机电一体化要求实施PLM定义管理

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统一的框架

机电一体化的挑战要求实施 PLM 定义管理以及 ECAD 到 MCAD 的协作

成功的产品开发不仅需要创新的产品，还需要按时和按预算完成的开发周期。但是，生产复杂产品的行业（包括高科技、汽车、航空航天和国防以及工业设备）常常要费力地将机械、电气和软件设计团队的设计工作整合起来。

在 Manufacturing Business Technology（制造业信息管理）杂志最近开展的一项在线调查中，88% 的被调查者指出，在其产品开发工作中需要进行上述设计专业之间的整合（称为机电一体化）。但是，大部分被调查者在进行此协同时都很费力。调查结果发现，由于整合做得不好，超过一半的被调查者未能实现产品上市、成本和预算目标。此次调查还表明，为管理机电一体化所提供的技术支持不够完备。大多数公司都实施了一些标准的流程和数据管理解决方案。但是，这些系统通常位于按专业划分的"隔仓"中。机电一体化带来了许多跨专业的沟通难题。这从被调查者对工作流程和整合的关注（以沟通各个工程领域）中可以明显看出。幸运的是，这些难题有多种解决方案，范围从针对机电一体化的综合性产品生命周期管理 (PLM) 支持工具，到新一代的机械和电气整合与协作工具。

机电一体化中低效的协调

根据此次在线调查，如果产品开发工作涉及的多个设计专业之间的协作效率很低，则可能会导致严重的问题，最严重的包括延误产品上市和召回产品。此次调查的目的是，评估围绕着机电一体化的挑战，以及评价业界对支持机电一体化所需的基础结构的看法。

此次调查在2007年年底开展，以下是其中一些重要的结论：

很大一部分被调查者遇到过因设计专业之间的低效协作而引起的问题，具体来说，有 63% 遇到了后期产品变更，有57% 遇到了产品上市被延误，另有 40% 遇到了无节制地消耗预算的问题。（请参见图 1。）

协同问题严重影响到产品成本和上市时间。超过 60%的被调查者指出，他们由于沟通不佳而在项目中损失了大量时间；此外，有33%的大型公司指出，它们在项目时间表中浪费了超过 20% 的时间。

许多公司现正采取措施来解决这些挑战，其中有一半的被调查者考虑在未来 6-24个月内安排资金来改善跨专业的协同。

此次调查的结论可以分为三方面：与机电一体化相关的挑战和问题的现状；目前对机电一体化的系统支持；以及对可帮助解决或避免问题的功能的想法。更深入地研究这三方面可以发现，制造商在许多垂直行业中都面临着机电一体化的挑战，而且公认设计专业之间的沟通故障可能会导致严重的后果。有几位被调查者提到，"跨专业的协作是我遇到的最大问题"。此外，大部分被调查者准备采取措施来解决与日俱增的机电一体化挑战。

众多被调查者指出，沟通是机电一体化获得成功的核心。在被问到各自公司中低效的硬件/ 软件协调的主要原因时，43%的被调查者指出"设计专业之间缺乏沟通"是首要的原因。

 
大多数被调查者都遇到过由于机械、电子和软件设计专业之间的低效协作而造成的严重问题。

此次调查的结果表明，跨专业的低效协作还增加了产品开发工作的时间（请参见图2）。除了损失时间之外，被调查者指出的其他常见问题还包括：

未符合要求 (43%)
机械干涉 (38%)
线束的布线问题 (27%)，以及
移动的元件位置 (25%)。
 
被调查者指出，在召回的产品中，20% 是因为"未正确协调机械和电气设计"，11%是因为"未正确协调硬件和软件设计"。而在调查中小型公司（年收入低于5 亿美元）时，这个问题甚至更糟（比例为26%）。同样是这些小公司，它们费力地解决机械干涉问题的比例更高-有 43% 提到这是最常遇到的协同问题，相比之下在较大的公司中有 29% 这样说。考虑到所有这些产品召回的不同原因，注意到低效协同的影响如何能导致如此严重的冲击会令人大吃一惊。

没有公司能够避免产品开发问题，而此类问题可能会产生可怕的后果。在被问到低效的协作对各设计专业中的事务有何影响时，有64% 的被调查者提到后期产品变更，有57% 遇到过产品上市延误，有42% 遇到过额外的返工，另有40% 指出预算被无节制地消耗。

