機(jī)電一體化要求實(shí)施PLM定義管理

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統(tǒng)一的框架

機(jī)電一體化的挑戰(zhàn)要求實(shí)施 PLM 定義管理以及 ECAD 到 MCAD 的協(xié)作

成功的產(chǎn)品開發(fā)不僅需要?jiǎng)?chuàng)新的產(chǎn)品，還需要按時(shí)和按預(yù)算完成的開發(fā)周期。但是，生產(chǎn)復(fù)雜產(chǎn)品的行業(yè)（包括高科技、汽車、航空航天和國(guó)防以及工業(yè)設(shè)備）常常要費(fèi)力地將機(jī)械、電氣和軟件設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)工作整合起來。

在 Manufacturing Business Technology（制造業(yè)信息管理）雜志最近開展的一項(xiàng)在線調(diào)查中，88% 的被調(diào)查者指出，在其產(chǎn)品開發(fā)工作中需要進(jìn)行上述設(shè)計(jì)專業(yè)之間的整合（稱為機(jī)電一體化）。但是，大部分被調(diào)查者在進(jìn)行此協(xié)同時(shí)都很費(fèi)力。調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于整合做得不好，超過一半的被調(diào)查者未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品上市、成本和預(yù)算目標(biāo)。此次調(diào)查還表明，為管理機(jī)電一體化所提供的技術(shù)支持不夠完備。大多數(shù)公司都實(shí)施了一些標(biāo)準(zhǔn)的流程和數(shù)據(jù)管理解決方案。但是，這些系統(tǒng)通常位于按專業(yè)劃分的"隔倉(cāng)"中。機(jī)電一體化帶來了許多跨專業(yè)的溝通難題。這從被調(diào)查者對(duì)工作流程和整合的關(guān)注（以溝通各個(gè)工程領(lǐng)域）中可以明顯看出。幸運(yùn)的是，這些難題有多種解決方案，范圍從針對(duì)機(jī)電一體化的綜合性產(chǎn)品生命周期管理 (PLM) 支持工具，到新一代的機(jī)械和電氣整合與協(xié)作工具。

機(jī)電一體化中低效的協(xié)調(diào)

根據(jù)此次在線調(diào)查，如果產(chǎn)品開發(fā)工作涉及的多個(gè)設(shè)計(jì)專業(yè)之間的協(xié)作效率很低，則可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的問題，最嚴(yán)重的包括延誤產(chǎn)品上市和召回產(chǎn)品。此次調(diào)查的目的是，評(píng)估圍繞著機(jī)電一體化的挑戰(zhàn)，以及評(píng)價(jià)業(yè)界對(duì)支持機(jī)電一體化所需的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的看法。

此次調(diào)查在2007年年底開展，以下是其中一些重要的結(jié)論：

很大一部分被調(diào)查者遇到過因設(shè)計(jì)專業(yè)之間的低效協(xié)作而引起的問題，具體來說，有 63% 遇到了后期產(chǎn)品變更，有57% 遇到了產(chǎn)品上市被延誤，另有 40% 遇到了無節(jié)制地消耗預(yù)算的問題。（請(qǐng)參見圖 1。）

協(xié)同問題嚴(yán)重影響到產(chǎn)品成本和上市時(shí)間。超過 60%的被調(diào)查者指出，他們由于溝通不佳而在項(xiàng)目中損失了大量時(shí)間；此外，有33%的大型公司指出，它們?cè)陧?xiàng)目時(shí)間表中浪費(fèi)了超過 20% 的時(shí)間。

許多公司現(xiàn)正采取措施來解決這些挑戰(zhàn)，其中有一半的被調(diào)查者考慮在未來 6-24個(gè)月內(nèi)安排資金來改善跨專業(yè)的協(xié)同。

