3DEXPERIENCE平台数字化工艺和质量协同方案实践
摘要
本文主要介绍3DEXPERIENCE平台（简称3DE平台）在某跨国商用空调企业的落地实践。钛闻软件实施团队立足过往工艺平台项目经验，充分沟通和理解客户按订单生产（MTO）模式下的个性化需求，助力企业构建了基于3DE的工艺和质量协同数字化平台。3DE平台中的核心工艺数据和质量数据均采用可配置、结构化方式管理，形成完整的知识经验沉淀，支持跨工厂、跨部门的数据共享和复用。
01
工艺和质量协同的背景和挑战
在制造业柔性化转型的大背景下，按订单生产（MTO）已成为离散制造企业应对个性化市场需求的重要选择。离散制造的“工序离散、零部件多、装配复杂”特性，叠加MTO模式“多品种、小批量、定制化、交期紧”的需求特征，使得工艺部门（衔接订单与生产的技术核心）与质量部门（保障产品合规与客户满意度的关键防线）的协同效率，直接决定了企业的订单交付能力、产品质量水平与市场竞争力。当前，企业的工艺与质量部门仍存在协同机制缺失、流程衔接不畅、数据互通受阻等问题，成为制约企业高质量发展的重要瓶颈。工艺和质量自身及协同面临的挑战主要体现在以下方面：
工艺和质量文件编制工作量大、周期短、重复性工作多；
工艺和质量文件一致性差，产品质量存在风险；
需求频繁变更，工艺和质量文件调整应对效率低；
工艺和质量知识沉淀不足，核心经验面临流失；
缺乏标准化流程，工艺和质量协同依赖人工线下沟通；
数字化工具支撑不足，工艺和质量数据割裂。
02
工艺和质量协同问题的应对策略
建立MTO生产模式下的协同标准体系
标准统一是工艺与质量协同的前提，需针对MTO模式的定制化特性，构建“产品族标准+订单差异化补充”的协同标准体系，基本规则如下图所示；
图. MTO生产模式下产品族分类示意图
1. 按产品族梳理协同基础标准：对企业现有产品进行分类，按产品结构相似性、加工工艺相近性、质量要求关联性划分产品族，每个产品族制定统一的协同基础标准：
工艺：明确核心工艺流程、关键工序定义、工艺过程参数；
质量：同步明确对应的关键质量控制点、检验方法、检验频次等；
协同：统一工序编号、质量检验项分类编号等基础数据规则，确保工艺与质量部门对核心概念的理解一致。
2. 制定订单差异化协同标准流程：针对具体定制订单，在产品族基础标准的前提下，由工艺部门与质量部门联合评审客户定制要求，明确差异化的工艺调整要点与对应的质量标准补充要求，形成电子化评审纪要，通过审批流程跟踪后续落实执行。
3. 建立标准变更协同机制：明确需求变更或工艺调整后的标准同步流程，工艺部门发起变更后在规定时间内通知质量部门，质量部门完成质量标准调整并反馈。
搭建数字化协同平台，实现数据互通共享
数字化是提升协同效率的关键支撑，构建跨部门协同平台，打通工艺与质量的数据壁垒，数字化协同平台和周围信息化系统的数据流关系如下图所示：
图. 工艺&质量协同平台与其它系统的数据流
1. 统一主数据源管理：将工艺数据（工艺路线、标准工序、5M1E要素、工时等）与质量数据（检验工序、检验项、检验规则等）主数据集中存储于统一平台中，建立数据之间的关联关系：
工艺文件与质量文件对应绑定，工艺版本更新时，自动识别相关质量文件并进行影响评估；
工序信息与检验要求关联，可通过工序编号快速查询对应的工艺要求与质量参数；
质量缺陷数据与工艺参数关联，支持通过缺陷类型反向追溯对应的工艺环节，定位根本原因。
2. 数字化协同平台与MES/QMS等系统集成：将工艺和质量主数据同步到后端生产相关的信息化系统中，指导生产执行，MES/QMS系统实时采集工艺执行数据（如设备参数、加工节拍）与质量检验数据（如尺寸偏差、缺陷数量），工艺与质量部门可实时监控生产过程，及时发现问题并快速响应。
建立协同知识管理体系，提升协同能力复用
将个人经验转化为组织知识，实现协同能力的快速复制，是MTO模式下应对多品种、小批量需求的核心保障：
