介紹
隨著工業4.0的啟動，新壹輪制造業革命正在全球範圍內掀起，數字制造(DM)的優勢吸引了各個制造領域的關註和目光。目前，國內大型裝備制造企業正在向波音、空客、ge等國際公司學習，系統地開展數字化制造技術的研究和應用。近十年來，以AVIC為代表的航空制造業高度重視數字化技術的研究和應用，大力完善信息基礎設施建設，結合產品開發，開展三維數字化設計、數字仿真、三維數字化技術等方面的應用研究，制定了企業系列數字化技術標準和規範，成為軌道交通裝備制造業的學習參考範例。
1軌道交通車輛數字化制造技術現狀
近年來，軌道交通車輛行業已經開始重視三維數字化制造，但整體水平還比較落後，主要表現在:
1)數字基礎薄弱。信息技術在設計、技術、制造等業務單位的應用尚未形成整合的整體；數字化應用開發能力不強，基礎設施不配套。
2)設計模型僅限於幾何模型，不能作為業務數據的核心，三維模型僅供參考；產品制造信息、屬性等。僅限於二維表達，設計數據以藍圖的形式發布。
3)工藝中使用二維CAPP，僅限於編輯工藝文件，用紙質工藝卡片發布工藝數據；制造業采用ERP和MES系統，但與設計和技術脫節。
4)產品開發采用串行模式，部門之間信息和數據交換存在障礙，專業之間溝通不暢；開發過程中非增值環節多，生產準備周期長，變化頻繁。
同時，產業鏈上供應商的技術平臺基本處於二維時代，缺乏統壹的數字技術標準和行業並行協作的基礎環境。
2 .基於單壹產品數據源的設計制造技術平臺
軌道交通車輛的發展趨勢是小批量訂單生產、交付周期更短、個性化需求眾多。如何充分利用成熟的車輛產品平臺，快速實現高性能、高質量、低成本的個性化衍生設計制造，是現代軌道交通裝備企業必須面對的課題。本文所涉及的構建單壹數據源的設計制造技術平臺，是結合當前工業化和信息化融合的技術發展趨勢，提出的解決方案構想和實施探索。
通過設計、工藝、制造信息平臺的優化應用，整合公司現有產品和技術，建立企業知識庫，實現產品技術數據和制造數據的共享和重用；實現模塊化、個性化的快速定制開發；也為虛擬仿真驗證提供了必要的數據基礎；在提高產品性能的同時，提高了產品的可制造性和可維護性。
2.1系統架構和平臺設計
南車株洲機械有限公司設計的數據管理平臺采用TC系統，制造過程采用ERP系統(包括壹定的MES功能)，已經應用多年，但傳統的CAPP技術已經與設計和生產脫節。經過廣泛的調查，TCM被選定用於流程設計和管理，並將設計和流程集成到產品生命周期管理系統(PLM)中。其次，梳理使用多年的ERP/MES系統，將PLM平臺和ERP/MES系統無縫高效地集成，構建單壹數據源的設計制造技術平臺，設計整體技術架構；並實現從設計模型和設計數據到工藝文件、工藝模型和加工程序，再到生產和維護的數字化制造業務流程。
主要業務模型設計如下:
設計:逐步探索自頂向下的設計模式，在NX/TC環境下建立標準化的三維設計環境和各種產品設計模板，靈活、快速、高效地對設計進行建模和修改，提高設計效率。同時改變現有的三維幾何模型加二維圖紙的制造信息表達模式，利用NXPMI工具將產品幾何信息和產品制造信息全部集成在三維模型上，逐步取消二維圖紙。利用NX/TC協同設計平臺，在虛擬環境中進行三維設計分析和仿真驗證，並進行數字樣機設計，提高設計精度和效率。
工藝:引入TCM模塊，基於TC系統集成工藝與設計，進行三維結構化工藝設計、工藝技術體系和工藝資源數據平臺管理。以三維設計模型、設計BOM和設計文件為輸入，進行三維工藝設計和工藝模擬，按照工藝技術標準體系輸出三維工藝設計文件和工藝BOM。利用TC系統集成的NX進行三維工裝設計和凸輪數控加工仿真。同時，積極探索TC系統與焊接、裝配、鈑金、彎曲等仿真軟件的集成，搭建工藝仿真驗證和設計平臺，形成反饋閉環。
制造:采用ERP/MES系統，通過中間數據庫與TC系統的集成，打通設計BOM、工藝BOM、制造BOM的數據鏈接。ERP/MES系統接收TC系統工藝設計的初級工藝劃分和原材料拆分、工藝路線、工藝材料定額和工藝工時定額、設計/工藝變更等數據。然後根據項目計劃和工藝數據，下達生產計劃和生產資源配置。在物料編碼平臺上統壹管理TC、CAPP、ERP系統的物料編碼，實現物料計劃、采購、生產、物流、成本的流程管理。以項目管理為主線，進行生產計劃、作業調度、物料配送、完工等生產管理；其次，與EHR的機構和人員同步，實現對生產工人的管理。
2.2數據源定義和交付設計
在從產品方案設計到運維的整個生命周期中，三維產品模型是數據組織的核心，所有的產品定義數據、工藝定義數據、制造定義數據都是圍繞三維模型展開的，形成了統壹唯壹的產品數據源。在此基礎上，開展設計、技術、制造的協同關聯。
