PDM/CAPP系統在上核的應用實踐

上海電氣核電設備有限公司

1    前言


1.1 摘要


本文以上海電氣核電設備有限公司爲案例,分析了面向核電設備行業產品研發及製造數據管理的特點,論述了實施產品數據管理系統(PDM)的必要性和緊迫性。根據企業的實際業務需求提出PDM/CAPP項目解決方案,並對上核企業信息化實施的情況和效果加以介紹。


1.2 項目背景


面對製造企業對信息化的需求,結合上海電氣核電設備有限公司的業務需求,提出上核PDM/CAPP系統的總體解決方案,本課題依託單位爲上海電氣核電設備有限公司,課題合作單位爲武漢開目信息技術有限責任公司。


2    企业业务概述


2.1 企業基本情況介紹


上海電氣核電設備有限公司(簡稱上核)隸屬上海電氣重工集團,主營核電站核島主設備,是國內核島主設備和化工設備的主要供應商。公司傳承上核40年製造歷史,集聚了核電設備製造的主要人力資源、製造技術和臨港核電製造基地的先進設備和獨立運行的核電設備製造質量保證體系,具有年產2.5萬套百萬千瓦壓水堆核島設備的製造能力。


在上核信息化建設的過程中,已成功利用CAD/CAE/CAM等技術實現了核電設備研發、設計、優化分析和製造的數字化,極大的提高了核島蒸汽發生器、核島主設備等產品的設計質量和設計速度。但核電設備的加工和製造需多專業協作加工,實施的週期較長,屬於典型的離散型製造。因此,其生產過程較複雜、文檔繁多、跟蹤困難、數據種類多且使用者多、存儲格式多樣,從而造成數據的共享程度低、數據傳遞速度慢、業務數據難以集成、數據的管理水平低,更嚴重的將導致設計和製造中的一些失誤,制約了企業進一步縮短產品研發和製造的週期。爲了解決這個問題,上核採用開目PDM/CAPP來對產品信息進行有效的組織和管理,以保證產品設計、工藝和生產信息的一致性和同源性,從而爲企業的信息化管理打下堅實的基礎。


2.2 企業生產特點生產模式


上核作爲國內核島主設備和化工設備的主要供應商,相對於其他行業的產品來說,其產品生產具有以下特點:


(1) 生产模式:单件小批量生产


(2) 設備狀況:以數控設備和加工中心爲主,大型設備較多,投資巨大;


(3) 設計模式:按照業主或核電研究院提供的紙質圖紙轉化設計;


(4) 工藝模式:以機加工、冷作和焊接工藝爲主,多專業協作加工流轉型;


2.3 項目需求分析與規劃


一個核電設備項目的完整過程包括訂單處理、項目策劃、技術準備、採購、製造、質控等幾個階段,而每個階段都由不同部門的人員進行處理,每個階段都有不同的下級任務,過程中的輸入輸出文檔數以萬計,不同的輸出文檔有不同的簽署確認流程。但在項目執行的過程中卻沒有信息的反饋,導致高管和項目管理員看不到整體直觀的項目進展情況;相關文檔的長期流轉和分散保存,易丟失且不易查詢和借閱,更不利於相互協作;多種因素(如外來設計變更、內部生產工藝的變化、材料供應變化等)引起的技術文件變更,由於更新、換髮的不及時,造成版本管理上的混亂,降低了技術文件的有效性和權威性;不同技術文件的調閱權限控制不力,易造成技術密祕泄漏和埋下安全隱患等。




圖1 企業核心業務流程圖



針對企業產品數據管理中存在的問題,開目公司深入企業,做了詳細的需求調研,並根據企業的實際業務需求,提出了有針對性的、個性化的PDM/CAPP解決方案,幫助企業在信息化的道路上邁出了關鍵的一步。


3    系统特色功能分析


3.1 網狀多視圖數據管理


核電設備數據種類多、使用者多、存儲格式多樣,必須對其進行有效的管理,以保證數據的完整性、一致性、安全性和快速可用性。PDM通過提供產品數據多視圖功能,爲不同崗位上的用戶提供不同角度的數據視圖,從而使不同人員對數據的使用和查詢能夠各取所需。




圖2 多視圖數據管理



在對產品進行多視圖管理的同時,建立各類產品數據之間的網狀聯繫,將所有產品數據聯繫爲一個整體,在不同對象之間形成一個脈絡清晰的關係網,從而能夠方便的從一個對象順藤摸瓜找到與它相關的其它對象。




圖3 數據間的網狀聯繫圖


3.2 自動化流程管理



由于核电设备自身所具有的質量要求高、製造週期長、過程複雜、配套鏈長等特點,造成文檔繁多,跟蹤困難,管理難度大,過程遵從性和研發效率存在矛盾等問題。


開目PDM針通過對企業業務流程存在的問題,提出流程管理自動化的解決方案,在按質量保證體系和用戶要求管理研發過程的同時,滿足進度要求:


