伴随着计算机科技的进步和信息时代的到来，市场全球化的形成与快速发展，使得市场竞争在世界范围内变得越发激烈。谁能在最短的时间内，把低成本、高质量的产品推向全球化的市场，谁就是市场竞争中的领跑者。这种激烈的竞争促使制造业不断降低产品成本、提高质量、缩短产品研发周期和提供更加完善、完备的服务。在这种市场大环境下，制造业中涌现出了一些新兴的思想、理念和模式，如计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing）、并行工程（Concurrent Engineering）、柔性制造（Flexible Manufacturing）、虚拟制造（Virtual Manufacturing）、精良生产（Lean Production）、企业流程再造（Business Process Reengineering）、自主分布制造系统（Autonomous Distributed Manufacturing System）等，提出这些新模式及概念主要是强调以多学科专家组成的产品研发小组为单位，将单一的设计制造技术与计算机技术、系统工程和自动化技术等有机结合，从而能最大限度地共享企业内部和社会中的各种技术资源。从长远来看，这些新思想、新理念和新模式极大地促进了制造业的长足发展。
在传统的产品全生命周期中，产品设计是十分重要的一环，但由于传统设计方法多采用串行模式，对其生命周期后段的制造、装配以及用户使用等环节考虑较少，这种模式已无法跟上当今行业发展的要求。因此，怎样把产品各个阶段中出现的问题与产品设计协同起来，引起了大家的重视。其中，由计算机所支持的协同设计（Computer Supported Cooperative Design,CSCD）融合了通信技术、计算机技术和网络技术，融合了并行工程的思想，使处于分散的群体之间借助相关技术，共同协调和协作来完成一项产品研发任务，从而大大提高生产的效率。
（一）协同设计
1.协同设计概念
所谓协同设计，是计算机技术所支持的协同产品研发的一个重要应用，是目前复杂项目开发的一种有效的技术手段。其可理解为一个团队借助计算机技术与网络技术，通过协调、协作的方式来共同完成一项任务。通过建立协同的工作环境，改善人们进行信息交换的方式，以此减少人与人在时间和空间上相互分隔的障碍，从而节省工作人员的时间和精力，提高群体工作的效率和质量。在这种工作方式下，处于设计活动中的每个个体都能切实感觉到其他个体的存在，从而进行工作中的交互。
2.协同设计存在的主要问题
协同设计是一种典型的群体性工作。群体中成员之间既有着各自的分工，又有相互的合作。因此，这种群体性质的工作主要由两个方面组成：一是个体的工作，作为整个群体中的单个成员完成的各自分配的工作；二是协同工作，群体中的人员不再独立办公，而是在一个群体之中与其他个体相互配合完成工作。这种协同的工作方式必然导致群体中个体之间存在相互关联与配合的问题，而在完成工作的过程中又难免会出现矛盾和分歧，如果这种情况不能够及时发现以协调解决，就会造成不断返工和劳动损失。
而对于早期的CAD系统，只能够支持项目分工，而后由个体完成相应的具体任务；至于成员接口问题，计算机不能支持，主要依赖面对面沟通或其他通信工具进行讨论并加以解决，但这些方式其实很难做到实时地交换意见并充分地协商，难以解决协同设计中存在的根本问题。
（二）基于Teamcenter的协同设计
Teamcenter是在业内第一个将单个软件应用，转变为在SOA的基础上建立的，跨专业、项目阶段和产品研发计划的，高度集成化的产品全生命周期解决方案，为各种制造企业提供了协同设计的能力，并且软件本身具有不错的平台可扩展性、各种CAD高度集成性以及可配置性。目前，Teamcenter是全世界机械行业中应用最广泛的PLM系统。
具体来讲，Teamcenter是一套完整的产品协同管理的解决方案，能使分散的知识用户和各种应用系统协同工作，从而将质量更优、成本更低、更具市场竞争力的新产品加快推向市场。它能够帮助制造企业在Webnative环境中捕捉、管理、访问、集成、利用不同类型的产品信息，这些信息包括产品需求、项目数据、工程设计数据、零部件和文档以及产品配置。不仅如此，针对汽车、航空、国防工业以及高科技电子等领域，Teamcenter还为他们提供了专门的领域内解决方案。此外，Teamcenter也为企业提供了CAD中性和PDM中性环境的可视化协同解决方案，用于在虚拟空间上进行实时磋商。在PLM中，通过这些高效的解决方案支持，使来自不同区域的合作伙伴能够展开高效的协同工作。
针对基于Teamcenter的协同设计，可以从以下几个方面阐述设计中协同的具体实现方法。
1.多CAD协同设计
