案例简析|数字化管理平台助力设计

什么是成熟度模型？成熟度模型又是如何运作的呢？通过案例简析一起来了解这些问题的答案吧！想要了解更多关于成熟度模型的知识，获得电子标准院颁发的合格证书，未来参与智能制造能力成熟度正式现场评估，以及参与企业智能制造过程改进工作的有识之士们，快来报名参加中国电子技术标准化研究院联合上海软件计算机开发中心拟于2019年6月在上海举办智能制造能力成熟度模型培训吧！报名方式猛戳阅读原文。

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概述

    随着设计与制造数字化进程的发展，产品数字化的要求越来越高。在产品设计和制造过程中，数字化设计技术得到了广泛推广和应用，很多企业引进CAD/CAPP/PDM等系统一起构建数字化管理平台，对整个产品进行数字化管理。在产品设计过程中，工艺协同的重要性也越来越凸显，因为在同一平台下共享数据资源，使得产品设计数据和工艺数据的交互变得越来越紧密，产品设计与工艺设计相互依赖，互为反馈，工艺设计应支持产品设计，实现产品设计确定的产品功能，同时也反馈产品设计的不足；反过来，产品设计也应考虑生产工艺的实现能力，确保产品能以适当的成本、交期和质量生产出来也大大缩短了产品的研发周期，提高了产品的加工质量。

    在整个产品设计研发过程中，并行设计要比串行设计缩短研发周期T1，协同设计要比并行设计缩短研发周期T2，协同设计的效率最高。在协同设计过程中，整个产品设计和工艺设计是在同一个环境下进行的，通过数字化平台共同进行产品的设计研发。协同设计能让工艺设计更早地参与进产品的设计过程中，在进行产品概念设计时，就能通过数字化平台让工艺设计人员参与进来，了解设计师的设计理念，从而让工艺设计人员参与整个产品的设计过程，这样能及时发现设计缺陷，进行工艺性研究，提出好的建议，提高设计方案的可行性和可靠性，最终提高产品的研发能力，缩短研发周期。

设计子域成熟度级别要求

    设计子域成熟度包括产品设计与工艺设计，其中产品设计成熟度评估的核心内容在于产品设计方式、设计知识应用、仿真技术应用、协同/集成/模式创新；工艺设计成熟度评估的核心内容在于工艺设计方式、工艺数据管理/知识应用、仿真技术应用、协同/设计集成/模式创新。

产品设计从一级规划到五级引领的关键特征如下：

工艺设计从一级规划到五级引领的关键特征如下：

各等级的能力要求具体如下：

能力域	产品设计	工艺设计
一级	a）应基于计算机辅助开展二维产品设计； b）应根据用户需求，按照设计经验进行产品设方案的策划； c）应制定产品设计过程相关规范，并有效执行。	a）应基于产品设计数据开展工艺设计和优化； b）应制定工艺设计过程相关规范，并有效执行； c）应建立工艺文档或数据的管理机制，能够对工艺信息进行记录、查阅和执行。
二级	a）应基于计算机辅助开展三维产品设计； b）应通过产品数据管理系统实现产品设计数据或文档的结构化管理及数据共享，实现产品设计的流程、结构的统一管理，以及版本管理、权限控制、电子审批等； c）应实现产品不同专业或者组件之间的并行设计。	a）应基于计算机辅助开展工艺设计和优化； b) 应基于典型产品或特征建立工艺模板，实现关键工艺设计信息的重用； c）应实现工艺不同专业之间的并行设计。
三级	a）应建立典型产品组件的标准库及典型产品设计知识库，在产品设计时进行匹配和引用； b）三维模型应集成产品设计信息（尺寸、公差、工程说明、材料需求等），确保产品研发过程中数据源的唯一性； c）应基于三维模型实现对外观、结构、性能等关键要素的设计仿真及迭代优化； d）应通过工艺设计的介入与联动，实现产品设计与工艺设计间的信息交互、并行协同。	a）应通过工艺设计管理系统，实现工艺设计文档或数据的结构化管理、数据共享、版本管理、权限控制和电子审批； b）应建立典型制造工艺流程、参数、资源等关键要素的知识库，并能以结构化的形式展现、查询与更新； c）应基于数字化模型实现制造工艺关键环节的仿真分析及迭代优化； d）应通过产品设计的介入与联动，实现工艺设计与产品设计之间的信息交互、并行协同。
四级	a）应基于产品组件的标准库、产品设计知识库的集成和应用，实现产品参数化、模块化设计； b）应将产品的设计信息、生产信息、检验信息、运维信息等集成于产品的数字化模型中，实现基于模型的产品数据归档和管理； c）应构建完整的产品设计仿真分析平台，并对产品外观、结构、性能、工艺等进行仿真分析与迭代优化； d）应通过产品设计、生产、物流、销售或服务等系统的高度集成，实现产品全生命周期跨业务之间的协同。	a）应实现基于模型的三维工艺设计和优化，并将完整的工艺信息（工装、工具、设备等）集成于三维工艺模型中； b）应基于工艺知识库的集成应用，实现工艺流程、工序内容、工艺资源等知识的实时调用，为工艺规划与设计提供决策支持； c）应实现基于三维模型的制造工艺 全要素的仿真分析及迭代优化； d）应基于工艺设计、生产、检验等系统的高度集成，通过工艺信息下发、执行、反馈、监控的闭环管控，实现工艺设计与制造协同。
五级	a）应基于参数化、模块化设计，建立产品个性化定制平台，具备个性化定制的接口与能力； b）应基于统一的三维模型，实现产品全生命周期动态管理，满足设计、生产、物流、销售、服务等应用需求； c）应基于产品标准库和设计知识库的集成和应用，实现产品智能设计； d）应建立产品设计云平台，实现用户、供应商等多方信息交互、协同设计和产品持续创新。	a）应基于工艺知识库的集成应用，辅助工艺创新推理，实现工艺智能设计； b）应基于设计、工艺、生产、检验、运维等数据分析，构建实时优化模型，实现工艺设计动态优化； c）应建立工艺设计云平台，实现产业链跨领域、跨区域、跨平台的协同工艺设计。

