管理一家全球分散的制造企业已不再是科幻小说或智库的主题,而是当今的现实。这一现实对自动化的影响最大的是公司产品从设计到制造的周期。为了使公司更快地实现概念到可销售产品的时间,同时减少错误,来自许多部门的员工必须一起工作,共享一套共同的信息。使情况更加复杂的是,这些员工通常分布在不同的时区和文化中。
在有客户需求的地方,通常至少有一个供应商在努力寻找解决方案。事实上,出现了许多解决方案,每个解决方案都解决了问题的一部分。整合产品设计工程师、制造工艺工程师、机器设计工程师、信息技术专业人员的工作,更不用说订单输入、生产和质量领域,是一个复杂的问题。目前还没有一种产品能做到这一切,一些想法仍在形成中。这无疑是一个具有令人兴奋的提高制造业竞争力潜力的领域。
产品生命周期管理(PLM)是用来描述为该领域设计的应用程序和功能的术语。PLM的一部分已经相当成熟,而另一部分还在概念阶段孵化。有一件事是肯定的;这个地区充斥着缩写词。本文将介绍许多帮助公司提高竞争力的技术,以及一些为未来提供帮助的技术。
计算机辅助设计(CAD)和产品定义管理(PDM)是被广泛采用的成熟技术。这些产品帮助设计师定义产品。计算机辅助制造(CAM),通常与CAD联系在一起,如CAD/CAM,也是一种成熟的技术,可以直接从机械设计图纸中帮助进行制造过程规划。CAD/CAM有助于定义如何制造产品,它主要在机械加工离散产品的行业中发挥作用。
定义如何制造产品的过程正在从CAM扩展到制造过程管理(MPM),这是由位于新罕布什尔州朴茨茅斯的软件开发商Tecnomatix所倡导的。另外,在计算机数字控制(CNC)环境中定义如何制造零件的自动化过程是一个称为STEP-NC的标准。这个发展中的标准是由开放模块化体系结构控制(OMAC)机床工作组倡导的。另一个帮助自动化设计过程的软件应用程序是装配设计(DFA),用于开发可以以经济有效的方式制造的产品。
在此过程中,有一种集成在CAD中的技术,可以帮助制造工程师通过自动化控制开发来设计完整的传输线。最后,还有一种电子表单工具可以帮助一家公司整合所有部门,缩短从订单到发货的周期。
可访问信息
信息是管理全球制造企业所需要的。问题是,生产信息是由部门归档的,需要的人往往无法访问。即使纸质文档已经转换为电子格式,不同的存储标准和应用程序类型仍然使信息对绝大多数需要它的人来说是无用的。
迪克·斯兰斯基(Dick Slansky)是马萨诸塞州戴德姆(Dedham)的高级分析师。制造业分析公司ARC Advisory Group指出,“为了在本地、区域和全球范围内开展业务,大量的产品信息必须在各种设施及其相关的工厂设备、生产过程和机床之间转移和交换。”
根据Slansky的说法,那些希望灵活、快速、经济地对不断变化的市场条件做出反应的制造商,必须尽可能快地在企业的所有领域提供生产信息。但仅仅有空是不够的。该信息必须采用一种可以在任何级别上处理、解释和执行的形式。这意味着必须避免数据转换和对不完整格式翻译的重新处理。他建议:“对于在区域和全球范围内开发和制造的公司来说,从工程设计工作站到工厂车间的机床,拥有跨企业的通用和统一的数据格式和接口已经变得至关重要。”
Slansky看到ISO标准14649,STEP-NC的发展,作为CAM过程和CNC之间的拼图的必要附加部分。“STEP-NC缓解和稳定了CAM过程中的薄弱环节:CNC程序,它代表了制造计划过程和机床控制系统之间的接口,”他补充说。
马丁·哈德威克是纽约州特洛伊市步进工具公司的总裁,他解释说:“该标准定义了加工零件的产品、工艺和工具要求数据。它是IEC(国际电工委员会)技术委员会TC184/SC4正在开发的一套协议之一,用于定义制造计划,控制和检查的数据。”
