（工商管理专业论文）柳州科尔数字化设计制造技术的应用研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 数字化技术是信息技术的核心。以信息化带动工业化，实施制造业信息化工程已 经成为我国制造业的发展战略。制造业信息化工程的核心任务是突出抓好数字化设 计、数字化装各、数字化生产、数字化管理，并在此基础上通过集成创新，形成一批 数字化企业。面对激烈的市场竞争，数字化技术在制造业领域信息化的过程中，将发 挥越来越重要的作用。应用先进的数字化设计制造管理技术实现企业的技术和服务 创新，提升企业的竞争力，已经成为关系到企业的生存和发展的课题。 本文论述的范围是制造业企业的数字化设计席0 造管理的技术在技术创新、产品 开发和技术服务中的应用。以柳州科尔数字化制造技术有限公司( i j u z i l o uc o o ld i g i t a l m a n u f a c t u r i n gc o l t d ) 的数字化设计席4 造管理的应用实践为背景，首先阐述了数字 化技术的概念、原理和发展趋势，以及国内外的研究应用情况。然后探讨了科尔公司 数字化设计制造管理技术在资源整合、系统建设、市场分析和发展策略方面的问题， 并介绍了该公司有关正向设计、逆向工程、快速原型、快速模具、数控加工、产品数 据管理等先进的数字化技术的流程和应用情况。最后是对数字化制造技术的实施意义 和应用效果进行了分析评估，并列举实际案例加以说明。 关键词：数字化技术数字化设计席0 造管理 数字化系统建设 华中科技大学颈士学位论文 a b s t r a c t d i g i t a lt e c h n o l o g yi st h ec o r eo fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y t h ee n g i n e e r i n gt h a tu s i n g i n f o r m a t i o nt od r i v ei n d u s t r i a l i z a t i o nh a sb e c o m et h ed e v e l o p m e n ts t r a t a g e mi nc h i n e s e m a n u f a c t u r i n g t h ec o r et a s ko fi n f o r m a t i o ne n g i n e e r i n gi st og r a s pd i g i t a ld e s i g n , d i g i t a l e q u i p m e m ，d i g i t a lp r o d u c t i o na n dd i g i t a lm a n a g e m e n t ，a n do nt h eb a s eo ft h a t ，d i g i t a l e n t e r p r i s e sa r ce s t a b l i s h e db yt h ei n t e g r a t i o n i n n o v a t i o n f a c i n gt h ef u r i o u sc o m p e t i t i v e m a n e t ，i nt h ec o u r s eo fi n f o r m a t i o ni nm a n u f a c t u r i n g ，t h ed i g i t a lt e c h n o l o g yw i l lm a k e m o r ea n dm o r ei m p o r t a n te f f e c t a p p l y i n ga d v a n c e dd i g i t a ld e s i g n ，d i g i t a lm a n u f a c t u r i n g a n dd i g i t a lm a n a g e m e n ts oa st oa c l l i e v i n ge n t e r p r i s e si n n o v a t i o no ft e c h n o l o g ya n d s e r v i c ea n du p g r a d i n gt h ee m e r p r i s e sc o m p e t i t i o nh a sb e c o m eam a i ns u b j e c to rl i v ea n d d e v e l o p m e n to fe m e r p d s e t h ea r t i c l ed i s c u s s e st h et e c h n o l o g yo fd i g i t a l d e s i g n m a n u f a c t u r i n g m a n a g e m e n t a p p l y i n gt ot e c h n o l o g yi n n o v a t i o n ，p r o d u c td