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案例分析-数字化管理平台助力设计

背景

    陕西黄河集团有限公司是“一五”期间国家156项重点工程之一。 目前的黄河厂拥有职工4000余人，其中各类工程技术人员600多人。主要加工设备和检测仪器仪表4800余台，拥有大型高、精、尖电子技术武器装备及民用电子产品的开发、研制和生产能力，具有铸造、精密机械加工、工模具设计制造、热处理、表面处理、电子装配、调试、CAD/CAM等多种工艺加工手段。

    在过程产品研发过程中，一个产品在设计阶段，往往需要使用不同的设计软件，如用AutoCAD绘制二维模型，用UG建立三维模型，因此，就产生了不同系统之间的信息交互问题。此外，在工艺设计中，也存在从设计内容中获取信息时，由于设计软件的不同造成数据丢失和数据导入出错等问题。

在产品协同设计过程中开展的设计活动、工艺活动、实验活动及其他和设计相关的活动，都是围绕设计图纸在同一个平台空间下展开的。这样设计师和工艺师可以同时看到设计图纸，工艺师就能更早地参与产品设计，对设计图纸进行工艺性审查并提出改进意见，或者进行工艺性试验，为最终设计图纸的定型提出技术支持，从而提高产品设计的效率和成功率。 

数字化管理平台集成

    基于协同原理的CAD/CAPP/PDM等系统的集成，以 Web的项目管理与工作流程管理系统、协同工具集为基础，实现分布式系统的过程集成、信息集成和知识集成。协同工作模式下，协同平台的建立是实现分布式系统间知识集成的基础。协同设计是指区域分散的设计群体，借助计算机及其网络技术，共同协调与协作来完成一项产品设计任务。在协同设计过程中，协作群体利用协同平台的工作流管理系统、项目管理系统、应用工具集（CAD/CAPP/ PDM等）和协同工具集（电子邮件等）等，通过知识共享、文件传递等方式，对群体联盟内的共享显性知识进行借鉴、引用和采纳，实现知识的融合和内化，并且通过必要的沟通与交流，完成产品的协同设计。

    基于协同工作模式的CAD/CAPP/PDM等系统集成能较好地处理设计系统和工艺系统之间的数据交互问题，将产品设计和工艺设计有机协同起来。一个产品在设计阶段，往往需要使用不同的设计软件，如用UG建立三维模型，因此，就产生了不同系统之间的信息交互问题。此外，在工艺设计中，也存在从设计内容中获取信息时，由于设计软件的不同造成数据丢失和数据导入出错等问题。通过 PDM和CAPP系统可以解决上述问题。由于PDM统一管 理与产品相关的全部信息，不同设计软件的信息传递通过PDM系统进行，CAD、CAPP通过PDM提取需要的信息，并将结果反馈给PDM系统，最终实现产品设计和工艺设计在数据上的交流和共享。

所属级别说明

    陕西黄河集团有限公司的数字化管理平台助力产品设计利用PDM统一管理与产品相关的全部信息，不同设计软件CAD、CAPP的信息传递通过 PDM 系统进行，然后通过 PDM 提取需要的信息，并将结果反馈给 PDM 系统，最终实现产品设计和工艺设计在数据上的交流和共享。

    在信息化，在产品设计和工艺设计上都运用了三维软件CAD、CAPP等，进行包含产品、工艺参数数据的设计工作。

    在集成方面上，通过过程集成、信息集成和知识集成，形成了知识库，共享显性知识进行借鉴、引用和采纳，实现知识的融合和内化。

    在协同方面，做到产品设计与工艺设计的互相介入与联动，实现了产品设计与工艺设计间的信息交互、并行协同。

    综上，对比设计能力子域各等级要求，黄河集团的基于协同原理的CAD/CAPP/PDM等系统的集成，在产品设计子域及工艺设计子域可达到集成（三级）要求。