此次調(diào)查的結(jié)論可以分為三方面：與機(jī)電一體化相關(guān)的挑戰(zhàn)和問題的現(xiàn)狀；目前對(duì)機(jī)電一體化的系統(tǒng)支持；以及對(duì)可幫助解決或避免問題的功能的想法。更深入地研究這三方面可以發(fā)現(xiàn)，制造商在許多垂直行業(yè)中都面臨著機(jī)電一體化的挑戰(zhàn)，而且公認(rèn)設(shè)計(jì)專業(yè)之間的溝通故障可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。有幾位被調(diào)查者提到，"跨專業(yè)的協(xié)作是我遇到的最大問題"。此外，大部分被調(diào)查者準(zhǔn)備采取措施來解決與日俱增的機(jī)電一體化挑戰(zhàn)。

眾多被調(diào)查者指出，溝通是機(jī)電一體化獲得成功的核心。在被問到各自公司中低效的硬件/ 軟件協(xié)調(diào)的主要原因時(shí)，43%的被調(diào)查者指出"設(shè)計(jì)專業(yè)之間缺乏溝通"是首要的原因。

 
大多數(shù)被調(diào)查者都遇到過由于機(jī)械、電子和軟件設(shè)計(jì)專業(yè)之間的低效協(xié)作而造成的嚴(yán)重問題。

此次調(diào)查的結(jié)果表明，跨專業(yè)的低效協(xié)作還增加了產(chǎn)品開發(fā)工作的時(shí)間（請(qǐng)參見圖2）。除了損失時(shí)間之外，被調(diào)查者指出的其他常見問題還包括：

未符合要求 (43%)
機(jī)械干涉 (38%)
線束的布線問題 (27%)，以及
移動(dòng)的元件位置 (25%)。
 
被調(diào)查者指出，在召回的產(chǎn)品中，20% 是因?yàn)?未正確協(xié)調(diào)機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)"，11%是因?yàn)?未正確協(xié)調(diào)硬件和軟件設(shè)計(jì)"。而在調(diào)查中小型公司（年收入低于5 億美元）時(shí)，這個(gè)問題甚至更糟（比例為26%）。同樣是這些小公司，它們費(fèi)力地解決機(jī)械干涉問題的比例更高-有 43% 提到這是最常遇到的協(xié)同問題，相比之下在較大的公司中有 29% 這樣說。考慮到所有這些產(chǎn)品召回的不同原因，注意到低效協(xié)同的影響如何能導(dǎo)致如此嚴(yán)重的沖擊會(huì)令人大吃一驚。

沒有公司能夠避免產(chǎn)品開發(fā)問題，而此類問題可能會(huì)產(chǎn)生可怕的后果。在被問到低效的協(xié)作對(duì)各設(shè)計(jì)專業(yè)中的事務(wù)有何影響時(shí)，有64% 的被調(diào)查者提到后期產(chǎn)品變更，有57% 遇到過產(chǎn)品上市延誤，有42% 遇到過額外的返工，另有40% 指出預(yù)算被無節(jié)制地消耗。

最后，雖然大部分被調(diào)查者認(rèn)為他們平常在跨設(shè)計(jì)專業(yè)進(jìn)行整合方面做得很好，但是，還是這一批被調(diào)查者，在回答其他問題時(shí)，他們承認(rèn)遇到過因低效的協(xié)調(diào)而造成的問題（請(qǐng)參見圖3），包括后期產(chǎn)品變更、產(chǎn)品上市被延誤以及額外的返工。實(shí)際上，在那些報(bào)告說他們?cè)谡戏矫孀龅煤芎玫谋徽{(diào)查者中，有三分之一因?yàn)榈托У恼隙茨苓_(dá)到 20-40% 的交付里程碑?；蛟S這表明了雖然協(xié)同問題不會(huì)一直發(fā)生，但這些協(xié)同問題的影響可能非常大。

超過三分之一 (36%) 的被調(diào)查者還報(bào)告說，雖然他們建立了正式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，但仍在協(xié)同不同的專業(yè)時(shí)遇到嚴(yán)重的問題。對(duì)于那些報(bào)告說未建立正式系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的公司，情況甚至更糟 - 有三分之一的公司提到它們"經(jīng)常"遇到各種問題。