e v e l o p m e n ta n dt e c h n o l o g ys e r v i c ef u r e n t e r p r i s e b a s e o nt h e b a c k g r o u n d o f a p p l i c a t i o n a n d p r a c t i c e i n d i g i t a l d e s i g n m a n u f a c t u r i n g m a n a g e m e n to fl i n z h o uc o o ld i g i t a lm a n u f a c t u r i n gc o 1 a d i tf i r s t e x p a t i a t e st h ec o n c e p t ，p r i n c i p l e ，d e v e l o p m e n tt r e n da n di t sa p p l i c a t i o ni nn a t i v ea n d f o r e i g nc o n n t l y ，t h e nd i s c u s s e st h ep m m e mo fr e s o u r c ec o n f o r m i t y , s y s t e mc o n s t r u c t i o n ， m a r k e ta n a l y s i sa n d d e v e l o p m e n ts t r a t a g e mi nd i g i t a ld e s i g n m a n u f a c t u r i n g m a n a g e m e n to f l i u z h o uc o o ld i g i t a lm a n u f a c t u r i n gc o l t d a tt h es a m et i m e ，t h ea r t i c l ei n t r o d u c e st h e a d v a n c e dp r o c e s sa n da p p l i c a t i o no fd i g i t a lt e c h n o l o g yo nf o r w a r de n g i n e e r i n g ，r e v e r s e e n g i n e e r i n g ，r a p i dp r o t o t y p e ，r a p i dt o o l ，n cm a c h i n i n ga n dp r o d u c td a t am a n a g e m e n ta l s o l a s t ，t h ea r t i c l ea n a l y s e sa n de v a l u a t e st h er e s u l to fa p p l i c a t i o na n dp r a c t i c em e a n i n go f d i g i t a lm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y , a n de n u m e r a t ep r a c t i c ec a s ef o re x p l a n a t i o n k e yw o r d s ：d i g i t a lt e c h n o l o g i e sd i g i t a ld e s i g n m a n u h c t u f e m a n a g e m e n t d i g i t a l s y s t e mc o n s t r u c t i o n l l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：翘、 日期：五衅c 。月为日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密口j ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：二冁 日期：衅r 月沾日 指导教师签名： 夏哆 日期：衅，月“日 华中科技大学硕士学位论文 1 1 概述 1 绪论 “科技是第一生产力”，这是邓小平同志关于科学技术的重要论述。以邓小平理论为 指导，党的十六大做出了以信息化带动工业化，以工业化促进信息化的重大战略决策。 我国目前还处在工业化进程之中，工业化进程中的制造业是国民经济和社会发展的物 质基础，是一个国家综合国力的重要体现。在制造业领域，伴随知识经济的到来和信 息技术的应用，新技术的快速扩散使得产品生命周期大大缩短，这给那些能够快速推 出新产品和服务的公司带来了竞争优势1 1 】。即，企业取得竞争优势已由过去的“价格 一质量”因素转变成“时间一质量一价格”因素。竞争在某种程度上已不是“大鱼 吃小鱼”，而是“诀鱼吃慢鱼”。对市场的响应时间将成为2 1 世纪企业赢得竞争优势 的最主要因素。