Teamcenter可以支持多个CAD系统进行无缝的紧密集成，针对WIP数据的实时共享、方便发布数据及Baseline.在产品设计过程中，Teamcenter支持多CAD集成和协同设计，例如CATIA、Pro/E、NX、Solid Edge、SolidWorks、AutoCAD等CAD软件可以在Teamcenter平台进行互操作。针对很多企业内部使用的CAD并非完全统一，同一件产品也并非由同一个软件来完成设计等问题，各种CAD软件设计的产品及零部件模型都可以在Teamcenter平台中进行统一且实时的管理。
图2-1 Teamcenter界面图
图2-2 多CAD紧密集成示意图
Teamcenter可以全方位、多角度地支持各种CAD软件的建模过程，及自顶向下、自底向上的产品设计模式。在整个的产品设计周期中，支持产品BOM的实时双向同步，模型属性的双向映射，并且可以全面支持CAD之间的相互关联设计，例如柔性装配、变型件、部件家族、Wave链接、大装配等。
举例来说，如果一个大型化的复杂产品，通过不同的CAD软件来进行产品零部件设计，在正常情况下，不可能将其配合在一起进行装配预览的。但是通过西门子公司所提出的JT格式作为数据交换媒介，可以将各种CAD软件产生的数据统一保存为JT格式，并在Teamcenter Visualization界面下进行完整的产品装配浏览。
2.部门内部协同设计
在企业的各部门之间的内部工作，往往会有几个产品工程师共同完成同一项工作，而每个工程师的工作内容各不相同，却又相互影响，在这种背景下，部门内部的协同设计将会成为提高工程师的工作效率、降低返工率的重要途径。
以技术部门在进行产品设计活动为例，传统的工作方式是几个设计小组，应用一些离散、异构的CAD工具，对CAD模型进行简单的集合，首先在组内进行各自的设计，之后定期地进行设计任务的讨论，例如会议讨论等形式。很明显，这种方式缺乏合适的计算机辅助协同工具，所以这种协同工作的模式难以持续深入下去。而基于Teamcenter的部门内部协同设计，设计小组内的每个成员可以在Teamcenter中共享工作空间。而且这种共享的工作模式可以突破传统的串行设计方法，使之适应“Top to Down”和“Down to Top”的混合设计方法。此外，支持来自多个学科的设计师们在虚拟且共享的工作空间中进行设计任务讨论和定性分析，以便及早发现和解决问题，有利于缩短产品研发周期，提高产品质量。
图2-3 部门内部协同设计示意图
3.部门间的协同设计
西门子公司的期望是将企业中的工业运营，例如产品与设备相关的工作在统一的平台上管理起来。从产品需求、任务计划、概念设计、产品设计、制造工程、产品测试与验证、产品测试和质量保证、批量生产、销售和分销、维护维修及循环利用，全部通过一个平台合理连贯地管理起来，而这个平台就叫作Siemens PLM Software，即Teamcenter.也正因为如此，西门子的产品数据管理软件称为产品全生命周期管理PLM(Product Lifecycle Management)软件，而非其他国产软件所提出的产品数据管理PDM(Product Data Management)软件。
为了实现西门子公司的期望，Teamcenter提供了17个工业过程的解决方案，分别是企业知识基础、平台可扩展性服务、生命周期可视化、系统工程和需求管理、组合计划和项目管理、工程过程管理、物料清单管理、符合性管理、内容和文档管理、配方包装和品牌管理、供应商关系管理、机电一体化过程管理、制造过程管理、仿真过程管理、维护维修和大修、报告和分析、社区协同。在企业的实际生产工作中，通过Teamcenter的不断深入实施，可以将企业的各部门贯穿起来，使其在Teamcenter的统一平台上共同完成企业的各项工作安排。
在整个产品生命周期过程中，企业的采购可以通过Teamcenter和ERP的集成在产品设计阶段就可以查看相关的需要采购量及库存。企业的系统管理部门中，可以通过Teamcenter这个平台来管理维护整个企业内部的各项子系统。而通过供应商之间关系管理，可以转变产品原材料供应商与企业的产品开发和采购团队的合作方式，满足一些传统的采购需求，包括提高企业寻找和评估供应商的能力以及采购谈判能力。
图2-4 Teamcenter的17个领域
4.异地协同设计
随着大型企业的全球化发展，现在越来越多的企业都在多个国家和地区有相关业务。一般而言，这些公司在不同的国家或地区都设有相应的企业办事处、代工厂或分公司，通常还会有一个总部来协调各区域中的产品研发及业务管理工作。对于这种全球化公司，需要在异地进行同步研发或者生产，而如何对各区域中的不同产品数据进行管理，对企业本身的竞争力而言也是一个巨大的挑战。为此，Teamcenter被越来越多的大型公司引入以解决区域间的协同问题。