除了承認(rèn)存在著重大的機(jī)電一體化挑戰(zhàn)之外，被調(diào)查者還表明，大多數(shù)公司認(rèn)為，仍可通過更好的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和 PLM 功能取得更多的進(jìn)展，以便解決這些問題。當(dāng)前可適用于機(jī)電一體化的 IT 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以說是千變?nèi)f化。一些公司建立非常簡(jiǎn)單的電子文件系統(tǒng)，用于保存設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；另一些公司在網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器上保存這些 CAD 文件。相比之下，還有一些公司采用了 PLM 系統(tǒng)（包含用于工程、需求和變更管理的模塊），以及基于 Web 的工作流程，以支持諸如工程變更等功能。PLM 應(yīng)用程序套件還解決了基于 Web 的可視化和項(xiàng)目管理問題。

被調(diào)查者對(duì)用于機(jī)電一體化的技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的滿意度比較低。例如，37%的被調(diào)查者確認(rèn)其公司建立了"正式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程以及早發(fā)覺跨專業(yè)的整合問題"，但超過一半 (55%) 的被調(diào)查者仍在整合各個(gè)專業(yè)時(shí)遇到問題。

一些被調(diào)查者提到，由于低效的協(xié)同而損失了多達(dá) 40% 的項(xiàng)目時(shí)間。即使有 58% 的被調(diào)查者表示平常在跨設(shè)計(jì)專業(yè)進(jìn)行整合方面做得很好，他們?nèi)杂龅搅硕喾N類型的問題。

改善基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

雖然許多被調(diào)查者都實(shí)施了一些標(biāo)準(zhǔn)的流程和數(shù)據(jù)管理解決方案，但可能存在著按專業(yè)劃分的"隔倉(cāng)"。例如，對(duì)提高工作流程效率的關(guān)注，反映出公司逐漸意識(shí)到需要認(rèn)真對(duì)待機(jī)電一體化固有的跨專業(yè)溝通挑戰(zhàn)。

有47%的被調(diào)查者說他們建立了可滿足需要的工作流程系統(tǒng)，有22%說他們實(shí)施了很少的工作流程，另有9%根本未建立此類系統(tǒng)。另一個(gè)常見的回答是，雖然實(shí)施了可滿足需要的工作流程，但只是在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中這樣做。

甚至在那些說已實(shí)施了可滿足需要的工作流程的被調(diào)查者中，仍有 72%報(bào)告說遇到了幾種問題中的至少一種，包括預(yù)算被無節(jié)制地消耗、額外的返工和產(chǎn)品上市延誤。

因此，雖然大多數(shù)公司認(rèn)為自己建立了某種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來應(yīng)對(duì)新產(chǎn)品開發(fā)的工作流程，但是，看起來還是缺乏用于協(xié)調(diào)機(jī)電一體化涉及的多個(gè)專業(yè)的特定功能，因而對(duì)業(yè)務(wù)績(jī)效造成了負(fù)面影響。一些被調(diào)查者提到，由于低效的協(xié)同而損失了多達(dá)40%的項(xiàng)目時(shí)間。

在被問到將來可能會(huì)投資于哪些 PLM 軟件功能領(lǐng)域時(shí)，評(píng)級(jí)最高的兩個(gè)特定領(lǐng)域是增強(qiáng)硬件和軟件BOM與變更管理的集成，以及增強(qiáng)對(duì)電子CAD和機(jī)械CAD庫(kù)的管理，以便提高設(shè)計(jì)的重用率和減少返工。此次調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，一半的被調(diào)查者會(huì)考慮安排資金來改善設(shè)計(jì)的集成，而且他們中有許多人希望在短期內(nèi)取得進(jìn)展（請(qǐng)參見圖 4）。

綜合解決方案

CIMdata是一家位于密歇根州安阿伯市的分析公司，它的研究主任Ken Amann說道："許多公司承認(rèn)，在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程中定義和開發(fā)軟件與電子元件方面，它們必須做得更好"。

