MPM

          日益激烈的竞争环境要求企业从传统的大规模生产模式革新为大规模定制模式,实现产品的快速和个性化定制生产。制造企业不仅要通过计算机高效地生成和管理工程图纸(CAD),还要利用PDM为平台将各种应用系统集成在统一的平台下;不仅要以订单为驱动将企业管理过程的信息进行集成的管理(ERP),还要重视生产制造过程工艺信息的管理(Manufacturing Process Management,简写为MPM )——这是产品形成的关键过程,也是决定产品质量、上市时间、生产成本的关键因素。
        MPM功能概述
        所谓工艺过程管理(MPM),是一种贯穿计划、设计、制造和管理全过程的协同工作环境,旨在对生产过程中的工艺信息进行协调的统一管理。MPM的功能如下图所示。
       MPM解决方案主要解决了生产管理部门在制造过程中复杂工艺过程的管理问题,应用在制造工艺管理中的各个阶段,包括规划阶段和工程阶段。在这些阶段中,系统采用其本身的计划工具、运营过程仿真优化工具、工程工具、装配仿真、质量控制工具等来仿真和优化制造过程,同时又可以使用支持协同作业的浏览器工具等对整个工艺过程进行统一的监控和管理。通过与CAD、PDM、ERP系统的集成和交互,是企业实现了产品数据、工艺数据和资源数据的共享。
        MPM及其解决方案拥有众多的先进制造企业客户,为产品的大规模定制做出了卓越的贡献。MPM的成功实施,可以显著缩短产品上市时间、提高产品质量、降低生产成本。MPM思想和理念也是我国制造企业信息化建设中应积极规划、学习借鉴的重要内容。
       MPM(工艺过程管理)是一种贯穿计划、设计、制造和管理全过程协同工作环境旨对生产过程中工艺信息进行协调统一管理;
       MES(制造执行系统)是位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统。

       MPM:制造过程管理。能实现生产线、工厂、工序、操作的三维模拟,在计算机内虚拟出整个生产过程。在真实的生产之前可预先见到生产之时的样子,对于瓶颈工序、流程再造具有良好的指导作用。
       MES:制造执行系统,主要是在车间层次管理好众多的机床,更注重的是和机床的硬件连接,能统计机床的开机时间,加工工件的多少等等。类似于加强板的DNC。

       MPM和MES是完全不同的两个东西。
       制造型企业一般而言其活动可以分成两个层次:第一个层次,把市场需求转化为产品的定义,这个定义主要有产品的规格构成(产品分什么零部件,用什么材料,尺寸公差等要求)、产品生产条件的描述(用什么设备,用什么工具,用什么方法,在什么地方),可以看作一个信息演化的过程;第二个层次,将逻辑的产品定义转化为实物产品并出售给对该产品有需求的那些客户,然后提供服务,可以看作一种物流
        一般而言上面两个层次中后者的要素是各种计划(生产计划、采购计划等)及其执行,MES就是位于这个层次,而且很底层,它关注的是车间内如何执行好物流过程;而MPM则不同,它也属于第一个层次,国外常用Manufacturing Planning这个词,它产生了关于产品的一类定义信息——怎样做。
        MPM一方面需要提供一个定义全部制造过程信息的数据模型,另一方面要提供一系列对这个数据模型进行分析的工具。
        制造企业信息平台的组成
       在企业运营过程中,会产生和积累大量的数据。这些数据环环相扣,纵横交错。从管理流程上看,数据传递上至最高管理层,下至生产最基层;从产品实现过程看,则囊括从设计、采购、生产、库存到销售和售后服务的全生命周期。这些数据蕴含着对企业具有重大价值的知识和信息,获取和使用这些知识的途径便是充分有效地利用制造企业信息平台。制造企业信息平台将企业运作的各部分、各环节生成的信息紧密地“链接”在一起,其有效的配置可以实现生产全过程和产品全生命周期的支持和监控,使物流、信息流、资金流通畅运行。
    总的说来,制造企业的信息平台应该包括3类信息:
    ◆  产品信息
        产品信息包括零件的几何信息和相互间的装配关系,主要由CAD软件和PDM软件生成、处理和存储,它的任务是解决“制造什么(what)”的问题。
    ◆  资源管理信息
       资源管理信息起源于库存管理,后来不断地扩展到生产计划、工序链、财务、人力资源以及客户关系等领域,它的核心是主生产计划,任务是解决“在什么时候(when)制造”和“在什么地方(where)制造”的问题。企业资源计划(Enterprise Resource Planning)是这类软件的典型。
    ◆  工艺信息
        工艺信息是与生产工程有关的信息,包括工艺方法和工序安排、生产资源、生产组织、企业的KNOW-HOW(技术秘密)等,任务是解决“如何制造(how)”的问题。
        制造企业信息平台的组成如图 1所示。  
图 1 制造企业信息平台的组成
