摘要：现行CAM软件的分散使得产品数据成倍增长，并远超过了现行数据管理系统的基础体系结构的管理能力。本文提供了一种能很好解决产品数据膨胀的方案：建立一个制造工程的集成体系结构。在此结构下，CAD模型和CAM模型相互联接并即使更新，从而避免了重复工作和备份。并最终减少生产时间、提高产品精度。
制造工程集成的系统体系结构是在APT开始三十年后以现行分散解决方案为基础发展起来的。现行传统的进程规划、NC编程、文档管理、离线以及CMM编程等其他应用软件分别具有非常强大功能，但他们同时也鼓励了相互间分散，并因而导致错误、重复工作以及事倍功半的效果。通常软件系统中具有两个平行且并发的作用线程，一个作用于零件，一个作用于装配，都同时从虚拟转换到现实。但在任何一个作用线程中制造工程中仅有很少或根本没有集成。
现行CAM软件种类划分的分散是大多数CAM系统开发者基于小环境策略的不可避免的产物（如图1所示）。尽管三大汽车生产厂商指定了同一CAD/CAM系统，但事实上在每一个公司中都存在大量的CAM产品，他们或者作用于核心技术或者只是小范围应用。因此，在每次后继工序中，为了详细说明制造过程，原始设计模型都必须生成新的备份。比如，一个主体面板的加工包括三到五个工序过程，其中每个工序又需要铸模结构、铸模表面、铸件加工以及关联部件、检测设备、焊接工具以及加工稳当等信息。具有讽刺意义的是占CAD/CAM工程20%的制造却产生了80%的数据（如图2所示）。
制造工程软件的分散会导致由于制造和文档功能需求，设计模型被复制多份，而且通常相互间不具有可更新链界。这种由各种制造工程应用引起的数据膨胀远超过了现行数据管理系统的基础体系结构的管理能力。越来越多的精力被耗费在工程修订和后继进程的相互沟通中，然而出现的错误却在不断的增加。尽管基于小范围的应用有利于捕获零件几何信息、装配和加工，却很少使数据满足并行工程的标准。因而导致在机构中许多领域缺乏并行工程的可重复性和标准实施的持续性。同时新的基于小范围的应用以及工程与车间的分离导致了制造工程的分散和与车间的进一步分离。
这些问题可通过集成体系结构（如图3所示）加以解决：(1)一个包括相关设计模型、原材料和基本进程概要的制造模型；(2)定义加工刀具，加工方法和零件生产的详细结构说明书；(3)原材料库、操作摸板以及刀具等，用作过程定义参考；(4)取证、模拟以及最优化软件；(5)生成NC代码和加工文挡的处理器。
图1零件和装配作用线程上制造工程系统的分散
解决方案的出现
最近的几年见证了在一个同一系统结构下的制造工程集成的关键技术的产生。STEP标准和主导CAD/CAM系统的结晶使不同系统间的立体模型的传递成为可能。进程指令的传输（也是STEP标准的一部分）将在不远的将来成为现实。
图2后继过程中设计模型的连续复制意味着制造工程产生了4倍于设计模型的数据
新容错模型允许CAM软件可直接运用现存立体和表面模型进行工作而无须执行类似于清除间隙、重叠和孔的以前所必需的修改工作。这些革新使得制造工程师能将刀具路径和其他操作与设计阶段产生的立体或表面模型联系起来，从而避免了模型的复制。制造模板的另一项新的发展就是合并多种标准化加工过程，并使之与零件几何信息相连接来将CNC编程过程流程化和标准化。
图3EDSUnigraphics开发的新制造工程集成系统体系结构能集成作用线程，如图所示汽车门内面板。
尽管生成CNC代码的软件是最早且可能是当前最成熟的CAM软件，但最近在这个领域有了重要发展。这是由于复杂多功能处理器的易简化性使工件操作者在使用前只须通过最小限度的培训。他们在核心CAD/CAM系统间的相互关联作用消除了几何复制问题。处理器的另一个最新改进就是将未切割材料轨迹归应于刀具清除问题从而使得它能在一个后继进程中被轻易的清除（如图4所示）。