Amann說，有些制造商已經(jīng)在編制方面采取了一些措施，例如突出軟件和電子設(shè)計(jì)師在產(chǎn)品創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)中的地位。Amann又說，產(chǎn)品生命周期管理 (PLM) 軟件對(duì)于機(jī)電一體化還扮演著使能角色，原因是，它能夠集中管理產(chǎn)品的定義，并能夠定義用于溝通各個(gè)領(lǐng)域的工作流程和過程管理功能。"我們從供應(yīng)商那里并沒有看到許多特定的'機(jī)電一體化'應(yīng)用程序，而是看到他們嵌入那些必需的功能，以便更有效地整合和管理整個(gè)產(chǎn)品 - 產(chǎn)品中包含機(jī)械、軟件和電子元件"，Amann 這樣說道。

PLM 軟件套件的功能包括核心產(chǎn)品定義管理和協(xié)作管理，可以將此類套件看作機(jī)電一體化的使能器。Amann 指出，PLM 解決方案以兩種方式支持機(jī)電一體化：集中管理產(chǎn)品的定義，以及改善工作流程和過程的管理。他舉了例子，說 PLM產(chǎn)品記錄中的定義管理應(yīng)包含有關(guān)使用了什么軟件的重要信息，即使軟件工程師使用不同的系統(tǒng)來執(zhí)行諸如跟蹤錯(cuò)誤等工作。

他說道："PLM 供應(yīng)商開發(fā)了一些工作流程，能夠?qū)④浖碗娮有畔M(jìn)來，并與管理其他領(lǐng)域的那些工具相集成，而不管這些工具是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具還是軟件開發(fā)環(huán)境。我們開始看到工作流程正擴(kuò)展為包含這些其他方面，并將它們結(jié)合為產(chǎn)品生命周期的整個(gè)工作流程。"

Pawel Chadzynski 是 PTC 的電子 CAD (ECAD) 解決方案產(chǎn)品管理副總裁，他同意 Amann 的說法，即機(jī)電一體化需要統(tǒng)一的框架（用于數(shù)據(jù)管理），以及協(xié)作的應(yīng)用程序（用于在各設(shè)計(jì)領(lǐng)域之間交換特定的信息）。

PTC 還提供 ProductView 系列工具，其中包括 InterComm，它能夠比較由各種工具（用于不同的領(lǐng)域）創(chuàng)建的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)有何不同。Chadzynski 指出，InterComm 能夠找出各領(lǐng)域之間不同步的設(shè)計(jì)元素，而 Windchill 充當(dāng)著信息的中樞。"當(dāng)你考慮到當(dāng)今產(chǎn)品的總體定義通常需要機(jī)械、軟件和電氣設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，很明顯，在一個(gè)地方管理所有這些信息是有效地管理協(xié)作的基本前提。而這正是 Windchill 的本質(zhì)。它將來自不同專業(yè)的此類數(shù)據(jù)收集到一個(gè)容器中。"

在會(huì)考慮安排資金來改善集成情況的那 50% 的公司中，有很大一部分希望能迅速取得進(jìn)展。

填平鴻溝

PTC 在 2008 年 1 月發(fā)布了 Pro/ENGINEER Wildfire野火版 4.0 MCAD 解決方案，在其中提供了對(duì)機(jī)電一體化的新一代支持。此解決方案包含 ECAD-MCAD 協(xié)作擴(kuò)展，能夠通過互相溝通逐漸增加的變更在電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)師之間實(shí)現(xiàn)程度更高的協(xié)作。此外，它能夠在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中快速識(shí)別設(shè)計(jì)方案的 MCAD 和 ECAD 版本之間的不同之處。