        目前大多数制造企业已经实施了或正在实施CAX、PDM和ERP系统,有的企业已经开展了以PDM为基础、集成CAX和ERP构成企业信息化平台的工作。其中,CAX系统为企业形成了完善的产品结构,ERP则以订单为驱动形成了企业完整的后勤链管理。然而, 已经建立或着手建立制造工艺信息的企业还不多见。
        工艺信息是企业信息系统的重要部分,缺少工艺信息的系统是不完整的。只有在建立信息平台的初期就综合考虑、全面规划,才能少走弯路,事半功倍。
    3  产品信息系统与集成
    3.1  CAD系统的发展
       回顾我国CAD技术发展的历史可以发现,我们花费了大量的人力和物力才完成了“甩图板”的任务,实现了二维计算机辅助设计。但是,2D-CAD系统的功能仅仅是绘制,相当于用计算机完成图板绘图工作,各个视图之间没有任何关系,这并不是真正意义上的设计。当需要进行工程图的更改时,必须花费大量的时间对与此工程图相关联的细节一一进行修改,这无疑将会耗费大量的时间和成本,且易发生错误。
        3D-CAD系统的诞生具有划时代意义,3D-CAD将注意力集中在对零部件的3D几何模型进行完整描述上,使得设计人员有可能从专注于绘图的操作中解放出来,把更多的精力集中在创造性的构思和产品性能上,即真正意义上的设计。在3D-CAD系统中,只要建立了原始模型,那么在原始模型中输入一组数据,就可以自动派生出零部件的变型。同时,图纸的绘制也更加简单,更便于工程更改和维护。
        从系统集成的角度来看,单纯CAD 应用存在以下弊端:
     (1虽然CAD系统可以快速生成工程图和物料清单(BOM),但是在缺乏ERP系统支持的情况下,则只能利用手工方式向ERP系统输入用来编制物料需求计划的物料清单;在进行NC编程时,也只能根据CAD工程图将零件轮廓输入到有关的NC编程系统中:这不仅浪费时间,也容易出错。
     (2CAD系统生成大量关于零件的几何信息和装配关系信息,决定了工艺过程、生产组织、销售、维修、成本和利润,是制造企业的基本信息,也是企业信息平台各部分的基础。而这些数据是否可以被其他系统方便地调用、处理或转换成用于解决实际问题的其他形式是至关重要的。如果缺乏信息化平台及其机制,以上这些宝贵的数据的价值将大打折扣,甚至完全无法进一步地利用。
     (3如果C AD生成的文档以及其他应用系统生成的数据彼此互不透明,将不能对企业产生应有的价值。其后果是,跨部门的信息交流和处理过程需要很长的时间,而且还有可能损失不少信息,无法实现制造企业追求的协同作业和并行工程的愿望。
        由于孤立的CAD/CAX系统存在上述弊端,而企业又迫切需要将各种IT工具有机地结合起来,形成一个面向过程的、多功能的虚拟制造系统。在这种情况下,PDM就应运而生了,可以说,PDM系统最初就起源于CAD工程图的管理。
       产品数据管理(PDM)简介
       产品数据管理(Product Data Management ,简写为PDM)是用数据模型对制造企业的产品形成过程进行管理的方法,其目标是利用一个集成的信息系统来产生产品开发设计和制造所需要的完整技术资料。因此,PDM系统的主要功能是对产品形成全过程进行控制,并对在该过程中形成的或需要处理的数据和文档进行管理,包括:
    ◆  数据和文档的管理
        产品信息由基本数据和各种不同的文档组成,PDM系统的核心任务之一是对产品信息和其他业务数据进行管理。
    ◆  过程管理
       “过程管理”也称作“工作流管理”,即对整个产品形成过程进行控制,并使这些过程在任何时间都可以追溯。过程管理的流畅可以支持和改善所有与产品形成过程有关人员的系统工作,从而从整体上提高效率。
    ◆  应用系统集成
        目前制造企业存在的主要问题之一是缺乏足够的IT基础设施,各种计算机应用系统的应用效率不尽人意,形成大量的“信息孤岛”。如果在计算机应用中缺乏信息的集成和良好的通信,那么工作会异常繁琐。因此必须要将所有与产品形成过程有关的计算机应用有机集成起来,即在信息化孤岛之间构造桥梁,把一个个的“孤岛”连成一片“陆地”。PDM的另一项核心任务就是将各种不同应用系统的处理结果组织成一个有机整体,对所有应用系统中的产品数据进行管理。
        资源管理信息系统
        早期在制造业中广泛采用的资源管理系统是物料需求计划系统(Material Requirements Planning,简写为 MRP),它的功能仅仅是对物料进行计划,解决决定生产中各种最终物料项所需的零部件和原材料的数量问题。随着计算机应用能力的提高和应用范围的扩大,MRP涉及的领域也同时拓宽,出现了既考虑物料又考虑资源的制造资源计划, 称为MRP II(Manufacturing Resources Planning)。
        随着供应链模式的深入,企业已不满足于简单的对物料和制造资源的管理,而是扩展为对供应链全过程的管理。这时,企业资源计划(Enterprise Resource Planning,简写为ERP)应运而生。
