打造基于虚拟技术的3D设计制造一体化平台
本文为“2016年度中国两化融合应用领先暨最佳实践奖”参评案例。本次活动评选出2016年度，中国两化融合领域带来突出效益的最佳实践工程，全面介绍企业推进两化融合过程的步骤、重点与难点、获得效益等，分享信息化建设过程中的经验，供广大制造业行业企业学习供鉴。 一、企业简介洛阳北方易初摩托车有限公司（简称北易公司）是中国兵器装备集团洛阳北方企业集团有限公司与泰国正大集团易初投资有限公司合资经营的大型摩托车专业化生产企业，也是河南省最大的中外合资企业之一。
二、企业信息化应用总体现状
（1）CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM/PLM方面
[*]二维CAD设计：采用 Autodesk和CAXA电子图版，全面实现电子化，实现了甩图板；
[*]三维CAD设计：采用CATIA、Pro/e 等软件进行三维设计，建立基型车的三维数字化模型，利用Photoshop、3DMAX进行外观设计。利用3D VIA compose进行产品发布，配件目录制作等。
[*]CAE分析:CAE的模拟分析主要应用在工艺设备、模具和样车制造之前 ；目前已利用奥地利的AVL软件进行发动机设计的分析和优化。
[*]CAM加工：建立计算机辅助制造（CAM）系统，具有良好的底层自动化应用环境和数控编程系统，实现摩托车关键部件的数控加工。
（2）PLM（产品全生命周期管理）系统
PLM实施主要包括CAXA V5 PLM的PDM和CAPP两大部分，主要内容包括：图文档管理、编码管理、产品型谱管理、项目管理、零部件和BOM管理/产品配置、审批流程梳理与优化、工程更改流程梳理与优化、工艺管理/工程知识管理、数据迁移、PLM与CAD、ERP、OA以及供应链系统的集成等，实现了设计和工艺的一体化。
目前公司主要产品已经全部进入PLM，新产品的开发也通过PLM系统来进行。进入PLM库的产品涉及到公司DY50-DY250、三轮车以及助力车、四轮车等十二大系列1750多种产品，共计图纸90000多张，零部件38000多个。摩托车关键件的自动化生产程度达85%以上。其中入库的产品及零部件图纸经过授权后，通过供应链系统可以直接为企业上游供应商提供有偿产品设计、技术服务。
（3）ERP系统
北易公司的ERP系统实施主要分为：制造、分销和财务三大模块；其中制造模块包括：制造标准（物料清单BOM、工艺）、物料需求计划、车间订单管理、成本核算以及制造模块所有涉及到的基础参数设置等子模块；分销模块包括：采购管理、库存管理、客户订单管理、质量管理以及分销模块基础数据设置等子模块；财务模块包括：会计规则、分类账、应收帐、应付帐、发票、总帐、固定资产等子模块，涵盖了企业运营的各个方面的应用。根据业务部门的需求，自行开发了1000多张报表，极大程度地满足了企业的需求。
（4）OA(办公自动化）系统
OA系统于2005年开始实施上线，实现工作流转、内部通讯和信息发布的自动化。目前OA系统已有1000多个注册用户，设计各种流程近200多个，同时运转的流程达5000多个，极大地提高了效率、降低费用，实现无纸化办公。
（5）涵盖整个产业链的电子商务平台系统（主要包括营销、供应链、国贸、售后服务及呼叫中心）
①营销管理系统
为提高销售管理水平，获取第一手数据，于2008年底开始实施营销网络管理系统，该系统为B/S架构，各级经销商通过VPN登陆我公司服务器，进行下达采购订单等业务操作，并对自己的收发存进行管理，该系统实现与ERP系统无缝衔接，目前已上线，推广使用经销商657家。
②供应链管理系统
为了实现与供应商之间的协同采购管理，网上接收采购订单，高效、快捷地实施管理，提高工作效率，于2009年开始实施供应链管理系统。现在该系统已经上线，推广使用供应商439家。
③国贸管理系统
包括国贸系统内部现有所有业务管理以及外商网上协同办理各项业务等一系列内容，并且与公司现有的ERP、PLM系统进行集成，形成一个公司与外商协同工作的平台，外商可远程登录该系统办理业务，随时查询相关信息，将大幅提高工作效率，支持中英文双语，于09年6月22日开始实施，目前已上线运行。
④售后管理系统及呼叫中心