實現對產品的EBOM、PBOM和MBOM的管理，建立不同BOM組織方式之間的關系，從不同的角度組織整個產品生命周期中不同階段的數據，並維護它們之間的關系。
數據源定義主要包括:
1)統壹的數字化產品模型定義，建立標準化的產品設計環境和統壹的產品模型定義。
2)產品和物料代碼的統壹定義和應用，通過代碼管理系統對產品和物料進行統壹編碼。
3)統壹定義數字化產品BOM模式，統壹管理EBOM/PBOM/MBOM。
4)標準件和通用件的統壹定義和管理。
5)統壹工程變更模式，建立閉環產品工程變更管理流程體系。
2.3支持規範和標準設計
根據軌道車輛制造業的特點，圍繞數字化三維設計、制造、測試、管理和信息化，引用ASMEY14.41-2003《數字化產品定義數據實施規範》、《ISO16792∶2006技術產品文件數字化產品定義數據通則》和GB/T 24734作為參考。
1)基礎通用標準和規範:包括術語標準、圖形符號和代碼標準、3D設計軟件安裝和配置文件應用規範；
2)三維工程應用規範:包括三維設計規範、三維建模規範、三維標註規範、仿真規範和三維制造規範；
3)系統應用與管理標準和規範:包括PDM系統基礎應用標準和規範、PDM系統產品圖紙文檔管理標準和規範、PDM系統3D工藝文件標準和PDM系統BOM管理標準。
2.4實施路徑和步驟設計
按照統籌規劃、分步實施的原則，開展平臺建設和應用。
第壹階段:平臺建設。這壹階段研究業務流程模型，搭建設計、技術、制造壹體化平臺，打通設計、技術、制造、檢驗的數據鏈路。這壹階段的重點工作是搭建TCM流程平臺，將TC與ERP系統集成，通過試點部分的測試和應用，驗證技術平臺的可行性。
第二階段:平臺驗證。基於設計制造技術平臺的驗證應用和全三維設計、4BOM數據流表制造的研究，選擇整車項目在系統平臺上運行，在各業務環節應用完整的驗證技術平臺。
第三階段:優化應用。在這個階段，我們將對技術平臺進行完善和優化，並在公司內部的多個項目中進行推廣和應用，逐步將技術平臺覆蓋到內部所有制造流程中。未來會考慮和異地子公司整合。
3單壹產品數據源設計與制造技術平臺的實踐
三年來，圍繞單壹數據源設計制造技術平臺的建設和實際應用，開展了大量的測試驗證工作，主要包括:軟件模塊技術測試、軟件模塊功能測試、系統集成技術測試、系統集成功能測試、零部件模擬測試和項目運行測試。前期用轉向架總成等7個典型部件數據對軟件功能模塊和系統集成進行了測試和驗證。然後結合具體項目的大部分進行模擬運行，並選擇馬其頓動車組項目進行上線測試。
4結論
通過以上思路和階段性探索，我們可以得出以下結論:
1)選擇TCM進行流程設計和管理。基於TC平臺，流程直接重用設計模型。業務采用設計和技術的綜合項目管理。馬其頓動車組項目的試制幾乎沒有工藝準備周期。通過集成並行協作，及時開展工裝設計、加工程序編制和工藝分析工作。但在測試過程中也發現，系統全方位使用時，如何實現自頂向下的設計、如何實現異地協同設計、如何適應快速生產情況下的早期采購、如何實現流程設計的簡化和標準化等問題需要妥善解決。
2)TC與ERP/MES的數據集成，打通了設計、技術、制造的數據鏈接。馬其頓EMU項目已實現數據同源。但仍需解決以下問題:基於設計BOM生成工藝BOM的數據結構，從不同視角重構BOM，集成關聯管理；TCM工藝計劃多工藝路線和ERP生產調度單工藝路線條件下的物料轉移；數據版本替換在技術平臺內的多個系統中準確有效地傳輸。
3)構建設計制造技術平臺，既解決了單壹數據源、知識繼承和* * *，又在虛擬環境下的設計、制造和仿真驗證中真實體現了數字制造的價值。目前只是在個別零件上進行部分仿真驗證，驗證的各個環節也是獨立存在的。需要探索和優化的是在建立數據模型時如何滿足仿真的需要，如何設計、仿真和改進壹個閉環驗證反饋系統。
4)利用設計制造技術平臺對公司經營管理的現有商業模式產生較大影響。除了軟硬件設施，及時跟進適合企業特點的技術標準和管理流程體系也很重要，甚至比系統平臺本身更關鍵。
5)設計制造技術平臺各種復雜的軟件都有壹定的業務範圍，企業需要根據自己獨特的產品和運營特點進行適度的二次開發。如何在不進行軟件升級的情況下利用好技術平臺，在搭建技術平臺的時候要統籌考慮。
總之，數字化制造技術平臺是實現數字化制造的基本保證。南車株機通過馬其頓動車組等項目的大量數據測試和試運行，證明TC、ERP/MES數字化設計制造集成技術平臺的技術框架和技術路線能夠滿足數字化制造技術的要求。馬其頓動車組項目的實際應用，也開啟了我們對數字化制造的探索和應用之旅。但要想讓數字化制造技術平臺很好地服務於公司的制造，用好這個技術平臺，技術方面仍需要重點關註:MBD(Model-BasedDefinition)模型技術、集成BOM的優化應用、多系統集成及其管理流程的數字化。
；