IEC委员会预计不久将发布一份草案。新草案将包括对显式工具路径数据的支持,并将使用可扩展标记语言(XML)来实现跨互联网的数据分发。根据Hardwick的说法,新的草案将作为EXPRESS模型和一组模块化XML schema发布。
OMAC机床工作组,一个由行业用户和供应商组成的志愿委员会,已经发布了关于STEP-NC问题的价值主张文件。它指出,“STEP-NC构成了通用数据交换和互操作性环境的总体优势,使机器零件规划和编程与机床之间的协作生产过程成为可能。”它还使“可以保留和存储的加工特征数据库,以方便将来使用的成品零件配置”成为可能。
该文档将互操作性的好处作为采用STEP-NC的最可量化的组成部分。根据美国国家标准与技术研究院(NIST)最近一项关于互操作性成本的研究,原始设备制造商和一级制造商每年花费约36亿美元来解决与不完善的数据交换和互操作性相关的问题。STEP-NC通过为制造业提供一种通用的加工特征开放数据格式,将显著降低互操作性的成本。”
自动化控制
Tecnomatix倡导的PLM系统的一个组成部分被称为制造过程管理(MPM)。咨询公司Frost & Sullivan将PLM定义为一个计算机辅助平台,该平台支持在产品生命周期内创建和管理信息的一系列系统。MPM软件是PLM的一个组成部分,专门为制造过程提供信息管理功能。它提供了上游应用程序(如CAD)和下游企业资源规划(ERP)之间的联系。
MPM系统创建最终装配制造过程(eops,或电子过程清单)的分层表示。eBOP捕获过程逻辑和流,并定义操作、制造资源和产品部件之间的关系。MPM规划工具能够设计最佳的装配序列,并促进产品变体及其变化的管理。
根据Frost & Sullivan的一份报告,MPM产品有三个主要的市场驱动力:成本节约、更快的上市时间和更大的信息集成。
产品开发周期的一部分发生在制造工程师确定工艺之后。然后控制工程师必须确定操作顺序并对自动化设备进行编程。这是一个经常充满错误的过程,通常是由于零件设计和/或过程设计中包含的信息不完整。
更好的系统是在过程的每个阶段将基本控制信息嵌入电子设计对象中。一个基本的控制程序可以从设计文件中自动生成,甚至可能在切割第一块钢之前就可以进入一个程序,在这个程序中可以模拟生产线并调试问题。
事实上,这样一个系统是存在的。密尔沃基罗克韦尔自动化公司设计自动化业务的业务经理Tim Reckinger说,该公司的企业控制产品最初是罗克韦尔、戴姆勒-克莱斯勒和达索公司的一个研发项目。这个想法是为了能够在制造系统建立之前验证它。“PLM人员有一个很好的模型来移动设计来处理信息,但他们缺乏如何转换控制和完成仿真。有些人可以做机器人,但不能做可编程控制器。”
Reckinger指出,这款产品最近才从研发阶段进入产品阶段。
管理变更
有时,对产品生命周期系统的需求超出了将离散产品投入制造的狭隘定义。工程变更是生产中不断发生的事实。企业中的许多部门都需要跟踪变更。它是质量标准的重要组成部分,也是保修计划的要求。
罗克韦尔自动化开发了一种名为DABASA的策略,即“随处设计,随处构建,随处支持”的缩写。在这一战略下,产品可以在成本最有利的地方设计、制造和支持,在有知识和生产能力的地方。
使DABASA成为现实是一个巨大的信息管理挑战。罗克韦尔产品生命周期系统IT经理Bob Perk解释说:“我们不断在两个业务部门之间调整产品线,并与第三方合作。”“我们需要一个能够控制这一切的系统——一个能够把一个项目从一个地方搬到另一个地方,让每个人都能获得正确信息的基础设施。”
经理们认为最好有一个单一的、开放的和模块化的系统来管理所有的产品信息,以及跟踪关键的活动,比如新产品发布和工程变更,以便实现这个公司的计划。
该公司最初基于UGS PLM Solutions公司的产品开发了一个名为产品信息中心的定制解决方案,UGS PLM Solutions公司是一家位于密苏里州马里兰高地的公司,是位于德克萨斯州Plano的EDS公司的一部分。