建立知识共享与应用机制：开放权限，所有员工可通过数字化协同平台查询知识资产库，新人可快速掌握产品族协同标准与典型案例，缩短上手周期。
构建协同知识资产库：由工艺与质量部门联合梳理协同知识，形成产品族协同模板库，每个产品族对应一套“典型工艺+质量控制计划+检验指导书”协同模板，相似定制订单可直接复用，仅修改差异化部分。
03
数字化工艺和质量协同平台软件选型
项目立项阶段，钛闻软件&达索团队和客户开展了多轮技术方案交流和成功项目案例分享，综合市场调研和能力价值评估，客户最终选择达索3DE作为工艺和质量协同平台。3DE平台在国内外拥有众多成熟的客户应用案例，在数字化工艺管理领域有成熟的解决方案，如下图所示：
图. 3DE平台数字化工艺解决方案
3DE平台具备单一数据源、统一部署的技术优势和出色的跨地域、跨部门实时协同能力、灵活的扩展性，契合企业当前对工艺和质量协同及数据共享的需求；同时，3DE平台还具备与上游不同产品线PDM系统的集成能力，支持不同格式的3D模型和2D图纸等数据，未来可以扩展企业其他部门协同的范围，发挥更大价值。
图. 3DE平台跨部门协同
此外，如下图所示，3DE平台提供丰富的三维工艺仿真能力，支持不同应用场景，典型应用包括产品拆装工艺仿真、人机工程装配仿真和优化、机器人焊接、搬运过程仿真和优化、数控加工仿真等；未来在工艺和质量协同平台应用的基础上，可以实现即插即用、无缝衔接。
图. 3DE平台工艺规划和仿真解决方案总览
04
3DE平台工艺和质量协同方案落地
协同平台功能架构
项目实施过程中，钛闻软件团队和客户紧密配合，遵循客户提出的面向多工厂“标准统一、数据互通、知识共享”的总体原则，规划构建“可配置制造过程数据库”+“可变制造参数数据库”的技术方案，如下图所示，以提升工艺、质量相关数据文件编制的效率、准确性、一致性，同时，实现工艺&质量和MES等其他核心系统业务数据融合，指导生产制造过程。
图. 数字化工艺&质量协同平台落地核心思路
结合3DE平台解决方案的行业实践，形成数字化工艺和质量协同平台的功能架构，如下图所示；
图. 工艺和质量协同平台功能蓝图
方案要点1：工艺资源库
以工艺为核心，钛闻软件实施团队和客户业务部门共同全面梳理现有的制造工艺过程，形成通用/专用工艺标准库，作为协同工作的基础：
兼顾未来APS高级排产计划模型生成的需要，建立与计划工序组相匹配的工艺分类，如零件加工（类）、部件装配（类）、整机装配（类）等大类，往下再拆分成，如零件加工包含下料（类）、折边（类）、卷圆（类）、喷砂（类）等子类，如下图所示：
图. 工艺过程分类示例
针对每一类工艺过程的特点和适用的产品特性，建立标准工序库，如下图所示，提高工艺的复用性和一致性，分别为每个工序定义相关的人、机、料、法、环、测（5M1E）等生产要素，支持被引用到订单产品BOP工艺流程中，作为工艺复用的基本单元，例如下料工艺包含若干种：
下料工序01切割机01适用于板材，厚度小于15mm…
下料工序02切割机02适用于板材，厚度大于15mm…
下料工序03切割机03适用于管材，壁厚小于5mm…
图. 标准工序示例
针对不同的产品分类，创建典型的工艺路线模板，配置和定义模板适用的产品特性参数，未来根据不同订单产品的特性参数，可以自动筛选出符合要求的工艺路线和适配的标准工序。
方案要点2：工艺设计和管理
针对复杂产品和非标产品工艺，项目组在标准工序库的基础上，增强“可配置”工艺过程定义，以支持配置化产品及非标订单需求：
参考前文2.1建立MTO生产模式下的协同标准体系，基于过往已生产订单产品和研发部门的产品线分类，将相同/近似工艺路线的产品族分类，如下图所示；
图. 产品族分类示例
结合产品族分类，将部装工艺、整机装配工艺按照不同的“机组型号+计划工序组”进行分类，形成若干通用或专用的BOP工序组，如下图所示；
图. 可配置BOP工序组示例
