引言
隨着工業4.0的推出，全球範圍正在掀起新一輪的製造業革命，數字化製造(DM)的優勢吸引了各個製造領域的聚焦與關注。現在，國內大型裝備製造企業都在向波音、空客、GE等國際大公司學習，系統開展數字化製造技術的研究與應用。近十年來，以中航工業爲代表的航空製造業，高度重視數字化技術的研究與應用，大力改善資訊基礎設施建設，結合產品研製，在三維數字化設計、數字仿真、三維數字化工藝等方面開展應用研究，制定了企業系列數字化技術標準規範，成爲軌道交通裝備製造業的學習參照範例。
1軌道交通車輛數字化製造技術現狀
軌道交通車輛行業近年來開始重視三維數字化製造，但是整體水平還相對落後，主要表現在：
1)數字化基礎薄弱。設計、工藝、製造等各業務單元資訊化應用，尚未形成集成、共享的整體;數字化應用與開發能力不強，基礎設施不配套。
2)設計模型侷限於幾何模型，模型無法作爲業務數據的核心，三維模型僅爲設計做參考;產品製造資訊、屬性等還限於二維表達，設計數據發佈採用藍圖形式。
3)工藝環節採用二維CAPP，僅限於工藝文檔編輯，工藝數據發佈採用紙質工藝卡片;生產製造採用ERP、MES系統，但是與設計、工藝脫節。
4)產品研製採用串行模式，部門間資訊、數據交流存在壁壘，各專業間交流不暢;研製過程中存在很多不增值環節，生產準備週期長，更改反覆頻繁。
與此同時，產業鏈上的各供應配套廠家技術平臺基本處於二維時代，而行業內缺少統一的數字化技術標準，缺少並行協同的基本環境。
2基於單一產品數據源的設計製造技術平臺構想
軌道交通車輛的發展趨勢特點是小批量訂單式生產，交付週期越來越短，個性化需求衆多。如何充分利用成熟車型產品平臺，快速實現高性能、高質量、低成本的個性化派生設計和製造，是現代軌道交通裝備企業必須面對的課題。而本文涉及的構建單一數據源的設計製造技術平臺，就是結合當前兩化融合的技術發展趨勢，提出的解決方案構想與實施探索。
透過設計、工藝和製造資訊化平臺的優化應用，整合公司現有產品、技術，建立企業知識庫，實現產品技術數據、生產製造數據的共享與重用;實現模組化、個性化的快速定製開發;也爲虛擬仿真驗證提供必要的數據基礎;在提高產品性能的同時，提高產品可製造、可維護性能。
2.1系統架構與平臺設計
南車株機公司設計的數據管理平臺採用TC系統，製造環節採用ERP系統(包含一定的MES功能)，已經應用多年，但是工藝採用傳統的CAPP，一直與設計和生產脫節。經過廣泛的調研，選用TCM進行工藝設計與管理，並將設計、工藝整合成產品生命週期管理系統(PLM)。其次，梳理應用多年的ERP/MES系統，將PLM平臺與ERP/MES系統無縫高效集成搭建企業單一數據源的設計製造技術平臺，總體技術架構設計;並實現從設計模型、設計數據到工藝檔案、工藝模型、加工程序，再到生產、維護維修的數字化製造業務流程。
主要業務模型設計如下：
設計方面：逐步探索自頂向下設計模式，在NX/TC環境下建立標準化的三維設計環境和各類產品設計模板，以靈活、快速、高效的方式對設計進行建模和修改，提高設計效率。同時，改變現有三維幾何模型加二維圖的製造資訊表達模式，應用NXPMI工具，將產品幾何資訊、產品製造資訊全部集成在三維模型上表達，逐步取消二維圖紙。利用NX/TC協同設計平臺在虛擬環境下進行三維設計分析與仿真驗證，開展數字化樣機設計，提高設計準確性和效率。
工藝方面：引入TCM模組，工藝與設計基於TC系統一體化，開展三維結構化工藝設計、工藝技術體系及工藝資源的數據平臺化管理。以三維設計模型、設計BOM、設計檔案爲輸入，進行三維工藝設計和工藝仿真，按照工藝技術標準體系輸出三維工藝設計檔案、工藝BOM。用TC系統集成的NX進行三維工裝設計、CAM數控加工仿真。同時，積極探索TC系統與焊接、裝配、鈑金、彎管等仿真軟件集成，構建工藝仿真驗證與設計平臺形成反饋閉環。
生產製造：採用ERP/MES系統，透過中間數據庫與TC系統集成，打通設計BOM、工藝BOM、製造BOM數據鏈。ERP/MES系統接收TC系統工藝設計的一次流程劃分和原材料拆分、工藝路線、工序材料定額和工序工時定額、以及設計/工藝變更等數據;然後根據項目計劃和工藝數據，下達生產計劃及生產資源配置。將TC、CAPP、ERP三個系統的物料編碼在物料編碼平臺統一管理，實現物料計劃、採購、生產、物流、成本的流程化管理。以項目管理爲主線，開展生產計劃、作業排程、物料配送、完工情況等生產製造管理;其次與EHR中的組織、人員同步,實現生產作業人員管理。
2.2數據源定義和傳遞設計
從產品方案設計到執行維護的整個生命週期過程，以三維產品模型爲數據組織的核心，所有的產品定義數據、工藝定義數據、製造定義數據都圍繞三維模型展開，形成統一、唯一的產品數據源。在此基礎上開展設計、工藝、製造的.各業務環節的協同關聯。