图2-5 部门与部门的协同管理
Teamcenter的异地协同设计实现了企业内部资源的共享最大化，从而避免了复制大量可能不会涉及的多余数据，在配置上也变得更加简便灵活。
5.社区协同设计
Teamcenter的社区协同功能可以为企业建立一个相对安全且适用性强的交流环境，使分散在不同地点的多领域团队能够在整个产品生命周期中使用丰富的产品数据实时地进行共享与信息交流。
Teamcenter在可视化数据协同的基础上建立了虚拟团队，开发了虚拟会议功能，使公司内部的不同部门或不同区域的员工、供应商、结盟合作伙伴及可信任的客户在一个协同社区内进行信息交互，从而更方便地进行产品的概念研究、计划评审、设计评审、工程变更评审等，有助于产品任务的决策，减少时间和经费成本，增加了企业内部知识的交流，提高了创新能力及产品研发效率。
（三）协同设计案例分析
在本小节中，采用某制造企业技术中心项目组成员在Teamcenter与NX集成环境下实现减速器的协同设计、协同审核、协同管理的过程，以减速器总体控制结构为案例，重点讲解在Teamcenter协同设计平台的多人协同设计过程，案例总体流程如下图所示。
图2-6 案例总体流程
1.总体结构设计与任务下发
首先，总工程师分析研究减速器的构造及各部分结构的主要作用。
图2-7 减速器构造图
总工程师分析研究减速器后，在Teamcenter图文档管理主界面中撰写设计计算书、产品明细清单等技术文档，并直接保存在系统中。
图2-8 技术文档
总工程师按照技术文档在Teamcenter中搭建减速器总体设计结构，按企业编码规则填写总体设计所需零件的图号、版本号、中文名称。
图2-9 填写规格
总工程师完成总体设计后，下一步是下发设计任务给项目组成员张工、宋工，由宋工、张工分别完成箱体、轴系的设计任务。
图2-10 任务下发
总工程师在Teamcenter中整理设计数据，布置设计任务。
图2-11 布置设计任务
技术文档与设计数据指派到减速器项目后，张工、宋工在自己的Teamcenter系统中通过单击“我的项目”链接按钮，在项目模块中均可看到减速器总体设计数据及技术文档。
图2-12 查看项目
2.设计过程中的协同
张工对轴系的设计进度及数据可被项目组成员总工程师、宋工实时查看，并进行参考设计。
图2-13 协同示意
总工程师在减速器项目中实时查看张工的设计进度，浏览高速轴的设计过程，查看每个零件的三维模型及高速轴装配结构。同时，总工程师也可以在NX中打开高速轴系三维模型进行具体分析。
图2-14 查看设计（一）
图2-15 查看设计（二）
3.流程审核及数据归档
由总工程师填写减速器审核的流程名称，选取相应的设计审核流程。
图2-16 填写流程名称
打开流程模板，查看可视化的电子流程及各个审核节点。
图2-17 查看流程
在Teamcenter中查看待审核数据的产品结构及轻量化模型，也可以在NX中审核三维数模及工程图纸。
图2-18 查看数据和模型
减速器设计试制后，总工程师整理减速器项目文件夹，将文件夹通过Teamcenter内部邮件发送给数据管理员蔡工归档设计数据。
图2-19 操作流程
综合上述流程，不难看出基于Teamcenter的协同设计具有以下优势：
（1）有效记录产品设计中的零散数据。
协同设计可以在不增加任何工作负担、不影响产品设计思路的前提下，管理好在设计过程中产生的每一张图纸，并且清楚、详细记录各个图纸的历史版本和产生历程，从而对设计图纸进行有序的管理。
（2）设计数据分工明确，实现量化考核。
通过协同设计，可以有效掌握设计的协作工作分工和任务进度，使得设计中的图纸资源流转及时且顺畅，资源共享充分，解决任务推诿的问题。
（3）实时掌握互相协作团队的设计过程与进度。
管理者通过协同设计软件，可以实时监控到设计中的每个环节，使得工程进度有序，防止纰漏发生及工期拖延。
（4）在系统内部即可完成设计数据的移交与接收。
通过信息化系统管理企业中的设计数据，解决了过去通过介质拷贝、邮件附件等方式逐级分发任务所造成的遗漏或重复下发问题，保证数据格式及版本的一致性。此外，在项目组内人员发生变动时，可快速及时并且准确安全地实现设计数据的转移，防止设计数据的遗失。
（5）解决传统的数据保存、管理问题。
当前，企业内部设计数据的安全性保障手段粗放简陋，只能通过创建层级文件夹方式保存与管理数据。设计数据保存在设计师各自的电脑中，无法实现数据的共享与借用，容易产生文件重复或建模重复等问题，从而在数据传递与改型设计时很容易产生错误。
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