依靠工艺部门的知识经验，分析研发部门的产品配置项&值，识别出会对BOP工艺流程产生影响的产品配置项，将可配置项&值和BOP工序组建立绑定关系，形成多组“可配置”BOP工序组，未来根据SO订单的配置项&值，可以自动筛选出唯一匹配的BOP工序组；
针对每一组通用或专用的BOP工序组，分别绑定到适用的产品族分类上，形成产品分类+BOP工序组的“可配置”工艺过程，未来根据新物料号或订单产品所属分类，可以筛选出适用的BOP工序组，结合路线信息即可组合形成完整的BOP工艺流程。
方案要点3：PQC过程质量主数据管理
工艺和质量相辅相成，在建立产品族分类、BOP工序组、标准工序库的过程中，两个部门保持沟通和协调一致：
质量部门在工艺BOP工序组、标准工序数据的基础，新增专门的质量检验工序或仅增加检验项目，如下图所示；
图. 工艺和质量协同数据模型
对于工艺和质量都关注的过程参数项目，如零部件序列号记录等追溯项，统一维护一次即可；
对于不同物料号和SO订单特殊的质量检验要求，将作为“可变制造参数”单独维护。
方案要点4：IQC来料质量主数据管理
多工厂制定统一的标准，作为供应商提交必要质量数据和收货入库的依据：
根据外购件的种类和认证标准等要求，建立外购件产品族分类；
参考PQC过程质量的规则，根据实际需要定义外购件的BOP流程，为每个工序定义相应的检验项目和检验规则；
对于不同物料号特殊的质量检验要求，将作为“可变制造参数”单独维护。
05
3DE平台工艺和质量协同的价值小结
在数字化工艺和质量协同平台建设过程中，3DE平台为客户提供了工具支撑，同时，钛闻软件实施团队和业务部门投入了大量的时间和精力对过往的知识和经验进行梳理、汇总、甄别、取舍，初步形成可配置、可复用的知识库，未来支持迭代优化。3DE协同平台方案为客户创造的业务价值主要概括以下几点：
单一数据源和跨部门协同
3DE平台“单一数据源和统一部署”的机制助力客户构建了跨工厂、跨部门的数字化协同平台，形成标准化的协同机制，平台承载了企业完整的工艺、过程质量、来料质量主数据，作为单一主数据中心，保证数据的一致性、合规性、追溯性。
知识沉淀和传承
3DE平台助力客户实现按产品大类、机型、型号、订单等不同维度管理工艺路线，针对通用、专用工序分别定义人、机、料、法、环、测（5M1E）等生产要素、以及质量检验工序和检验项目、检验规则等数据。3DE平台中的核心工艺数据和质量数据均采用可配置、结构化方式管理，形成完整的知识经验沉淀，支持跨工厂、跨部门的数据共享和复用，提升了工艺部门与质量部门各自的工作效率和协同效率。
上下游系统等融合
3DE平台作为工艺、过程质量、来料质量的主数据中心，未来与ECN、MES、WMS、QMS等系统集成，可以打通工艺设计、生产排产、生产制造、质量管控、变更等环节的数据壁垒，实现全流程信息互通，增强企业的订单交付能力、产品质量水平与市场竞争力。
李黎辉
制造业技术部
高级方案架构师
17年数字化制造技术服务经验，重点服务汽车、工业装备和航空等行业的领先客户企业。熟悉汽车行业工艺开发业务流程和数字化制造业务需求，主导和参与多家主机厂和零部件客户基于数字化工艺平台规划和建设，对汽车总装、焊装三维工艺规划及仿真应用有较深的理解和丰富实践。
关于钛闻软件
上海钛闻软件技术有限公司源自于上海江达科技发展有限公司，自2024年1月1日起，钛闻软件全面承接上海江达的人员、业务和相关资质。
钛闻软件在全国设有10个办事处，拥有超过200余人的专家顾问团队和近30年的行业经验，公司致力于向交通运输、工业装备、基础设施、航空航天、高科技电子及生命科学等行业客户提供先进的数字化解决方案及企业级应用系统。
作为达索系统重要的合作伙伴，钛闻软件在中国拥有1500多家客户。这些客户长期使用达索系统从需求、设计、工艺、仿真到制造的全生命周期解决方案，总装机量超过30000多套。钛闻软件非常注重客户的实施服务和应用支持，紧扣客户需求，引入最佳实践，让先进软件发挥卓越价值。
