1 项目背景

        随着德国工业4.0的概念提出后，我们国家倡导“两化融合”即工业化与信息化，其本质都是智能制造，让机器有自己的大脑，能根据订单需求自行生产，将人为干扰因素降至最低。但是，工业4.0毕竟还是一个概念，一个想法，即便是很多著名的公司，还停留在数字化制造，比如德国西门子、博世等。而对于中国的大多数企业而言，能够实现数字化制造的也不多，绝大多数还停留在工业2.0或者2.5。数字化制造体现在制造现场就是无纸化生产，取消传统的大量纸质文件，采用数字化方式，通过计算机、网络、数据库，辅助机器生产。

        目前，公司在产品制造过程中，仍采用大量的纸质二维图纸。而在制图过程中，由于不是直观的三维模型，制图人员及生产人员往往需要空间想象，难免出现失误，比如尺寸标注错误、尺寸标注遗漏、实际加工成型产品并不是图纸产品等。同时，尺寸的调整并不会影响产品形状的改变，导致难以发现问题，比如有3个螺孔，需要同时内孔放大，忘记修改其中一个并不能直观反应螺孔的大小从而影响生产。

        图纸设计完成之后，打印分发给各车间主任以及质检科。车间主任在安排员工生产时，如果分配给多名员工生产，则每个员工都需要一份纸质图纸，调试时交给带班长。如果是简单产品，带班长直接在数控机床上面进行编程。如果是复杂产品，需要在MasterCam软件上根据图纸重新进行制图，然后生成机代码。显然，问题是图纸重复打印，太多浪费；容易受到油污污染，模糊不清；图纸留在制造现场，

        容易泄露机密；图纸传递过程太长，依次从技术部、生产部、生产车间、员工、带班长，传递效率太低。带班长做机器编程的时候，由设计部的电子图纸转为纸质图纸，再将纸质图纸在Master Cam软件上转为电子图纸，同样的图纸，重复转变，效率低下，容易出错。生成机代码之后，将代码拷贝至数控机床或者加工中心，再进行调试。机代码没有统一进行管理，对历史加工过的产品，如果想再次使用原代码，基本需要重新编程，因为已经无法知道原先程序拷贝至哪台车床上。

        当图纸发生变更时，由技术部重新分发给生产、质检，同时回收原图纸。其一，图纸需要重复打印，无法将变更的信息及时反馈至生产、质检；其二，需要在每个纸质图纸上标注更改内容，然后盖章。如果有多处更改，则每处地方都需要盖章，如此，图纸显得五花八门，不规范；其三，有些时候错误的图纸遗留现场，没有及时回收，容易继续利用生产；其四，图纸经过改版之后，产生了多个版本的图纸，这些图纸都分别存储在制图员的电脑，比较分散，没有统一的系统性管理；虽然目前公司信息部研发的ERP系统中对产品的图纸有上传，但是也只起到了具体某个生产单的规格图纸查询功能而已，无法控制版本。

        品管部在进行产品首检、巡检与终检的时候，直接在图纸上进行检验尺寸记录，没有专门的检验记录表。终检完毕后，将大量的纸质图纸进行存档。当客户发现质量问题进行索赔时，检验过程可追溯性差，检索效率低下，容易出现存档丢失。在这种大量纸质文件的前提下，做质量统计及分析报告相当困难。

        公司的产品种类繁多，尤其非标件，更是变化无常。如此众多的产品，每个产品的尺寸、材质、重量等属性没有统一系统性管理，只是对每个产品进行制图而已。公司自己研发的ERP虽然对标准品产品资料有一个粗放的数据库管理，诸如规格名称、总高、齿厚、搭径、重量、下料方式等，但是只有单个配件管理，无法对装配件或者总装图之类的产品进行管理，比如变速箱作为一个产品，它有箱体、齿轮等组成，变速箱与箱体的主从关系无法直接管理，这样就导致在做生产计划的时候，无法直接获取物料需求清单，而需要人为进行拆分，分别对子产品进行核查库存及生产安排，工作量大且复杂。更不用说对历史做过的产品进行分析，以便得出非标模型件，进行库存生产，日后提高非标件的生产效率，大大缩短生产周期。

        在制造现场，尽管公司设备数量多、种类多，但是交货却经常延期。如此众多的设备却不知道是否全部满负荷在运转，设备有效使用率到底是多少，每台设备是否在产生效益。交货延迟是否真的是因为设备数量问题还是工作问题，或者还是采购问题，无法用科学的数字来判断。