我国实施制造业信息化工程的核心任务是突出抓好数字化设计、数字 化装备、数字化生产、数字化管理，并在此基础上通过集成创新，形成一批数字化企 业【2 j 。由此可见，数字化技术在制造业领域信息化的过程中，将发挥越来越藿要的作 用。应用先进的数字化技术实现企业的技术和服务创新，提升企业的竞争力，已经成 为关系到企业的生存和发展的课题。 本文将应用数字化技术的理沦，结合柳州科尔数字化制造技术有限公司( 以下简 称科尔公司) 的数字化设计制造管理的应用实践，探讨研究科尔公司数字化技术在 资源整合、系统建设、市场发展策略方面的问题，并对数字化技术的实施意义和案例 效果进行评估。 1 2 国内外数字化技术的应用概况 目前在发达的工业化国家，数字化技术已经成为制造业企业实现技术、产品和服 务创新、提高企业竞争力的重要手段。近半个世纪，特别是近3 0 年来，随着信息技 术的迅速发展，信息技术与制造技术相融合，使制造日益走向数字化，制造技术发展 日益加快。在发达国家的大型企业中，已开始实现无图纸生产，广泛使用c a dj c a m ， 实现1 0 0 数字化设计p j 。制造过程技术在快速成型、并联机构机床、机器人化机床、 多功能机床等整机方面和高速电主轴、多轴联动控制系统、直线电机、软件补偿精度 等单元技术方面先后有所突破，为数字化制造技术向纵深发展创造了条件。目前在工 业技术先进国家，数字化制造已经成为提高企业和产品竞争力的重要手段i4 1 。p d m ( 产 品数据管理) 是对产品数据进行有效管理进而实现信息集成的有力工具，p d m 技术 华中科技大学硕士学位论文 在国外许多知名企业用于集成和管理与产品有关的信息和过程，提供产品整个生命周 期的信息管理。据中国工业网站( i n d u s t r yc h i n a n e t ) 关于p d m 软件的应用现状的报 道，采用先进的。圆p d m 技术，是提高产品竞争力的必由之路。在美国，近5 0 的企业已采用了p d m 技术。 国内数字化技术的研究与应用在一些大学和大型企业取得了一定的成果。 1 ) 安徽工业大学教授潘紫微在其论文数字化设计与制造的进程与发展中， 对数字化设计与制造的应用和发展趋势做了较深入的研究，阐述了数字化设计与制造 的重要性，列举了一些数字化设计与制造方面的有关情况，但较多的是局限于学术层 面的论述川。 2 ) 航空业内专家徐微和王普在发表的数字化设计制造技术在飞机研制的应用 研究与实践论文中，指出数字化设计制造技术是现代飞机研制中的一项关键技术。 航空c i m s t 程研究的主要内容在航空工业c a d c a m 技术、网络技术等发展的基础 上，开展飞机数字化设计制造和管理技术的研究与应用1 6 j 。 3 ) 2 0 0 2 年1 1 月2 6 日，美国e d s 公司与清华大学联合成立的“清华- - e d s 数字 化设计与制造中心”( t h u - - e d sj o i n tc o m e rf o rd i g i t a ld e s i g n & m a n u f a c t u r i n g ) ， 清华大学在中国高校中率先拥有了先进的制造业教学与实验平台，将对中国相关行业 人才培养和学科发展起到积极的作用1 7 j 4 ) 1 9 9 6 年4 月，经国家计委批准，在上海交通大学成立了“国家模具c a d 工 程研究中心”，随后又相继成立“国家数字化制造技术中心”。中心的研究方向有：数 字化制造技术、模具制造技术、c a d 忙a m f c a e 技术、塑性成形技术、人工智能在制 造技术中的应用、高速切削、逆向工程快速原型快速模具、集成p i m 但r p c n c 、特 种加工技术等，并在这些领域内取得了较大的突破。 5 ) 由上海交通大学等单位完成的“创新设计支撑技术”、“系统集成技术”、“异 地协同技术”三大共性技术的研究与开发，形成了一套较完整的能支持上海区域数字 化制造实施和具有普遍推广价值的方法、技术和工具【s j 。 6 ) 成都飞机工业( 集团) 有限责任公司在超七飞机( f c 一1 ) 的研制中，大量采 用了数字化设计腐9 造管理的先进技术，将传统飞机研制中用模拟量传递的制造依据 数字化，将串行的研制流程并行化，大大缩短了研制周期。这一研制周期比我国以往 新机研制周期缩短了1 3 至2 3 9 l 。 但是，应用数字化技术实现技术和服务创新的研究，以一个企业为实施主体，面 向与汽车紧密相关的企业服务，此类研究在广西鲜有论述，在国内也不多见。同时， 也要看到国内的数字化技术的应用还存在以下一些局限： 华中科技大学硕士学位论文 1 ) 数字化技术的相关成果仍停留在原理化、特例化的推理和概念化层面，未得 到系统化、工程化的实践应用，难以满足企业的要求； 2 ) 数字化技术的商品化和社会化没有形成广泛的市场，以数字化技术作为共性 服务的研究不足，仍较多地立足于企业内部的应用，没有形成企业开放的形态； 3 ) 企业中的应用水平不均衡。对于大型强势企业，虽然有较好的信息化数字化 技术优势，但鉴于产品的专业化特点，以及企业的知识产权保护和商业秘密，极少有 为其他企业提供数字化技术服务。