包括配件营销、三包管理、呼叫中心等功能。配件经销商通过VPN登陆我公司服务器，进行业务操作，形成一个与公司协同工作的平台，该系统2010年3月启动，目前系统已经上线运行，推广配件经销商511家。呼叫中心系统可对接入的电话进行比对，有登记显示客户相关信息、维修记录等，无信息的可以进行记录，采集相关信息。
该电子商务平台系统与现有的ERP、OA、PLM等系统很好地集成，双向交换数据，做到上下游产业链的合作伙伴实时进行业务操作，实现协同管理。
（6）商务智能（BI）系统
充分利用信息化系统几年来积累的经营数据，为公司的经营决策提供有效支持，不仅可以随时为公司管理层针对经营情况提供各种图形化分析指标体系，帮助管理层进行高效的分析决策，董事会等高层管理者也可以在世界各地随时远程接入商务智能（BI）系统，很方便地了解公司的生产经营情况，操作界面以图形化显示，直观友好，一目了然。
（7）质量管理系统（QMS）
选用北京安世亚太的质量管理系统（QMS），2013年4月开始实施。实施内容主要包括：制造过程质量信息管理、市场质量信息管理、质量改进管理、质量信息查询与分析及故障缺陷库管理等。
（8）高级计划排程系统（APS）
选用派程上海技术公司的Asprva APS系统，2013年11月开始实施，将针对主生产计划、各制造部二级展开计划进行精细排程，并于ERP系统双向集成。
（9）预算管理系统
为了加强控制运营过程，基于公司的信息化协同管理平台，2013年10月开始实施预算管理系统，现已完成一期验收
（10）阿米巴经营核算系统
随着全球经济一体化的进程，北易引入了世界先进的管理模式“分之合经营模式（阿米巴经营）”。分之合经营模式（阿米巴经营）是把鲜活的市场经济引入到企业内部，在企业内各部门之间、工序之间实现买卖关系，即内部市场经济。但仅通过Excel等工具难以支撑各个车间之间的物料买卖数据量，以及后续的数据汇总分析等功能，因此结合北易公司实际情况，建设“北易阿米巴经营核算系统”。
三、参评信息化项目详细情况介绍
1.项目背景介绍
摩托车行业大多数企业以加工和组装为主，受技术水平和企业规模等方面的影响，在研发设计、产品服务等价值链高端环节的发展严重滞后，在整个行业的全新发展变革中，企业迫切需要搭建起一个基于虚拟技术的产品系列化3D设计、分析、加工制造与协同管理的数据平台，实现对摩托车从策划、概念设计、工程化设计、制造等所有开发环节，按着统一的摩托车产品研发流程和规范，进行协同开发和管理，大力推进摩托车低油耗、低排放技术研发和产业化；加快发展新能源摩托车，构建产业创新体系，培育和壮大产业链，就成为北易公司的信息化与工业化深度融合的重中之重。
2.项目目标与实施原则
1）总体目标
建立基于虚拟技术的产品系列化3D设计、分析、加工制造一体化的数据平台，实现产品数据共享、实现协同设计和协同管理，高公司摩托车自主开发能力，实现跨越式发展，使企业信息化总体水平达到同行业内领先水平。
2）分期目标
项目本期的主要目标是希望通过推行基于虚拟技术的产品系列化3D设计、分析、加工制造与协同管理，即通过数字化虚拟样车、基于三维CAD(计算机辅助设计)、CAPP(计算机辅助工艺) 、CAE(计算机辅助分析)及基于三维的产品装配工艺、CAD/CAPP/CAE/PLM/ERP集成，实现虚拟造型、模拟测试，实现数据共享，减少产品开发中用实物测试开模的时间和费用，公司管理层及技术员、研发人员都能够通过这一平台快速获得公司基础技术管理信息，提高团队协同工作效率。
3）建设原则
公司所有项目建设均执行由易到难，由浅到深，逐步推广深化的原则。
3.项目实施与应用情况详细介绍
在基于虚拟技术的产品系列化3D设计、分析、加工制造与协同管理系统下，将公司及产业链各企业进一步整合起来，建立以三维产品数字模型和PLM为核心的产品研发设计数字化的统一的协同开发平台，实现数据由“节点转化式”向“无节点平顺式”转变，并最终实现资源的统一、流程的统一、数据的统一，促进信息技术与企业设计、制造的深度融合，提升企业与产业链的新产品研发能力、生产制造能力和市场综合竞争力。
本项目主要分为以下四个方面：
（一）完成并优化CAXA V5 PLM平台的构建
