務量大，重複工作的工作量大小取決工藝設計人員對典型工藝典型工序的熟知程度；工藝文件沒有在服務器上共享，檢索效率較低，曆史成果借用比較困難；工藝特殊符號輸入困難，工藝人員隻能采用文字描述的方法，因此工藝文件標準化程度不高；工藝編製中需要繪製附圖時比較困難，效率較低；工藝設計中的工藝計算缺乏有效的工具支持，如機加工餘量等。

5. 項目管理

企業產品研發的項目管理，主要是業務主管製定技術準備進度表，僅靠人工來監控協調並行的項目，而流程的執行和督促主要依靠人工通過電話、內部表格進行。這種傳統的項目管理方式存在的問題主要是缺乏項目信息的共享，企業高層領導、設計主管人員無法對各個項目執行情況做到全麵實時的監控；對於參與多個項目的設計主管，要及時獲得各個項目的進展情況，項目組成員的任務飽和情況比較困難；設計人員無法了解所處項目的整體情況，很難做到有效的協調；在產品研發項目管理中，流程過程中的曆史信息較難進行追溯，相關的記錄文檔也沒有與產品建立關係。

上述問題直接影響了產品設計效率，工程技術人員耗費大量時間精力在查找圖紙、錄入產品信息、輸出維護各種明細表等無價值的重複勞動，以致產品開發設計工作量大、開發周期較長、，寶貴的人力資源真正用於產品技術創新的時間得不到保障。

為解決上述產品研發管理的問題，在CAXA高級谘詢顧問的幫助下，北二PLM項目組選擇實施了CAXA V5的相應功能模塊，如下表所示。

表1  北二CAXA V5實施範圍

圖2  從MAGIC CAD統一轉換為CAXA電子圖板的圖紙

圖3  圖紙標注的零部件標號從PDM的企業通用零件庫選取

圖4  統計匯總明細表按照定製的模板自動生成

CAXA已經達到北二PLM項目製定的目標，係統穩定可靠，有效解決了該廠產品研發過程管理存在的項目管理、產品結構與配置管理、圖文檔管理、編碼管理、工藝編製、統計匯總等問題，成功構建出設計工藝一體化的企業級產品研發協同工作平台。通過將原先的MAGIC CAD統一到CAXA電子圖板（如圖2），企業曆史上積累的海量技術圖紙資產得到繼承與保護，同時大大提高了工產品改型設計的出圖效率；在產品設計過程CAD工具與PDM緊密集成，圖紙標注的零部件標號統一從PDM的企業通用零件庫中選取，有效保證了物料編碼的唯一性和零部件信息的一致性；大量的統計匯總明細表按照定製的模板自動生成（如圖3），減輕了工藝設計人員的。CAXA V5的成功部署，使北二的產品研發過程管理從數據的創建、更改、審核、發布到維護、重用等全生命周期得到有效控製，為北二做精、做專、做強的發展戰略奠定厚實的基礎。