对于中小企业，受到资金、技术、人才的限制，生 产效率较低，设备比较陈旧，不能及时采用先进的技术成果，也得不到专业化的市场 技术服务； 4 ) 在全国的一些城市( 包括柳州) 成立有科委直属的信息化生产力促进中心， 其功能主要是提供中介服务。因为技术设备缺乏、科技人才不足、科研力量薄弱等因 素，这些机构为企业提供的数字化技术服务却很有限。 综上所述，数字化技术在形成产业化和面向企业服务的方面，还有很大的研究与 拓展空间。 1 3 数字化技术应用研究的范围、目的和意义 柳州是广西乃至中国西南地区的工业重镇和交通枢纽。建国后柳州豹工业化进程 历经4 0 多年的发展，全市有工业企业1 5 0 0 余家。其中的汽车、工程机械、冶金钢铁 已发展成为柳州的三大重点支柱产业。汽车产业汇集了一汽、东风和上汽三大汽车集 团的全资和控股公司，形成了具有年产微、轻、重、专用车及改装车共4 0 万辆和发 动机3 0 万台的生产能力【坷。，汽车工业已成为当地工业的主力军。以工程机械和通用 机械为主的机械制造业，以钢铁和有色金属及深加工为主的冶金工业同样占据了柳州 工业的主导地位。 柳州制造业的支柱产业虽然有了较大的规模，但整体水平与现代化差距甚远。这 些传统工业普遍存在着创新能力低、制造资源配置效率低、产业结构不合理、体制不 活、机制不灵等问题。自九十年初开展“摔图板”工程，虽然在数字化设计与制造技 术应用方面取得一定成绩，一些大中型企业积极研究和应用c a d 、c a e 、c a m 、e r p 、 c a p p 、c 讧s 等信息技术，但受经济和地域因素的影响，普遍侧重单项技术的应用， 造成数据不统一、系统性集成不完善，这种状况已远远不能满足企业对市场响应的要 求。就汽车产业而言，主机厂经过技术和业务流程的重组和再造，在保留核心业务后， 剥离了大量的零部件产品，冲压模具、拼焊夹具、检具等工艺工装设施外包制造。大 量的外包生产，衍生了大量的为主机厂配套服务的中小企业，这些企业与主机厂形成 3 华中科技大学硕士学位论文 了紧密的产业链关系。但是，许多中小企业，受到资金、技术、人力的限制，生产效 率较低，设备比较陈旧，不能及时采用先进的技术成果，也得不到专业化的市场化的 数字化设计和制造技术服务，不能适应主机厂的需求，成为产业链关系中的薄弱环节， 在激烈的市场竞争中显得力不从心。 2 0 0 0 年，柳州被确定为首批国家信息化试点城市。2 0 0 4 年，柳州市委和市政府 做出重要决策：以信息化带动工业化，再造一个工业柳州。国家的政策和市政府的决 策为柳州市信息化技术的应用和发展带来了机遇。面对着经济全球化、科技革命迅猛 发展和国内外产业结构大调整的严峻形势，需要通过技术创新带动体制创新和结构创 新，需要建立一种市场驱动的、具有快速反应机制的制造模式，这是柳州乃至广西制 造企业摆脱困境，赢得市场，掌握竞争的主动权的关键。在实现技术创新的过程中， 数字化技术、信息技术和网络技术的运用至关重要。数字化设计、数字化制造、数字 化管理对于加快企业的产品创新、质量提升和缩短制造周期，全面提升企业的竞争力 将发挥重要作用。 科尔公司是柳州市投资控股公司、柳州五菱汽车有限责任公司、柳州机械厂和柳 州五菱汽车联合发展有限公司于2 0 0 3 年初共同出资创建的股份制企业。公司现有员 工2 5 0 人，各类工程技术人员4 5 人。主要业务涵盖汽车及机电产品工业设计、模具 设计与制造、数控加工、逆向工程、快速原型、快速模具、产品试制等范围。公司的 组织结构和业务框架如图1 - 1 和图1 - 2 所示。 图1 1 科尔公司组织结构 4 华中科技大学硕士学位论文 图1 2 科尔公司业务框架 科尔公司整合重组原五菱集团公司的部分技术资源之前，在产品研发和制造过程 中，存在的问题是技术资源分散、数据集成度不高、创新能力不强、市场响应跟不上， 服务范围趋小等。作为一个新注册成立公司，在推进数字化技术应用的过程中，为了 明确公司的发展方向，结合公司和柳州市制造业的特点，进一步整合、加强和壮大公 司的技术能力，完善服务功能，创建具有科尔公司特色的数字化技术的应用和服务模 式，研究和探讨数字化设计脯4 造管理等系统技术的应用和公司的数字化技术市场的 发展策略，为企业提供数字化设计和制造技术服务，缩短新产品开发的时间，增强企 业快速响应市场的能力，这将是本论文研究的目的。 通过数字化技术的应用和研究，为广西的制造业企业提供设计和制造技术服务， 提升广西汽车和机电产品设计制造的技术水平，特别是提升为汽车主机厂提供配套服 务的中小企业的技术水平，促进广西汽车工业的发展，将有重要的现实意义。 1 4 技术路线和应用研究主要内容 本论文的应用研究工作采用理论与实际应用相结合的方法，以科尔公司的技术业 务框架为背景，侧重于从数字化设计制造管理的单元技术到系统集成的原理和实践 应用的研究。其技术路线为：数字化技术概念原理卜系统开发建设市场 发展策略+ 应用效果评估。应用研究的主要内容有：集成正向设计、集成反求设 计、快速原型制造、快速模具制造、数控加工、产品( 油泥) 模型制造、开放式网络 设计。 5 华中科技大学硕士学位论文 2 数字化设计、制造和管理技术概论 数字化技术和各种专业技术相融合就形成了各种数字化专业技术，如数字化设计 技术、数字化制造技术、数字化管理技术等。数字化设计、制造和管理技术，是制造 业信息化工程应用的核心内容。