在公司以实施应用的PDM（产品数据管理）和CAPP（计算机辅助工艺设计）两大部分基础上，进一步加强项目管理、产品配置、3D集成、BOM管理、审批流程梳理与优化、工程更改流程梳理与优化、工艺管理/工程知识管理、数据迁移等方面的深入应用与推广，加大PLM与CAD、ERP、OA系统、营销系统、供应链系统以及售后服务和呼叫中心的集成，进一步增强产中小企业融入产业链的能力，提升制造资源的集聚程度，促进产业链上下游企业社会资源的优化利用，从而进一步加强设计、制造和经营管理信息化的推广应用，促进公司和整个产业链各企业的产品研发能力和经营管理水平的提升。
（二）数字化样机技术（DMU）
我公司要实现虚拟产品的设计、分析、加工制造一体化的协同开发模式，必须首先推广DMU技术。我公司利用DMU技术将CAD设计同分析、制造、装配等有机的结合起来，完全符合虚拟产品开发的思路和要求。具体来说主要包括以下工作：
1）基于DMU的整车总体控制技术和总体设计方法的引入和实施
整车总体控制技术和总体设计方法是DMU实施成功与否的一项关键、难点技术，是基于DMU的总体设计，是摩托车DMU开发的框架。
摩托车总体设计中，它定义基于DMU 的总体设计思想，确定总布置尺寸参数以及与各功能部件和外观件的关系，然后采用自顶向下的相关设计方法，进行各个分系统的初步设计并进行装配。无论是工程师本人或者专业的结构分析人员，都可以在设计的任何阶段对设计对象进行分析，这种分析包括有限元网格模型的建立，即使是模型的几何尺寸发生变化，其有限元的网格模型也可得到相应更新。
模具设计和加工部门不再等到项目的最后阶段才开始自己的工作，只要模型的几何形状初步确定，便可以开始相应的模具设计，其最终形状可以随着设计部门的设计结果而得到确认。
2）基于DMU的摩托车相关设计方法的引入和实施
三维相关设计技术是DMU技术的基础，是设计技术从基于物理样机向数字化样机迈进的重要技术保证。
制定摩托车相关约束和尺寸的定义方法和规则，在建立电子样车的过程中采用“上下关联的设计方法”以减少设计错误，提高开发效率。
同时要定义摩托车的开发中各专业组之间的并行协同关系，解决开发过程中的各种冲突。由于数字化样车技术强化了设计过程最关键的空间和尺寸控制之间的集成，在产品开发过程中不断对数字化样车进行验证，大部分的设计错误都等避免或改善，从而大大减少实物样机的制作与验证，这样在设计早期就能获得跨专业、跨部门的产品信息。
3）基于DMU的骨架设计方法的引入和实施
骨架设计方法是现代DMU技术中的一项重要单项技术，它是驱动整个DMU摩托车的相关设计的控制单元。
骨架设计方法涉及的内容有：摩托车整车3D设计结构划分；支持骨架设计的命名规则；不同版本数据的替代规则等技术。
4）基于DMU的机构运动分析的引入和实施
机构运动分析是在DMU集成环境中的重要功能。基于DMU的机构运动分析与产品开发的过程同步，并贯穿整个开发过程，不断的检查摩托车的运动状态下可能出现的问题，以保证开发的准确性。对于摩托车，我们着重对前后减震器、转向、有相对运动（如：铰链）关系的运动问题进行分性，以及对有关空间问题进行确认。
5）基于DMU的整车干涉和空间分析的引入和实施
利用建立的DMU平台对整车进行全车干涉和空间分析，分析所以所有可能产生的干涉情况，并确认有关问题。
6）基于DMU的逆向建模及CLASS A方法的引入和实施
逆向建模及CLASS A建模方法是进行摩托车外形的重要手段，由于这部分工作是概念设计与工程化开发的纽带，但是在传统的工作流程中，该部分工作是与概念设计以及工程化设计工作相对独立的，如果结构设计中发现问题，要通过很长的阶段才能进行反馈，无疑造成整个项目的滞后。
因此如何利用DMU技术来协调和验证逆向建模和CLASS A的结果，是DMU技术非常重要的内容。基于DMU环境的逆向建模和CLASS A工作方法，是完全与工程化设计在一个统一的集成环境中进行的，在整个CLASS A及逆向建模过程中，工程设计部门以及工装部门就能够在统一的平台早期介入，避免很多工程化工作已经完成才发现的致命错误，而延缓产品的开发周期。
逆向建模之后，我公司已经开展基于图像的建模：将摩托车的效果图直接导入电脑，利用工业造型软件将二维效果图直接转化为三维曲面。
7）基于DMU的人机工程分析的引入和实施