图4通过用NURBS曲面代替插补曲面输出给所装配的控制器使得加工时间减少，精确度提高
PDM连接
PDM是一个多功能合成体，这些功能又分别命名为工程数据管理、产品信息管理和文档管理。PDM可应用于工程以及制造范围内的产品发展生命周期控制。PDM系统被设计用来管理多系统混合体所产生的数据：CAD、CAM、计算机辅助工程（CAE）、材料需求管理（MRP）以及其它工程和制造控制系统，它提供存取或安全控制，维护产品数据间关系，还具有通告和消息等功能。PDM系统也同样能维护产品结构、零件数据间联系，并使类库标准化。
在新系统中，除了上述的改进，数据管理能力也同样得到了充分的增强。发展了一种与车间相连接的新的库结构从而能直接传递CNC程序和制造文档。起初仅仅用与管理组件和装配信息的数据管理系统现在具有了新的智能化功效：当一个部件信息改变时，所有关联部件以及装配信息同时得以更新。刚刚在汽车工业中开始广泛实施的产品数据管理系统（PDMS）提供一种贯穿整个组织的存取设计和制造模型信息的方法。具体来说，PDMS具有以下几个重要功能：
（1）库：库的存储、组织、控制、恢复以及产品数据的保护。它监控个体、工程组对这些数据的存取并管理其他用户自定义参数。库中包含数据本身或者元数据，以及数据存储地址的数据，用户必须通过PDMS来读取被控数据。这看起来似乎需要一个路线信息块来完成这项工作，但事实无须如此：因为用户无须清楚数据的实际存储地址并同时能确保用户能获得最新版本的数据。
（2）进程管理、进程建模以及设计控制：这项功能包括控制产品构造的创造和修改信息、零件定义、数据关系以及整个产品生产周期内的其他相关数据。PDM记录了数据产生的每一个步骤，并为跟踪设计意图，取消设计变动提供了一条至关重要的途径。
（3）构造管理、产品结构管理以及工程更改：这项功能以创建和管理产品构造以及材料清单（BOM）为核心。其主要内容包括维持和管理早先构造版本、管理产品设计的有效性、同时监控产品的不同构造、管理工程变化顺序（ECOs）并在设计原则的基础上提供产品的不同方面信息（比如机械、电子甚至其经济性）。传统意义上说，工程变化和BOMs不包括在产品生产环境内，但产品随时间而变化，制造也具有代表性的会使传递给它的产品模型发生一些变化，这些数据的更新都不能纯粹依赖于MRPII，因为MRPII不能执行产品构造的管理。
（4）规划管理：基于PDM的工程管理包括实时资源规划和项目跟踪、进程报告、可分配资源的状况和地址以及鉴别个体对可分配资源的使用。作为PDM系统中最不成熟的功能，基于PDM的规划管理一般由第三方应用程序来提供。但在新体系结构下，这项功能能很好的实现。
（5）工作流：作为配置和进程管理的主要组件工作流处理自动将序列中的任务结果按次序打包，并对正在待机工作或已完成工作的联合个体进行监督。工作流系统中所定义的工作可以是序列或并发的，不论任一种情况下，工作都能在简单单步完成或条件性需求的基础上进行下去。重复进程是工作流操作的理想情况。当具有一个图象交互截面时，工作流可让用户清楚资源和可分配资源在整个工程进程中的位置。
这些改进为新的制造工程集成系统体系结构提供了基础，而这个体系结构具有把所有分散系统集合起来的潜能。这个体系结构的关键要求就是能够结合数字控制模拟中所包含信息的处理过程中的每一步骤来从始至终的处理作用线程。