为便于本文的往后论述，以下各节将对数字化技术的 概念、发展历程和趋势进行简单的介绍。 2 1 数宇化技术概述 2 1 1 数字化技术内涵 数字化技术是以数字电子计算机硬软件、周边设备、协议和网络为基础的信息离 散化表述、定量、感知、传递、存贮、处理、控制、联网的集成技术。其用于制造业 可包括数字化制造技术与数字化产品两方面。将数字化技术用于支持产品全生命周期 的制造活动和企业的全局优化运作就是数字化制造技术；将数字化技术注入工业产品 就形成了数字化产品【l 。 2 1 2 数字化技术的核心构成 以计算机辅助设计。山、计算机辅助制造c a m 、计算机辅助工程分析c a e 、计 算机辅助工艺规程c a p p 、产品数据管理p d m 、逆向工程r e 、快速原型制造r p m 、 计算机辅助管理e r e ( 企业资源计划1 等技术为核心，进行产品设计n 造和管理。对一 般制造业企业而言，数字化设计席0 造管理构成了数字化技术应用的核心。 2 2 数字化设计 2 2 1 产品的数字化设计内涵 产品的数字化设计指的是运用计算机设备和软件系统进行产品的几何特征表述， 把感知的和想象的物理模型用软件数据表示，建立产品的点线面的三维几何信息模型 的过程。产品的数字化设计改变了传统的二维手工绘图表述产品特征的方法。设计过 程本质上是一个对信息进行采集、传递、加工处理的过程，其中包含了两种重要的活 动：设计活动和仿真活动。在网络技术环境的支持下，数字化设计使得公司各部门共 享信息，重复使用有用的产品设计信息。产品的整个生产周期，从最初的概念设计到 最后产品交付和售后支持，进行生产流程优化，还可以与部门以及零部件供应商协同 工作，在数字网络上共享、浏览和管理产品信息。 华中科技大学硕士学位论文 2 2 2 数宇化设计技术的发展历程 数字化设计技术的发展历程可以大体上划分为以下三个阶段。 1 ) c a x 工具的广泛应用。自2 0 世纪5 0 年代开始。各种c a d c a m 工具开始出 现并逐步应用到制造业中。这些工具的应用表明制造业已经开始将利用现代信息技术 来改进传统的产品设计过程，标志着数字化设计的开始。 2 ) 并行工程思想的提出与推行。2 0 世纪8 0 年代后期提出的并行工程是一种新的 指导产品开发的哲理，是在现代信息技术的支持下对传统的产品开发方式的种根本 性改进。p d m ( 产品数据管理) 技术及d f x ( 如d f m 、d f a 等) 技术是并行工程思 想在产品设计阶段的具体体现。 3 1 虚拟样机技术。随着技术的不断进步，仿真在产品设计过程中的应用变得越来 越广泛而深刻，由原先的局部应用( 单领域、单点) 逐步扩展到系统应用( 多领域、 全生命周期) 。虚拟样机技术正是这一发展趋势的典型代表1 1 ”。 近年来，随着产品更新换代速度的加快和产品复杂性的不断增长，以及企业间竞 争的臼趋激烈，传统的产品设计方法已经很难满足企业当前生存和发展的需要，产品 设计数字化已经上升为重要的竞争手段。 2 。3 数字化制造 2 3 1 数字化制造的概念 将数字化技术用于支持产品全生命周期的制造活动和企业的全局优化运作就是 数字化制造技术f 1 2 】。 相对传统制造技术而言，数字化制造技术是一项融合数字化技术和制造技术，且 以制造工程科学为理论基础的重大的制造技术革新，是先进制造技术的核心f 1 3 】。 数字化机床设备、数控加工技术( n c ) 、计算机辅助工艺设计( c a p p ) 、计算 机辅助制造( c a m ) 、快速原型制造和网络化制造是数字化制造的重要基础和具体应 用。 2 3 2 数字化制造技术在制造业中的作用 随着计算机技术的发展，数字化技术是改造传统产业，实现产业升级的有力武器。 为了实现技术创新，改造传统制造技术，需吸收数字化技术，采用数字化装置通过计算机 对产品制造过程进行控制，实现数字化传递所以在我国利用适用先进制造技术改造传 统产业，首先就是利用数字化技术改造传统制造业。而且随着制造业拥有数字化制造技 术比重的逐年上升，数字化制造技术将日益成为制造业优质、低成本、快速响应市场需 华中科技大学硕士学位论文 求的主流制造技术【3 - 2 】。 2 3 3 数字化制造技术及其产品的发展趋势 1 ) 设计与制造信息的数字化，将实现c a d c a p p c a m c a e m p m p d m 的 一体化，使产品向无图纸制造方向发展。如产品设计c a d 数据经过校核，直接传送 给数控机床完成加工。 2 ) 通过局域网实现企业内部并行工程，通过城域网互联网建立远程或跨地区的 协同工作环境，实现资源共享，优化配置，使制造业向互联网辅助制造方向发展。 3 ) 将数字化技术注入传统产品，开发新产品，无论从工业装备和人民生活需求 都是社会发展的趋势。 2 4 数字化管理 2 4 1 产品数字化管理的概念 数字化管理的本质就是将现代化管理思想、管理方法、管理技术、管理手段充分 加以数字化，从而全面提高管理的效益和效率。管理数字化技术实现了企业内外部管 理的数字化和最优化，提高了企业管理水平。产品数据管理( p d m ) 是企业数字化管 理的基础，其核心思想是设计数据的有序、设计过程的优化和资源的共享。