摩托车作为一种人机不断交互的行走机器，驾驶的舒适性、操作的方便性是考核其性能的重要指标。DMU提供充分的人机交互分析功能（驾驶员视野分析、操作舒适性分析、驾驶姿态分析等），在项目的各个阶段对摩托车进行分性，为开发人员提供准确的设计和决策依据。
8）基于DMU的整车装配拆装分析的引入和实施
模拟整车状态下，零部件的拆装过程，为产品开发的后期可装配性、可维护性提供依据。
9）基于DMU的电器线束布置的引入和实施
在DMU环境中，进行摩托车的整车相关性电器线束布置。
10）基于DMU的知识工程应用的引入和实施
DMU环境提供一个知识工程的应用环境，可以将公司有关技术知识方便的集成到DMU平台中，为摩托车的设计提供知识支持。
通过本项目的实施，将建立标准的零部件3D设计规范和DMU数字样机设计流程，同时利用数字化样机与PLM系统的无缝集成提供的良好平台，实施摩托车开发的并行工程。这样可使整个设计过程能够在一个统一和协作的环境中完成。这样不仅有利于减少设计错误，更有助于提高产品的开发效率，缩短开发周期，减少开发成本
（三） 整车CAE分析技术的应用
通过CAE 的优化分析，研发部门可以只对一种较优的设计方案进行试制和试验，减少试制费用，缩短新产品的研发周期，使新产品早日投入市场，增强企业的竞争力。在摩托车产品批量生产以后，CAE分析主要用于解决摩托车在使用过程中发生的质量问题。CAE、CAD和试验分析相结合，可以显著地提高摩托车产品研发的水平。
我公司CAE分析共分三期进行实施：
第一期：车架的振动模态分析，车架、吊架结构强度、刚度的分析验证、优化设计；
第二期：车架、吊架的疲劳耐久性分析；
第三期：整车NVH（噪声、振动、舒适性）测试、分析和优化；
（四） 利用AVL软件进行发动机设计的分析和优化
利用AVL公司的Boost软件来建立整台发动机的模型，模拟整机工作过程；利用Tycon软件为每个常规配气机构提供最好的性能和最可靠的结果，从凸轮型线的设计到整体配气系统的动态模拟，有效的支持单缸和整机的配气结构的布置和设计。利用Cruise做发动机动力传动系统的匹配、整车性能预测。在本项目中利用上述发动机模拟设计分析软件主要做以下方面的研究：
1）设计初期对各种不同的发动机设计案作对比分析，利用虚拟的功能样机来评价发动机方案的优劣，进一步可做摩托车整车与发动机之间的优化匹配。
2）针对发动机输出功率、扭矩、油耗，对发动机进行优化设计。例如对进气系统，排气系统，配气正时机构零部件尺寸等做相应的修改，来改善发动机的动力性和经济性。利用软件中预设的相关的计算流模块，对多目标、多参数的过程进行优化，来逐步减少可调整的参数，从而进行切实可靠的发动机参数优化。
3）利用软件的参数分析功能，优化配气正时和凸轮型线设计，进行参数定义，确定一定的变化范围，比如进排气管路的长短和直径，进排气门正时的调整，通过设置参数变量，进行参数的任意组合和计算，计算完毕后进行结果的分析和比较。从而对一系列设计方案进行评估，选出最优方案。
4）采用先进的模块化思想，搭建任意形状的消音器模型，采用线形或非线形的方法对消音器性能进行模拟再现。达到消音器的设计及改进，减小排气阻力，改善排气噪音的目的。
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1）经济效益分析
[*]基型车开发周期由现在的一年半缩短为6-10个月，改型车由原来的6个月缩短为2-3个月；工艺设计数据的正确率从以前的70%提高到98%；产品的设计成本降低20%左右。
[*]平均单台生产成本降低5%左右；库存占用资金降低幅度达30%。
[*]产品销售收入、利税总额、利润总额快速增长。
2）社会效益分析
[*]北易公司信息化改造完成后，为我国离散性企业树立一个信息化应用示范工程。
[*]北易公司信息化项目的实施，为制造加工行业的产业机构调整提供了丰富的经验和有效途径，先后有河南许昌瑞贝卡股份公司、上海彭浦机器厂有限公司、上汽集团下属子公司等多家省内外企业来公司学习交流。
[*]北易公司的发展，带动了河南省内近200家、国内400多家零部件生产企业和5,000多家销售企业的同步发展，为国家和当地经济发展作出贡献。
请问他们的文件是怎么管理的?最近用SW碰上文件管理问题。
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