当UGS PLM的Teamcenter产品上市后,位于密尔沃基的罗克韦尔工程服务经理Barry Umbs看到了基于web的全球协作环境的好处。但为了证明升级是合理的,该系统必须为自己买单。帕克和乌姆布斯,以及克利夫兰的罗克韦尔工程服务经理迈克·法尔(Mike Faler)和威斯康辛州梅昆的质量流程经理丹尼·康纳斯(Denny Connors)。他意识到罗克韦尔组件和打包应用部门的纸质工程变更流程提供了展示快速投资回报的最佳机会。
“变更管理通常不是开始实施PLM的地方,”Perk说。“但我们从那里开始,是为了向管理层证明,这个系统可以为自己买单。”以纸张为基础的程序每年处理2,000份工程变更通知,平均需要74天才能完成。
一旦安装了产品信息中心,它的工作流程功能就会根据设备的ECN流程进行定制。现在,ecn不再需要起草人带着文件跑来跑去、追踪签名,而是通过产品信息中心(Product Information Center)以电子方式自动地在审稿人之间传递。每个ECN的附件是审稿人需要看的所有文件。Perk估计,通过产品信息中心管理ECN流程,每个ECN可节省约200美元,该单位每年可节省40万美元。
但这只是改善的一个小方面。处理ECN的平均时间减少了一半,从74天减少到37天。此外,起草人不再需要亲自寻找必要的签名,因此他们有更多的时间起草。“我们不仅减少了ecn的积压和周期时间,”Perk说,“我们也减少了起草工作的积压。”
以其他方式自动化业务流程的各个方面可以对产品生命周期管理产生重大影响。布鲁诺独立生活援助,位于威斯康星州奥克诺莫克。是一家为可能面临行动不便挑战的个人提供解决方案的公司。产品包括楼梯升降机,电动椅,踏板车,汽车升降机和汽车座椅。
布鲁诺信息系统总监鲍勃·赫罗德(Bob Herold)说,大约一年前,销售经理召开了一次会议,指出公司定制产品的订单从最初的订单到生产订单的周转需要8个小时。如果周转时间可以缩短一半,那么客户满意度就会提高,现金流也会增加。赫罗尔德说,在启动计划会议上,有人指出,如果他们想把时间缩短到四个小时,他们还不如把时间缩短到两个小时。事实证明,这是一个预言性的声明。
在不久之后的一次会议上,赫罗德会见了加州电子表格开发商卡迪夫软件公司(Cardiff Software)在当地的代表,发现该公司名为Liquid Office的产品适合新的流程。
现有的流程包括34种不同的产品形式,都是手工完成和流通的。内部区域经理会接到销售人员或经销商下订单的电话。经理将找到适当的表格并填写所有必需的信息。然后,表单进入两个不同的发件箱之一,用于不同的路由。一个路由可能通过应用程序工程进行审查,而其他订单可能直接路由到生产。
因为这是一个手动系统,表单在操作或批准之前可能会在收件箱或发件箱中放置几个小时。我们需要的是一种使这一系统自动化的方法,以便更快地移动路线。
该公司购买了Liquid Office,并将所有34张表格转换为电子格式。然后,这些路由被放入一个称为工作队列的自动系统中。一旦有一个人批准了,该操作就会被记录下来,并通过电子邮件通知排队的下一个人。生产线上的每个部门都设定了一个目标,在指定的时间间隔内查看所有未完成的订单,通常是每15分钟一次。如果订单与标准组件没有偏差,那么它将迅速通过系统。如果要进行额外的工程或做功,即使这样,在电子系统中也能更快地作出反应。
最后,订单处理时间被缩短到两个小时。不仅如此,电子格式还包含减少错误和迫使订单输入人员更完整地填写表单的功能。通过使用单选按钮和下拉框,表单的数量从34个减少到6个。现在,当输入客户编号时,将自动填充表单中的13个字段。
该项目的最后剩余部分是开发一种将完成的表单直接移动到ERP系统中的方法。赫罗尔德希望在不久的将来实现这一目标。