也许，新系统体系结构所提供的最基本的能力就是设计和制造模型中的紧密联结。传统系统中的问题就是设计模型首先在并发工程阶段准确定义，但在制造进程定义过程总设计模型仍持续发展。新系统体系结构通过维持制造模型的控制和更新来反映这些变化而无须手动干涉或记录。控制模拟的概念，即联合通路的扩展，通过使数据管理系统确保所有人使用的都是零件和装配集合信息的最新版本，使得汽车生产厂商以及其供应者能同时并行的工作。
PLM实施
产品全生命周期管理（PLM）的管理范围是整个产品定义周期——从产品生成到产品的报废。PLM可称作为一种应用于一套连续商业解决方案的协作商业方法，这些商业解决方案支持协作创造、管理、分发以及跨越从概念阶段到生命周期尽头的扩展计划阶段的产品定义信息的使用。PLM为一个公司和它的扩展计划生成产品信息中枢。它由多个组件构成：基础技术和标准、信息生成工具、核心功能、功能应用以及建立在其他部件上的商业解决方案。
在新的体系结构下，PLM能更加成功的实施并运行得更稳定有效。PLM系统的核心是一个管理产品、进程、设备、资源数据整体以及其相互关系的数据模型。在集成数据模型的作用下，PLM可实现产品和进程配置，更改控制和效率、进程创造、工作流、存取管理、数字仿真和可视化、以及库装、存储、安全等其他数据管理功能。当然所有的这些功能在新体系结构下都是和PDM相集成的。
现假设一项汽车设计将运用于制造。可首先向新体系结构的PLM系统中输入一个包含所有与汽车制造有关的制造进程、资源以及设备的汽车模型。然后输入设备号码，甚至于生产线标示符都会得到那里将会生产何种产品的信息。同样的，输入资源描述符将会得到有关产品和所产生进程的信息。在这个集成系统中，所有的设计和制造工程师都能核对何种进程和工具应用与何种零件和装配，并因此能迅速识别那些部件将会受到影响以及谁能解决所产生的相关问题来处理一种经典而且特殊的情况——在模型提交后的设计改变。
在新的体系结构下，PLM使所有有关协作、并行工程、信息间相互作用等承诺变为现实，从而使企业的各个组成部分间相互通信并明确各自行为，其结果就是使扩展产品设计、生产的能力和技术，使管理涉及生产前的准备阶段。
随着功能的不断强大，新体系结构不可避免的变得更加复杂，这就使得系统的可升级性、可配置性以及为特殊应用配置安钮驱动界面变得额外重要（如图8所示）。比如在铸模加工系统中用户可以逐步操作加工进程。底特律的一个汽车配件制造厂装有这种系统；它同时被超过100个的机械工、模型和刀具制造者并行使用。
图8新系统体系结构的一个主要部分是聚焦产品设计并为特殊应用提供简单用户界面
更具有普遍意义的是，在独立体系结构原理的基础上构造可升级产品使得汽车制造厂商具有了应用一般系统处理特殊工作的能力。其结果就是在最小花费的前提下使应用程序和体系结构充分集成。
必要条件
新体系结构必须具有适合新制造处理技术的足够柔性。比如，高速加工技术除需要新加工部件外，还需要一套叫作螺旋预紧的新零件缓慢进入装置，从而避免对高速旋转切削刀具的损害。另一项革新技术便是基于NURBS的刀具路径，它利用新一代控制器的强大处理能力来处理将将曲面几何模型向成千上万个直线线段的转化，而这种转化是为机械伺服引擎提供指导所必须的。并因此通过消除控制器等待时间和刀具在路径不连贯出不必要的减速而减少了30%的加工时间。同时也在精度方面获得了16级的进步。
系统通路的主要需求包括从概念到产品全作用线程的处理能力；设计、加工和制造模型间的充分联合；以及一个能扩展处理新制造技术的开放体系结构。需重点注意的是尽管本文中常用部件和刀具来举例，同样的体系结构也适用于装配处理工程。实施这种体系结构无需丢弃现行系统；它可以分步执行，也容易由一个单部门层次升级到企业层次。这些特征制造工程集成的观点成为现行汽车工业CAD/CAM系统中所出现的最具有发展前途的概念。