最后，虽然大部分被调查者认为他们平常在跨设计专业进行整合方面做得很好，但是，还是这一批被调查者，在回答其他问题时，他们承认遇到过因低效的协调而造成的问题（请参见图3），包括后期产品变更、产品上市被延误以及额外的返工。实际上，在那些报告说他们在整合方面做得很好的被调查者中，有三分之一因为低效的整合而未能达到 20-40% 的交付里程碑。或许这表明了虽然协同问题不会一直发生，但这些协同问题的影响可能非常大。

超过三分之一 (36%) 的被调查者还报告说，虽然他们建立了正式的系统设计过程，但仍在协同不同的专业时遇到严重的问题。对于那些报告说未建立正式系统设计过程的公司，情况甚至更糟 - 有三分之一的公司提到它们"经常"遇到各种问题。

除了承认存在着重大的机电一体化挑战之外，被调查者还表明，大多数公司认为，仍可通过更好的基础结构和 PLM 功能取得更多的进展，以便解决这些问题。当前可适用于机电一体化的 IT 基础结构可以说是千变万化。一些公司建立非常简单的电子文件系统，用于保存设计数据；另一些公司在网络驱动器上保存这些 CAD 文件。相比之下，还有一些公司采用了 PLM 系统（包含用于工程、需求和变更管理的模块），以及基于 Web 的工作流程，以支持诸如工程变更等功能。PLM 应用程序套件还解决了基于 Web 的可视化和项目管理问题。

被调查者对用于机电一体化的技术基础结构的满意度比较低。例如，37%的被调查者确认其公司建立了"正式的系统设计过程以及早发觉跨专业的整合问题"，但超过一半 (55%) 的被调查者仍在整合各个专业时遇到问题。

一些被调查者提到，由于低效的协同而损失了多达 40% 的项目时间。即使有 58% 的被调查者表示平常在跨设计专业进行整合方面做得很好，他们仍遇到了多种类型的问题。

改善基础结构

虽然许多被调查者都实施了一些标准的流程和数据管理解决方案，但可能存在着按专业划分的"隔仓"。例如，对提高工作流程效率的关注，反映出公司逐渐意识到需要认真对待机电一体化固有的跨专业沟通挑战。

有47%的被调查者说他们建立了可满足需要的工作流程系统，有22%说他们实施了很少的工作流程，另有9%根本未建立此类系统。另一个常见的回答是，虽然实施了可满足需要的工作流程，但只是在机械设计领域中这样做。

甚至在那些说已实施了可满足需要的工作流程的被调查者中，仍有 72%报告说遇到了几种问题中的至少一种，包括预算被无节制地消耗、额外的返工和产品上市延误。

因此，虽然大多数公司认为自己建立了某种基础结构来应对新产品开发的工作流程，但是，看起来还是缺乏用于协调机电一体化涉及的多个专业的特定功能，因而对业务绩效造成了负面影响。一些被调查者提到，由于低效的协同而损失了多达40%的项目时间。

在被问到将来可能会投资于哪些 PLM 软件功能领域时，评级最高的两个特定领域是增强硬件和软件BOM与变更管理的集成，以及增强对电子CAD和机械CAD库的管理，以便提高设计的重用率和减少返工。此次调查还发现，一半的被调查者会考虑安排资金来改善设计的集成，而且他们中有许多人希望在短期内取得进展（请参见图 4）。

综合解决方案

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说道："许多公司承认，在整个产品开发过程中定义和开发软件与电子元件方面，它们必须做得更好"。

Amann说，有些制造商已经在编制方面采取了一些措施，例如突出软件和电子设计师在产品创新团队中的地位。Amann又说，产品生命周期管理 (PLM) 软件对于机电一体化还扮演着使能角色，原因是，它能够集中管理产品的定义，并能够定义用于沟通各个领域的工作流程和过程管理功能。"我们从供应商那里并没有看到许多特定的'机电一体化'应用程序，而是看到他们嵌入那些必需的功能，以便更有效地整合和管理整个产品 - 产品中包含机械、软件和电子元件"，Amann 这样说道。

PLM 软件套件的功能包括核心产品定义管理和协作管理，可以将此类套件看作机电一体化的使能器。Amann 指出，PLM 解决方案以两种方式支持机电一体化：集中管理产品的定义，以及改善工作流程和过程的管理。他举了例子，说 PLM产品记录中的定义管理应包含有关使用了什么软件的重要信息，即使软件工程师使用不同的系统来执行诸如跟踪错误等工作。

他说道："PLM 供应商开发了一些工作流程，能够将软件和电子信息包含进来，并与管理其他领域的那些工具相集成，而不管这些工具是电子设计自动化工具还是软件开发环境。我们开始看到工作流程正扩展为包含这些其他方面，并将它们结合为产品生命周期的整个工作流程。"