1 9 9 5 年，主 要致力于p d m 技术和计算机集成技术研究与咨询的国际咨询公司，a md a t a 公司总 裁的e dm i l l e r 给出了p d m 的简单定义：“p d m 是一门管理所有与产品相关的信息 ( 包括产品规范、电子文档、c a d 文件、产品结构、存取权限等) 和所有与产品相关 的过程( 包括工作流程的定义与管理等) 的技术” a 4 1 。而g a r t n e rg r o u p 公司的b u r d i c k d 则把p d m 定义为：“p d m 是在企业范围内为设计与制造构筑一个并行化产品协作 环境( 由供应、工程设计、制造、采购、市场与销售、客户等构成) 的关键使能器。一 个成熟的p d m 系统能够使所有参与创建、交流、维护设计意图的人们在整个信息生 命周期中自由共享与产品相关的所有异构数据，包括图纸与数字化文档、c a d 文件 和产品结构等” 1 5 1 。从上面两个定义可以看出，p d m 可以是狭义上的，也可以是广 义上的。从狭义上讲，p d m 仅管理与工程制造相关的领域内的信息，而从广义上讲， 它可以覆盖到熬个企业中产品的需求、研究与开发、产品设计、工程制造、销售、服 务与维护等各个领域、全生命周期中的信息【1 6 1 。 2 4 2 产品数据管理的意义 正在稳步高速发展的中国经济给中国的企业提供了快速发展的市场机会。在激 8 华中科技大学硕士学位论文 烈的市场竞争中不断的发展和壮大自己，是每个企业的良好愿望。然而，随着市场竞 争的加剧，产品进入市场的时间周期越来越短，企业受到市场压力越来越大，从根本 上缩短产品研发周期的愿望越来越强烈。企业需要迫切研究以下问题：1 ) 如何在“恰 当”的时间获取“正确”的数据；2 ) 如何消除企业的业务过程中那些不增值的活动与单 元；3 ) 如何减少那些由于错误数据而引发的不必要的重复劳动；4 ) 如何快速响应所 必需的工程更改；5 ) 如何通过系统的方法来保证数据的完整性、产品的可追溯性和 可审核性。这时，企业不仅仅满足于将数字化技术应用在某些过程单元上，而是开始 研究如何尽量优化自己的整个企业过程，以提高企业的总体效益。 产品数据管理( p d m ) 是依托r r 技术实现企业最优化管理的有效方法。p d m 明 确定位为面向制造企业，以产品为管理的核心，以数据、过程和资源为管理信息的三 大要素。产品数据管理成为企业、工程师和其他有关人员管理数据并支持产品开发过 程的有力工具。产品数据管理有助予企业有序和高效地设计、制造和发送产品，提高 产品开发效益。随着新技术的发展，p d m 将会在产品生命周期管理中发挥越来越重 要的作用。开发应用p d m 系统中的成功企业，将使用p d m 来集成他们的企业，最终 向数字化企业发展。可以预见，在先进技术迅速发展的今天，p d m 技术将会作为关 键技术使制造业能够在市场经济的竞争中立于不败之地。 2 4 3 产品数据管理的发展趋势 传统的p d m 系统局限于企业内部和设计阶段的工程信息管理，不能够很好的适 应敏捷制造、网络环境和虚拟环境下的产品开发，尤其是制造过程的需要。面向产品 生命周期的产品数据管理系统将出现以下几个趋势： 1 ) 未来p d m 将步入网络时代 在网上进行产品数据信息的交换，是未来企业“电子商务”的发展要求，使得产 品的样品、技术参数、定价、合同等都在i n t e r n e t 网上传送。它对于数据库的在线分 析、分布式应用等功能要求很高，这就要求研发的p d m 系统是基于i n t e r n e t i n t r a n e t 平 台的系统，充分利用网络技术优势，使它更具有扩展性和共享性。 2 ) 未来p d m 采用面向对象的数据库技术 目前企业流行使用的p d m 产品大多是在关系数据库基础上开发的具有对象特性 的p d m 系统。由于p d m 系统所要管理的数据类型及数据模型的复杂性，而关系系统 又存在语义不丰富、建模手段不足等问题，这就要求系统有良好的开放性。为了提供 面向对象的建模工具与开发工具，支持用户的二次开发，p d m 纯面向对象的数据库技 术将是大势所趋。 3 ) 未来p d m 将采用基于网络的数据库技术 9 华中科技大学硕士学位论文 面对未来的信息时代，基于网络的数据库将是一种主流技术。如最新的o r a c l e9 i 数据库就是网络数据库的一例，它针对电子商务的发展，推出了及时动态服务，开发 者可以建立电子商务网站服务。通过此服务，可从任何网站、数据库获取内容来源、存 取和整合信息，并根据这些信息的作用和客户所用的组件的种类，为每个客户进行信 息个性化处理。p d m 是介于数据库和应用软件间的一个软件开发平台，诸如此类数 据库的技术的确值得p d m 厂商借鉴。 4 ) 未来p d m 的发展方向是框架化 对于需要用p d m 系统具有覆盖整个企业经营范围功能的大型企业来说，可以使 用框架化p d m ，使得各种应用程序，诸如c a d c a m c a e c a p p 、c s m 、e r p 等，通 过各种各样的方式，如应用接口、封装等，直接作为一个个“对象”被集成进来，使得分 布在企业各个地方、各个应用中使用的所有产品数据得以高度集成、协调、共享，有 产品研发过程得以高度优化或重组。