Pro/ENGINEER Wildfire 野火版 4.0 ECAD-MCAD 協(xié)作擴(kuò)展旨在解決諸如機(jī)械干涉和移動(dòng)的元件位置等問題。根據(jù)在 2007 年進(jìn)行的此次調(diào)查，在機(jī)電一體化面臨的最大問題中，分別有38%和25%的被調(diào)查者提到這兩個(gè)特定問題（請(qǐng)參見圖 5）。此外，被調(diào)查者指出，在設(shè)計(jì)審查會(huì)議中只能發(fā)現(xiàn)32% 的協(xié)同問題，而其余問題是在過程的后期發(fā)現(xiàn)的，此時(shí)解決這些問題的代價(jià)變得非常高。ECAD-MCAD 協(xié)作擴(kuò)展可以幫助在過程中更早的階段發(fā)現(xiàn) ECAD 和 MCAD 之間的這些協(xié)同問題，從而顯著減少了后期變更。

Pro/ENGINEER Wildfire 野火版 4.0 協(xié)作擴(kuò)展使用新出現(xiàn)的基于 XML 的架構(gòu)來記錄變更及其相關(guān)注釋。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在可以訪問完整的"交談"歷史記錄，包括各次批準(zhǔn)和拒絕的記錄。這種架構(gòu)稱為 ECAD 設(shè)計(jì)/MCAD 設(shè)計(jì)或 EDMD，它在 ProSTEP iVIP Association 的支持下即將成為一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。類似于這種 EDMD 架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)是開發(fā)跨平臺(tái)的協(xié)作解決方案流程（位于來自不同 ECAD 和 MCAD 供應(yīng)商的、本來不兼容的工具之間）的關(guān)鍵使能器。此標(biāo)準(zhǔn)旨在與現(xiàn)有的協(xié)作標(biāo)準(zhǔn)（例如 IDF）一起使用，而不是取代這些標(biāo)準(zhǔn)。

此解決方案利用了 PTC 的 ProductView 和 InterComm產(chǎn)品系列，而 Chadzynski 指出，許多公司已使用這些產(chǎn)品系列來溝通機(jī)械和電子領(lǐng)域。ProductView ECAD Compare 會(huì)突出顯示 ECAD 和 MCAD 數(shù)據(jù)中的不同之處， 而InterComm Expert 可識(shí)別 ECAD 結(jié)構(gòu)并幫助進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。PTC 提供的這兩個(gè) ECAD 和 MCAD 查看解決方案集成為一個(gè)日漸緊密結(jié)合的可視化和協(xié)作解決方案，與 ProductView 產(chǎn)品系列（此系列與 Pro/ENGINEER 和 Windchill 相集成）共享一個(gè)品牌。

Chadzynski 說："本質(zhì)上，我們提供了一系列圍繞著Intercomm 和 ProductView 的技術(shù)，它們?cè)试S不同專業(yè)的設(shè)計(jì)師使用由 Windchill 管理的數(shù)據(jù)來觀察各自的領(lǐng)域。"Chad Hawkinson 是 PTC 的電子產(chǎn)品戰(zhàn)略的副總裁，他指出 Windchill 還與 ECAD 設(shè)計(jì)工具和軟件配置管理解決方案相集成。他補(bǔ)充道，這種想法并不是要取代提供完整產(chǎn)品定義的系統(tǒng)（例如 Rational ClearCase）的功能，而是使這些系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)與在 Windchill 中找到的整體產(chǎn)品信息同步，以便它可以充當(dāng)統(tǒng)一的框架。

按照 Hawkinson 的說法，針對(duì)機(jī)電一體化的 PLM 支持以管理各領(lǐng)域之間的特定信息交換為中心。Hawkinson 總結(jié)道："Windchill 可以在開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品時(shí)集合不同專業(yè)的力量，以實(shí)現(xiàn)更緊密的協(xié)同。為了改善機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)，PTC 將不斷提供創(chuàng)新的解決方案，例如 Pro/ENGINEER Wildfire 野火版 4.0 中的新功能，以及計(jì)劃在將來實(shí)現(xiàn)的其他功能。

 被調(diào)查者遇到許多因低效的協(xié)同而造成的不同問題。

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