Pawel Chadzynski 是 PTC 的电子 CAD (ECAD) 解决方案产品管理副总裁，他同意 Amann 的说法，即机电一体化需要统一的框架（用于数据管理），以及协作的应用程序（用于在各设计领域之间交换特定的信息）。

PTC 还提供 ProductView 系列工具，其中包括 InterComm，它能够比较由各种工具（用于不同的领域）创建的设计数据有何不同。Chadzynski 指出，InterComm 能够找出各领域之间不同步的设计元素，而 Windchill 充当着信息的中枢。"当你考虑到当今产品的总体定义通常需要机械、软件和电气设计数据时，很明显，在一个地方管理所有这些信息是有效地管理协作的基本前提。而这正是 Windchill 的本质。它将来自不同专业的此类数据收集到一个容器中。"

在会考虑安排资金来改善集成情况的那 50% 的公司中，有很大一部分希望能迅速取得进展。

填平鸿沟

PTC 在 2008 年 1 月发布了 Pro/ENGINEER Wildfire野火版 4.0 MCAD 解决方案，在其中提供了对机电一体化的新一代支持。此解决方案包含 ECAD-MCAD 协作扩展，能够通过互相沟通逐渐增加的变更在电气和机械设计师之间实现程度更高的协作。此外，它能够在整个设计过程中快速识别设计方案的 MCAD 和 ECAD 版本之间的不同之处。

Pro/ENGINEER Wildfire 野火版 4.0 ECAD-MCAD 协作扩展旨在解决诸如机械干涉和移动的元件位置等问题。根据在 2007 年进行的此次调查，在机电一体化面临的最大问题中，分别有38%和25%的被调查者提到这两个特定问题（请参见图 5）。此外，被调查者指出，在设计审查会议中只能发现32% 的协同问题，而其余问题是在过程的后期发现的，此时解决这些问题的代价变得非常高。ECAD-MCAD 协作扩展可以帮助在过程中更早的阶段发现 ECAD 和 MCAD 之间的这些协同问题，从而显著减少了后期变更。

Pro/ENGINEER Wildfire 野火版 4.0 协作扩展使用新出现的基于 XML 的架构来记录变更及其相关注释。设计团队现在可以访问完整的"交谈"历史记录，包括各次批准和拒绝的记录。这种架构称为 ECAD 设计/MCAD 设计或 EDMD，它在 ProSTEP iVIP Association 的支持下即将成为一项标准。类似于这种 EDMD 架构的标准是开发跨平台的协作解决方案流程（位于来自不同 ECAD 和 MCAD 供应商的、本来不兼容的工具之间）的关键使能器。此标准旨在与现有的协作标准（例如 IDF）一起使用，而不是取代这些标准。

此解决方案利用了 PTC 的 ProductView 和 InterComm产品系列，而 Chadzynski 指出，许多公司已使用这些产品系列来沟通机械和电子领域。ProductView ECAD Compare 会突出显示 ECAD 和 MCAD 数据中的不同之处， 而InterComm Expert 可识别 ECAD 结构并帮助进行数据通信。PTC 提供的这两个 ECAD 和 MCAD 查看解决方案集成为一个日渐紧密结合的可视化和协作解决方案，与 ProductView 产品系列（此系列与 Pro/ENGINEER 和 Windchill 相集成）共享一个品牌。

Chadzynski 说："本质上，我们提供了一系列围绕着Intercomm 和 ProductView 的技术，它们允许不同专业的设计师使用由 Windchill 管理的数据来观察各自的领域。"Chad Hawkinson 是 PTC 的电子产品战略的副总裁，他指出 Windchill 还与 ECAD 设计工具和软件配置管理解决方案相集成。他补充道，这种想法并不是要取代提供完整产品定义的系统（例如 Rational ClearCase）的功能，而是使这些系统中的数据与在 Windchill 中找到的整体产品信息同步，以便它可以充当统一的框架。

按照 Hawkinson 的说法，针对机电一体化的 PLM 支持以管理各领域之间的特定信息交换为中心。Hawkinson 总结道："Windchill 可以在开发机电一体化产品时集合不同专业的力量，以实现更紧密的协同。为了改善机电一体化产品的开发，PTC 将不断提供创新的解决方案，例如 Pro/ENGINEER Wildfire 野火版 4.0 中的新功能，以及计划在将来实现的其他功能。

 被调查者遇到许多因低效的协同而造成的不同问题。

更多信息请访问 EMPD 资源中心：http://www.ptc.com/go/empd/