實現產品EBOM、PBOM、MBOM的管理，建立不同BOM組織方式之間的關聯關係，從不同的視角組織整個產品生命週期中的不同階段的數據，並維持相互之間的聯繫。
數據源定義主要包括：
1)統一的數字化產品模型定義，建立規範化的產品設計環境及統一的產品模型定義。
2)統一的產品及物料編碼定義和應用，透過編碼管理系統對產品及物料進行統一編碼。
3)統一的數字化產品BOM模式定義，對EBOM/PBOM/MBOM統一管理。
4)統一的標準件和通用件定義和管理。
5)統一的工程更改模式，建立閉環的產品工程更改管理流程體系。
2.3支撐規範和標準設計
針對軌道車輛製造行業特點，圍繞數字化的三維設計、製造、試驗、管理與資訊化，引用借鑑ASMEY14.41-2003《數字化產品定義數據實施規程》、ISO16792∶2006《技術產品檔案數字產品定義數據通則》、GB/T24734—2009《技術產品檔案數字化產品定義數據通則》系列標準等，從以下幾個方面開展標準規範體系搭建：
1)基礎通用標準規範：包括術語標準、圖形符號與代號標準、三維設計軟件安裝與配置檔案應用規範;
2)三維工程化應用規範：包括三維設計標準規範、三維建模標準規範、三維標註標準規範、仿真規範、三維製造標準規範;
3)系統應用與管理標準規範：包括PDM系統基礎應用標準規範、PDM系統產品圖文檔管理標準規範、PDM系統三維工藝檔案標準規範、PDM系統BOM管理標準。
2.4實施路徑與步驟設計
按照總體規劃，分步實施原則開展平臺搭建與應用。
第一階段：平臺搭建。這個階段研究業務流程模式，搭建設計、工藝、製造一體化平臺，打通設計、工藝、製造、檢驗數據鏈。階段重點工作是搭建TCM工藝平臺以及TC與ERP系統集成，透過試點零部件的測試應用驗證技術平臺的可行性。
第二階段：平臺驗證。以設計製造技術平臺的驗證應用、全三維設圖4BOM數據流程計製造研究爲核心，選取整車項目在系統平臺上執行，完整驗證技術平臺在各業務環節應用。
第三階段：優化應用。這個階段完善優化技術平臺，在公司內部多項目推廣應用，逐步將技術平臺覆蓋公司內部製造各流程。未來再考慮與異地子公司融合。
3單一產品數據源的設計製造技術平臺的實踐
三年來，圍繞搭建及實踐應用單一數據源設計製造技術平臺，進行了大量的測試驗證，主要包括：軟件模組技術測試、軟件模組功能測試、系統集成技術測試、系統集成功能測試、零部件模擬測試、項目執行測試。前期用轉向架組裝等7個典型零部件數據進行了軟件功能模組、系統集成的測試驗證;然後用具體項目的大部件進行了模擬執行，選用馬其頓動車組項目上線測試。
4結束語
透過上述構想與階段性探索，可以得出如下結論：
1)選擇TCM進行工藝設計與管理，基於TC平臺，工藝直接重用設計模型。業務上採用設計工藝一體化項目管理。馬其頓動車組項目試製幾乎沒有工藝準備週期，透過一體化並行協同，及時開展了工裝設計、加工程序編制、工藝分析等工作。但是在測試環節也發現，系統全方位展開運用，還需要妥善解決產品數據搭建模式、發佈、變更管理等部分問題，如怎樣實現自頂向下設計，如何實現異地協同設計，如何適應快速生產情況下的提前採購，如何實現工藝設計的簡統化與標準化等問題。
2)數據上TC與ERP/MES集成，打通了設計、工藝、製造數據鏈。馬其頓動車組項目做到了數據同源。但是，還需要解決以下問題：基於設計BOM生成工藝BOM的數據結構，不同視角下BOM的重構與一體化的關聯管理;TCM工藝規劃多工藝路線與ERP生產排產單一工藝路線情況下的物料傳遞;數據版本更替在技術平臺內部多個系統中準確有效傳遞。
3)搭建設計製造技術平臺，除解決單一數據源、知識傳承與共享外，在虛擬環境下的設計、製造、仿真驗證，亦真正體現數字化製造價值所在。目前只在個別零部件上進行部分模擬驗證，驗證各環節也獨立存在。需要探索優化的是，構建數據模型的時候如何滿足仿真的需要，如何將設計、仿真、改進建立閉環驗證反饋系統。
4)使用設計製造技術平臺，對公司經營管理既有業務模式衝擊很大，除軟硬件設施外，適合企業特點的技術標準及管理流程制度的及時跟進也至關重要，甚至比系統平臺本身更關鍵。
5)設計製造技術平臺各種紛繁複雜的軟件都有一定的業務範圍，企業都需根據自身獨特的產品及經營特點，進行適度的二次開發。如何用好技術平臺又不受制於軟件升級，在搭建技術平臺的時候就應該統籌考慮。
總之，數字化製造技術平臺是實現數字化製造的基本保證。南車株機公司透過大量的數據測試以及馬其頓動車組等項目的試執行，證明搭建的TC、ERP/MES數字化設計製造一體化技術平臺技術架構、技術路線滿足數字化製造技術需求。馬其頓動車組項目的實踐應用也開啓了我們數字化製造的探索應用之旅。但是爲了使數字化製造技術平臺很好的服務於公司生產製造，也爲了用好這個技術平臺，技術方面目前還需要重點研究：MBD(Model-BasedDefinition，基於模型的定義)模型技術，一體化BOM的優化應用，多系統集成及其管理流程數字化。