        改变目前这种状况刻不容缓，通过信息化建设，实现数字化制造，取消大量纸质文件，提高信息传递速度与工作效率，提升设备的有效使用率，为公司的业绩更上一层楼。

        2 项目目标

        为了实现数字化生产，改变公司目前这种状况，需要实现以下目标：

        （一）由二维图纸改为三维图纸，产品直观明了

        （二）图纸制作完毕，通过CAM软件生成加工代码，无需经过由电子转纸质再转电子的二次转换，提高工作效率，并且实现机代码统一平台管理，以便日后查阅及再次利用

        （三）所有产品资料使用数据库统一管理

        （四）车间无图纸，直接用一体机显示3D图纸

        （五）品管部实现无纸质图纸检验并记录检验记录，同时储存在数据库中，便于日后统计分析

        （六）实时监控设备使用情况，以便调整生产计划，提高交货速率

        3 设计方案

        3.1 总体架构

        本着“无信息孤岛、高扩展兼容”的原则，总体架构如下：

        以上设计架构基于SOLID WORKS这个3D设计软件来实现，并不代表最终采用SOLID WORKS3D软件来实现无纸化生产项目。

        系统说明：

        ①S o lid Works 3D设计软件

        Solid works是法国达索公司旗下的一款三维设计软件，该产品主要针对中低端的零部件产品设计，其特点是操作简单，上手较快，基于微软的windows平台，类似资源管理器视图

        操作。除了自带的标准件库外，另有螺栓，螺母，螺钉，螺柱，键，销，垫圈，挡圈，密封圈，弹簧，型材，法兰等常用零部件，模型数据可被直接调用。提供了顶尖的、全相关的钣金设计能力。可以直接使用各种类型的法兰、薄片等特征，正交切除、角处理以及边线切口等钣金操作变得非常容易。

        ②Solid works PDM产品数据管理系统

        PDM系统是一门用来管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等）和所有与产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术。通过实施PDM，可以提高生产效率，有利于对产品的全生命周期进行管理，加强对于文档，图纸，数据的高效利用，使工作流程规范化。

        PDM 制造过程数据文档管理系统，能够有效组织企业生产工艺过程卡片、零件蓝图、三维数模、刀具清单、质量文件和数控程序等生产作业文档，实现车间无纸化生产。

        Solid works PDM系统与Solid works 3D无缝结合，产品图纸的变更能同步更新PDM系统数据库，并推送消息至车间，以便及时了解变更情况。

        ③CAM

        此软件作为Solid works 3D设计软件的一个插件，其作用是根据设计好的3D产品的加工路径自动转为加工代码，使编程人员无需手工编程，直接将此机代码输入至数控设备即可实现加工。

        ④DNC分布式数控系统

        将机床设备联网，通过中央控制计算机来控制所有的联网机床，实现远端机代码载入、控制机床运作，同时能够反馈机床的运行状态，比如空转、正常运转、待机、停机等。该系统能够提供设备现场运行一览表，实现代码集中管理，提高重复代码的利用率，还可以加工仿真。通过该系统，能有效提高生产设备效率，实时分析设备使用率。

        ⑤Solid Works MBD

        此软件作为Solid works 3D设计软件的一个插件，用于将设计源稿的3D模型转变为现场可以查看的动态演示图，并且可标注产品的尺寸、形位公差、表面粗糙度、焊接符号、材料明细表（BOM）、注释、元属性及其他注解。可通过车间现场的触摸一体机实现模型的放大、缩小、左右移动。

        ⑥Solid Works Inspection

        该软件作为Solid works 3D设计软件的一个插件，能自动生成检验图纸及检验登记表，其中检验登记表中明细列出待检验项目、尺寸、正负公差、尺寸类型（例如直径或者线性），借助数字化检测工具，将测量结果自动填写在检验登记表中（EXCEL文件），几乎完全消除手工输入并减少错误。根据检测结果，在检验登记表中自动以绿色、红色或者黄色高亮显示哪些测量结果在公差内、超出公差或者在公差边缘上。

        通过该插件，不仅能完整记录检验结果，而且大大提高了检查效率。

        3.2设计思路

        产品制造都是围绕图纸展开，生产加工需要图纸，检验需要图纸，因此，图纸是生产活动中各个部门的桥梁，这就需要使用一个统一的管理平台，即PDM系统（产品数据管理系统）。

        设计部通过3D设计软件将图纸文档存入PDM系统。生产部通过与3D设计软件件集成的CAM软件调取图纸并生成机代码，再利用DNC（分布式数控控制）系统，将机代码通过网络传输至指定加工设备以待调试员作业。品管部使用与3D设计软件集成的Inspection软件获取检验图纸，并自动生成检验登记表，通过数字化检测工具将测量结果自动采集到电子表格中，形成完整的检验报告。生产车间使用与3D软件集成的MBD软件查阅3D图纸，获取图纸加工相关尺寸等重要信息。

        当图纸发生变更后，通过PDM系统自动推送更新消息给生产部、品管部，并且在更改处特殊标注。按照以上设计，在整个生产过程中，将实现图纸无纸化、工单无纸化，提高信息传递速率，最终提升生产效率。通过本项目的实施，实现产品设计、产品制造、产品检验，通过检验反馈至设计，形成制造闭环。

        4 实施计划

        按照“总体设计、分步实施”的原则