目前，市场上的商品化p d m 产品一般可以实现对 c a d 系统的封装，即在p d m 系统内直接激活c a d 工具，并对它产生的图形文件数据 进行管理。但对于其它系统则没有封装，仅提供了集成开发工具【1 7 】。 5 ) 未来p d m 应适应企业需求 今天，企业发展的自主性越来越强，为了获得最大的经济效益，近年来企业重组、并 购屡见不鲜，这就要求未来p d m 能支持此种“动态企业”，在p d m 系统之间将能够 实现：1 ) 将一个p d m 系统的数据转移到另一个p d m 系统之中；2 ) 实现一个p d m 系 统能够管理另一个p d m 系统中的数据。 6 ) 标准化。 由于应用系统中各种描述对象的语言各不相同，造成系统之间互不兼容，信息描述 的标准化是p d m 系统提高适应性和促进系统集成的基础【i ”。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 3 科尔公司数字化技术的发展历程及资源概况 数字化技术应用，是企业从经营、生产、管理和产品开发的需求出发，量力而为 的实现过程。在市场经济的条件下，数字化技术应用是以提高设计和制造效率，提高 产品质量，缩短开发周期和提高企业的竞争力为目标。伴随着企业改革和发展的历程， 历经生产过程重组和生产关系重组，科尔公司从其前身发展到今天，从传统的技术到 数字化技术的研究和应用，走过一段不寻常的道路。 3 1 科尔公司数字化技术的发展历程 在推行数字化技术的应用之前，产品图纸和工程设计完全依靠手工绘制，测绘一 台样车的车身数据需要几个月的时间。使用的工具是拉尺、平尺、高度尺、简易划线 尺和绘图板，效率低，测量误差大，最大的问题是不能用图纸反映车身的曲面信息。 车身模具的制造也采用仿型铣加工，要制造仿型靠模，刀路轨迹粗糙。公司的各类管 理数据、技术图纸及财务数据的发生、统计、汇总和传递主要是通过传统的手工方式 进行。尽管企业的规模不大，但是实际业务数据处理量繁琐，特别是财务数据的处理 和生产计划的控制和执行，由于手段单一，工具缺乏，大量的数据，如销售订单、计 划信息、材料核算、成本数据、盘点数据等，只能通过制定各类繁杂的表格、印制多 联单据来记录和统计。因此，企业数据准确率低，传输效率和数据重复利用率极低。 低效原始的工作方式客观上也增加了企业的管理成本。 科尔公司数字化技术的应用可以追溯到模具车间1 9 9 2 年数控加工机床的引进和 1 9 9 4 年模具c a d 、c a m 技术的应用及数控编程加工。从1 9 9 4 年至2 0 0 4 年，科尔公 司数字化技术的应用推进大致可划分为四个阶段。 1 ) 模具c a d c a m 初级阶段 第一阶段是1 9 9 2 年数控加工机床的引进。第一批引进的是两台3 轴d r o o p & r e i n 公司生产的数控仿形铣床，其控制系统是i n c o n 系统。i n c o n 系统具有数控和仿形两种功 能。由于没有c a d 数模支持，当初只能当作仿形铣床使用。效率低，误差大。这种情况持续 了年多时间。 1 9 9 4 引进了5 台s g i 工作站和5 套e u c l l d 3c 雠a m 软件。通过以太网构建 1 1 华中科技大学硕士学位论文 了硬件以s g i 工作站为主体，软件以e u c l i d 3 为核心的车身模具c 蚀c a m 系统， 实现了与数控机床的数据交换和共享。该系统以解决柳州五菱l z w l 0 1 0 p s 双排座货 车模具的设计和数控加工为目标。由于采用了c a d c a m 编程和数控加工，数学模型 取代了实物模型，变模拟量传递为数字量传递，与仿型铣加工相比，精度由0 ，1 毫米 提高到o 0 2 毫米，加工效率提高了4 0 ，大大的缩短了模具制造周期，l z w l 0 1 0 p s 双排座货车的生产比原计划提前半年下线。“车身模具c a d c a m 系统”荣获9 5 全国 新产品新技术交易会银奖。公司迈出了以数字化设计和制造为主的技术创新和单元信 息技术应用的第一步。图3 - 1 为汽车覆盖件模具数字化制造的一般流程。 2 ) “甩图板”工程阶段 第二阶段是1 9 9 6 年至1 9 9 9 年，这一阶段正是国家科技部大力倡导“甩图板”工程的 时期，c a d 应用工程得到全面发展。制造业信息化作为我国“以信息化带动工业化的 突破口”，迅速形成了良好的政策导向，受n t 广泛关注。公司组织开展了c a d 应用 的培训，全面开展“甩图板”工程。设计人员开始采用a u t o c a d 二维绘图进行产品零 部件和工装夹具的c a d ，改变传统的手工二维绘图方法。由于设计工作的数字化， 设计工程师设计产品或工程的能力迅速加强，工作效率也显著提高，使得设计工作焕 发出勃勃生机。随着c a d 应用工程的深入开展，公司加大了三维c a d c a m 软件的 应用步伐，1 9 9 8 年引进了三维c a d c a m 软件p r o e n g i n e e r ，进行零件三维建模 设计。