       ERP着重于“企业(E)”,它试图将企业内部所有职能部门的信息集成于一个计算机系统中,为各个部门的不同需要服务。ERP除了要对制造企业的后勤链(包括采购、生产和销售在内的整个增值链)进行面向过程的管理外,还被广泛地应用在企业的流程管理、财务管理和人力资源管理。虽然这些部门可能已实施了许多专用的系统,但ERP的作用在于将这些系统组合到一个集成的计算机程序中,使各个部门可以方便地共享信息、相互通信。
       工艺信息系统
       在制造业信息化不断推进、实施过程中,瓶颈问题也日益凸显——制造企业逐渐体会到了真正制约生产效率的是制造过程信息的建立和集成,这是因为:
    (1 缺少工艺信息, 企业无法将最新的产品设计思想快速实现并推向市场;
    (2缺少工艺信息平台, 企业生产部门很难将产品的工艺数据和设计数据统一协调;
    (3缺少工艺信息平台, 企业无法在规划阶段将制造工艺数据与零部件供应商或OEM共享。
      工艺过程信息化是构建完善的制造业信息化平台的重要内容,但也是当前企业信息化建设中的一个空白,是企业最迫切需要解决的问题。制造企业对于工艺过程信息集成的要求是:
    (1整个工艺过程应该统一在同一个平台环境下;
    (2各种工艺数据(资源、工序和产品结构)能够高度集成;
    (3工艺规划可以量化地进行产能分析、定额分配和设备布局设计;
    (4工艺信息可在企业内部和整个企业供应链环节中所有相关人员之间实现高度共享。
      基于企业在信息时代中要求实现产品快速、个性化定制化开发的需要,实现大规模定制的开发模式,Tecnomatix公司率先提出了工艺过程管理(Manufacturing Process Management,简写为MPM)的概念。MPM是一种贯穿于计划、设计、制造和管理全过程的协同工作环境,旨在对生产过程中的工艺信息进行协调的统一管理。相应地, Tecnomtix公司推出了一套完善的MPM软件解决方案——eM-Power,又称“数字化工厂”。
       数字化工厂-eM-Power解决方案
       eM-Power的体系结构
      “数字化工厂(eM-Power)”具有独特的体系结构,可支持协同工作,支持跨地区跨国度的子公司、OEM与供应商之间利用网络(intranet/Internet)实现工艺信息的协同共享。
        eMPower软件的底层是制造服务器(eMS),用于存储和集成产品信息、资源信息和工艺过程信息。在制造服务器(eMS)的支持下,企业可建立工艺模型(Process Model),用以存储产品信息、资源信息和工艺过程信息间的关系数据。这种信息间的集成平台为全系统的信息共享进而实现并行工程和协同作业提供了基础。
        在制造服务器(eMS)和工艺模型的支持下,各个功能强大的专业模块无缝地集成在一起,支持整个工艺过程的所有环节,包括:生产计划制订、生产线定义和平衡、工时定额、零件加工和数控编程、装配过程研究、质量控制、人机功效、厂房布局、工作指导、工艺文件生成等等。
     eM-Power的功能简介
    “数字化工厂(eM-Power)”软件包括功能很强的、覆盖领域很宽的各种功能模块:
    ◆  eM-Planner:工艺规划、评估、优化软件;
    ◆  eM-Plant:生产线和物流过程的设计、分析仿真、优化软件;
    ◆  eM-Workplace NT:生产线、车间、工厂的3D布局设计、优化软件;
    ◆  eM-Assembler:装配过程设计、仿真分析软件;
    ◆  eM-Human:人机工程分析仿真软件;
    ◆  eM-Machining: 机械加工解决方案,可以自动识别零件的工艺特征(Manufacturing features),编制工艺路线,完成数控编程,进行加工过程仿真,检测可能出现的干涉;
    ◆  eM-Quality: 质量控制解决方案,实现设计过程的公差链优化和管理、三坐标测量机的自动编程以及测量数据的采集、分析和报告等功能。
      MPM解决方案主要解决生产管理部门在制造过程中复杂工艺过程的管理问题,可应用在制造工艺管理中的各个阶段——包括规划阶段和工程阶段。在应用中,系统采用其本身的计划工具、工程工具、装配仿真、焊装工具以及支持协同作业的浏览器工具等对整个工艺过程进行统一的管理,同时通过与CAD、PDM、ERP系统的集成和交互,实现了产品数据、工艺数据和资源数据的共享。
         结束语
        信息化带动工业化是我国制造企业发展的必由之路。在制造业面临越来越严峻的国内外竞争的环境下,如何高效地配置和应用信息化平台是企业培养自身竞争力的重大措施。本文在回顾信息化发展历程的基础上,分析了当前制造业信息化平台建设中存在的主要问题,重点论述了工艺过程管理(MPM)在信息化建设中的地位及其主要功能。作为在国外先进制造企业中广泛采用的解决方案——MPM为企业提高产品质量、缩短上市时间、降低成本做出了卓越的贡献。通过对先进理念和技术的引进和消化,我国制造业可大大提高生产效率和管理效率。

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