(1) 設置項目管理規範,自動分解項目任務;


(2) 設置過程文檔模板,自動創建符合規範的輸出文件;


(3) 設置圖文檔籤審流程規範,文檔自動流轉,電子簽名;


(4) 自動通知任務執行,自動報告任務超期;


(5) 對階段任務的完成自動進行文檔完整性和狀態正確性檢查。




圖4 PDM工作流管理


3.3 数字化工艺与制造

工藝數據是制定車間作業計劃、加工裝配的關鍵數據,而工藝方案的優劣只有在製造中才能得到真實反映,且車間製造的反饋數據是進行工藝優化的重要依據。


在上核原有的設計製造模式中,工藝規劃和製造相脫離,兩者以串行方式進行,實際製造情況與工藝方案存在較大的偏差。通過實施PDM,將產品的設計和工藝信息無障礙、無衰減地發佈並傳遞到製造部門,將工藝與製造相融合,真正地實現數字化工藝與製造。


3.4 全範圍數據安全保障


核電設備關係到重大人身、社會安全,因此對其數據管理的長期安全性、歷史可追溯性和保密性都有很高的要求。


PDM基於角色與用戶自定義權限的授權,通過全面而細緻的靜態權限和動態權限分類安全機制,保證數據不被非法的訪問和破壞。動態權限可隨着工作流程的流轉自動授予和收回,在保證數據安全的同時,也極大的減輕了授權管理的工作量。


3.5 標準化工藝設計


由於核電站的特殊安全性和可靠性的要求,核電設備普遍具有高標準、高性能、高可靠性的要求,具有多種強制性的行業標準,因此需要建立基於行業標準的設計過程管理。據此,在PDM/CAPP系統中實現工藝信息模型標準化、工藝文件標準化、工藝流程標準化、數據來源標準化、數據內容標準化、輸入輸出標準化及工藝流程標準化等。同時,PDM/CAPP系統還擁有強大的統計彙總和報表定製功能。


4    实施效果和效益分析


4.1 PDM/CAPP實施的效果


上核通過實施PDM/CAPP系統,建立起了核電設備數字化工藝與製造的信息化支撐平臺,實現了產品結構管理、工藝信息管理、工藝規劃、工藝知識管理、對象管理、項目管理、工作流管理、變更管理、配置管理、及快速客戶化定製工具等組件集,使得企業在面臨顧客的各種不同需求方面具有較大的柔性空間,提高了企業的適應市場變化的能力,幫助企業更快的開發並製造出滿足市場要求的各種新型產品;減少了企業生產過程中人爲因素的干擾;系統中的各種監視和故障診斷設施保證了生產過程的正常進行及故障的早期排除,爲產品質量的穩定和提高、增強企業信譽提供了有利條件;PDM/CAPP系統所具有的合理規劃與調度能力,能及早的預測產品生產過程或企業運行中可能出現的問題,從而減少產品開發和改進的失誤和時間,降低產品成本。


4.2 PDM/CAPP項目示範點


4.2.1 實現核電設備企業工藝製造一體化


核電設備企業以前的工藝設計都是以二維工程圖爲基礎進行的,CAPP也主要採用基於二維的工藝規劃模式。實施PDM/CAPP後,將突破傳統的工藝設計模式,進行三維產品模型環境下的工藝設計。通過面向製造的工藝規劃和工藝信息在製造現場的集成應用,實現工藝設計與製造的一體化,提高數控設備的利用率,解決了困擾企業的高端數控設備利用率低的問題。


4.2.2全方位數據安全策略,保證數據的歷史可追溯性


在上核PDM/CAPP項目,從最底層的數據庫信息存儲到數據庫訪問的開發工具和環境,以及應用組件、信息系統等每一個層次都設置安全措施,並將數據安全管理與項目管理相互配合,強調項目數據關聯性追溯,實現了基於項目的數據安全管理,構築全範圍的強大的安全屏障,保證核電設備幾十年歷史數據的可追溯性。


4.2.3建立起適合核電設備企業信息化的總體解決方案


上核PDM/CAPP信息化支撐平臺的實施,提出了適合支撐核電設備行業“數字化工藝與製造”的信息化平臺解決方案和實施方法,主要包括核電設備企業的業務模型、產品數據模型、工藝知識庫、標準庫等,以及完整的實施過程規範,成爲核電設備企業信息化的整體解決方案。通過在上核的實施驗證,對整個核電設備行業起到一定的示範作用。


5    结论


企業信息化建設是一個持續並逐步完善的過程,上核CAPP/PDM系統是企業信息化最基礎的部分,更是上核信息化的核心部分,CAPP/PDM的成功實施爲上核的整個信息化(OA、P6、CAD、ERP、MES等)的規劃及實施工作的逐步完善打下了堅實的基礎,爲上核信息化項目建設的持續改進、優化提供了持續有力的保障。