通过培训，许多工程技术人员掌握了c a d 设计的方法。三维图形效果更加直 观，更加利于分析和检验设计结果，更加利于设计修改。在此阶段，开发了p s 双排 座货车的变型车p s n 。车身的大部分零件实现了c a d 设计，通过三维c a d 零件设计 的装配组合，初步建立起数字化电子样车的雏形。 3 ) 三维c a d c a e 应用工程阶段 第三阶段是2 0 0 0 年至2 0 0 2 年，c a d c a m 技术产生了很大的飞跃，开始应用c a e 进行车身和车架的受力分析。公司于2 0 0 0 年初成立c a e 小组，引进m s c 公司的大 型结构有限元分析软件m s c n a s t r a n ，以及m s c p a t r a n 、m s c ，d y t r a n 、 m s c f a t i g u e 。图3 - 2 所示为c a e 软件系统组成。 华中科技大学硕士学位论文 图3 1 汽车覆盖件模具数字化制造流程 华中科技大学硕士学位论文 图3 - 2c a e 软件系统组成( 资料来源：科尔公司技术工程部) 在l z w 6 3 7 1 ( n 1 ) 车的车身设计中，进行了车身结构强度的静态和动态分析( 包 括静态弯曲变形、静态扭转变形、整车一阶扭转频率振型、整车一阶弯曲频率振型等 分析) 。图3 - 3 是n 1 车的c a e 分析模型图。 n 1 车自车身c a e 分析模型n 1 车静态弯曲变形 图3 - 3 n 1 车c a e 分析模型 ( 资料来源：科尔公司技术t 程部) 1 4 华中科技大学硕士学位论文 4 ) 数字化技术整合阶段 随着企业改革的不断深化，1 9 9 9 年五菱集团实行了企业改制，以汽车生产的四 大工艺车间为主体成立了柳州五菱汽车股份有限公司。2 0 0 1 年7 月，通过国有资产划 拔方式，上汽集团受让柳州五菱汽车股份有限公司7 5 9 的股权，柳州五菱汽车股份 有限改组为“上汽集团五菱汽车股份有限公司”。随后，美国通用汽车公司以资本投 入的方式加入上汽五菱，并最终建立“中、中、外”的合作新模式，成立了“上汽通 用五菱汽车股份有限公司”，上汽集团、柳州五菱汽车有限责任公司、通用汽车公司 将分别占有5 0 1 、1 4 6 、3 4 的股权。模具车间划归直属于柳州五菱汽车有限责任 公司。由于上汽通用五菱汽车股份有限公司管理和采购模式的改变，模具车间失去了 与其原有的关联服务的项目，业务量急剧减少，销售收入和利润大幅下滑，销售额从 2 0 0 0 年的4 0 0 0 万元降到2 0 0 2 年的1 5 0 0 万元( 见图3 4 ) 。模具车闾局限于集团内 部服务的生产和经营模式的弊端暴露无遗。封闭式的经营模式，使得模具车间所拥有 的设备和技术优势不能发挥应有的效益。 柳州市以信息化带动工业化，再造一个工业柳州的战略决策为柳州市信息化技 术的应用和发展带来了机遇。2 0 0 3 年2 月通过股东柳州市投资控股公司、柳州五 菱汽车有限责任公司、柳州联合汽车发展有限责任公司、柳州机械厂的投资和资产重 组，柳州科尔数字化制造技术有限公司注册成立，确立了以数字化技术的研究应用为 手段，盘活模具车间的技术设备等存量资产，全面整合、开发和利用数字化技术，实 现技术和服务创新，提高企业竞争力的战略。在此阶段，追加投资1 8 0 0 万元引进了 i m a g e w a r e 逆向工程软件、流动式光学三维扫描仪、快速原型制造设备、真空注型机 等先进的技术和设备，进一步加强了数字化设计和制造的实力。公司的目标是致力于 为区内外的企业提供产品设计、逆向工程、快速原型、n c 编成、三坐标测量、模具 设计，制造、以及c a d ，c a e ，c 触订技术开发的全方位技术支持与服务。 通过整合运作，公司的运营情况出现了良好的发展势头。2 0 0 4 年实现销售收入 3 2 0 0 万元。图3 - 4 是公司销售情况的变化趋势。 图3 - 4 销售收入的趋势( 资料来源：科尔公司市场部) 华中科技大学硕士学位论文 3 2 科尔公司数字化技术人力资源概况 人力资源的数量和质量是开展数字化技术应用实践和研究的重要基础。这些年 来，科尔公司很抓人力资源队伍的建设，采取了内部培养，外部招聘相结合的办法， 以项目为驱动，锻炼人才队伍。目前已初步形成了一定的人力资源规模，使之与数字 化设计制造技术应用相匹配。 1 ) 员工的数量结构。公司现有在岗员工2 5 0 多人。从事产品数字化设计、工艺 和工装设计和质量管理的各类工程技术人员4 5 人，占员工总数的1 8 。具有工程师 以上职称的3 5 人，其中高级工程师1 0 人，具有硕士以上学历的7 人。在生产岗位有 技师2 0 人，高级技师5 人。 2 ) 员工的年龄结构。员工中2 5 3 5 岁的约占6 0 ，他们思维活跃，肯学肯钻， 是公司的生力军；3 5 4 5 岁的约占3 0 ，这些人年富力强，是公司的中坚力量；其余 是4 5 岁以上的，他们具有丰富的工作经验，担任有高级技术专家和高级管理人员职 位。 3 ) 外聘专家。通过招聘外部专家组成专家委员会。虽然他们不是公司的在册员 工，但是，他们能为公司提供宝贵的技术决策支持和建议。专家中有中国工程院院士、 上海交大阮雪榆教授为特