西门子(EWI)基于模型的作业指导书解决方案

基于模型的作业指导书解决方案

基于模型的作业指导（Model-Basic Work Instruction，简称MBI）是整个MBE体系的重要一环，是连接虚拟世界（Product）和物理世界（Production）的纽带和媒介。传统的媒介一般是纸质媒介，如蓝图、打印的工艺卡片等。

MBI是工艺知识的集中展现。如何将格式多样、关系复杂的产品定义、制造过程定义和

沉淀的工艺知识等信息展现到制造现场或维护维修现场，并被现场人员无二义的快速理

解和执行，是MBI研究的重要课题。MBI的解决方案水平是体现MBE和数字化制造解决方

案水平的重要指标。

作业指导从使用介质类型分为纸质和电子。

作业指导从使用实时性分为脱机和实时联机。

作业指导从车间执行角度分为单向展示和展示/反馈双重功能两种。

作业指导从能力角度，对应于MBE的能力矩阵，MBI大致可分为4个能力层次：

● Level 0：嵌入二维图和图片的纸质作业指导。一般国产CAPP输出的就是这种格式的

工艺卡片。有些系统从三维模型截图嵌入卡片中，也是属于这个能力层次。

● Level 1：嵌入三维模型的电子作业指导文件。这种作业指导一般都不需要打印。很

多三维创作软件也能实现这种能力的作业指导（注1）。

● Level 2：嵌入三维模型的在线作业指导系统。这种作业指导能直接从三维工艺系统中获取结构化的工艺信息（注2）。

● Level 3：嵌入三维模型、能反馈的在线作业指导系统。除了Level 2能力，还支持现场执行中的操作记录、过程检验数据、FAI（First Article Inspection，首件检验）等实物技术状态的反馈。这种能力的实现往往需要和MES结合。

注1：三维创作软件仅仅能实现三维作业指导的创作功能，而往往并不具备核心的三维工艺管理。

注2：仅仅实现三维电子作业指导文件在线浏览或下载的系统，属于Level 1。仅仅实现二维电子作业指导文件在线浏览或下载的系统，属于Level 0。

1．业务挑战

● 三维下车间无处下手

有了三维设计模型，如何将三维设计模型应用到工艺和现场，是很多制造企业头疼的问题。甚至有些企业将三维设计模型直接搬到车间屏幕就万事大吉；更有些企业设计采用三维，工艺和现场后退到二维，三维转二维甚至直接在卡片中贴三维截图。从“道”上讲，

缺乏MBE的整体认识和适应的管理制度；从“术”上讲，缺乏三维下车间的技术手段。

● 传统作业指导执行效率低

传统工艺卡片特点就是信息扁平和静态，执行效率很低。现场工人除了工艺文件，还需要仔细翻阅关联的大量的图纸、标准，而且工艺卡片描述往往很简单，需要结合自身经验进行自己的消化理解，在执行过程中，工人具有一定自主性，导致在整个制造生态中，工人的经验和技能占很高比重，甚至高到影响产品定型和质量的程度。

传统纸质卡片在执行中难于动态调整，不易直观表现工序的串行并行和条件判断，这些都需要借助大量的临时更改和现场调度管理。经常会出现工作上的失误，造成生产质量问题，影响生产周期。

● 更改贯彻不及时不彻底

传统制造模式中，更改多、贯彻慢、贯彻难，这些都是影响产品质量、研制周期和成本的管理型原罪。传统的作业指导也是造成这一后果的重要原因，纸质卡片不方便修改、删除、插入，打印之后空间上分布也很广，导致更改不及时，贯彻不彻底。

● 现场数据不能及时反馈和管理

传统模式下，工艺和检验的展示和反馈是脱节的，这样导致编制工艺的工艺员和执行工艺的现场人员也是脱节的。工艺员不掌握现场情况，很难及时调整工艺，更改时在制影响分析也不及时不全面，不能进行细粒度的工艺更改；在有限工期、资源、经验的限制下，现场人员只能充分发挥”主观能动性”；现场管理也只能进行粗放式调度和管理。工艺与执行的脱节，造成”知行不合一”。

2. 解决方案

针对不同MBE能力水平的制造企业，西门子都提供满足企业需求的MBI，甚至提供不同能力MBI并存复合方案。

● 2D PDF（Level 1）

2D PDF是基于TCM（Teamcenter Manufacturing）的工艺结构树输出的二维作业指导，即能打印，也能以电子文件的形式在车间展示。有表格，有文字，有图形。输出时，系统自动对特殊文字（如零组件代号）进行颜色、字体强调。

图形来自TCM中工序组合视图。工序组合视图是工艺员对设计模型的理解和对过程模型的规划的投影，包含过程模型、设计PMI和工艺PMI，一般是某个特定视角、剖视图或局部剖视图。这些视图将大大提高执行现场对工艺的理解，比传统作业指导更直观，充分发挥了三维工艺的优点。

● 3D PDF（Level 1）

3D PDF内嵌三维模型，可以直接浏览、旋转、测量，如果定义了装配路径或者进行了装配工艺仿真，可以实现按工序/工步播放。以电子文件的形式在车间展示。三维模型包含对应的工序组合视图。

● 基于Web的在线作业指导EWI（Level 2）

EWI是基于Web的在线作业指导，直接从Teamcenter服务器获取工艺内容，展示内容包括工艺结构、工序流程图（定义了工序/工步的串行并行）、操作描述、零组件配套表、工艺资源和三维模型。三维模型包含对应的工序组合视图。

EWI能做到实时更改立即贯彻。考虑复杂的现场工况，EWI也支持离线模式。

● 基于便携终端的作业指导（Level 2）

iPad版Teamcenter使用移动宽带连接到Teamcenter服务器，能展现TCM的作业指导、图纸和模型，能进行更改贯彻。考虑复杂的现场工况，支持在线模式（连接到Teamcenter）工作

或下载内容来离线完成任务。

3．价值体现

● 提高现场执行效率

MBI具有直观、易于理解的特点，缩短了原来的读图、理解消化时间。MBI电子化和实物技术状态的电子化至少可以减少90％的查询时间。MBI对零组件、原材料、工艺资源的配套定义清晰，过程描述可视化，关联查询方便，大大提高了现场执行效率。

● 提升现场管理水平

制造过程定义清晰；结构化的更改管理减少了临时更改、超越等需要人工调度干预的情况，现场过程可控可管可追溯，提高了现场管理水平。

● 提高产品质量

MBI的过程定义和检验定义的可视化和细节化，减少了现场的误解。操作工人的经验以

工艺知识的形式细化体现在MBI中，使得过程操作和过程检验更科学，并能以快速反馈和迭代工艺知识，最终提高了产品质量。

● 缩短产品研制周期

作为工艺和现场的纽带，MBI使得“电子分发→发现问题→实时反馈→快速分析→直接在制处理→结构化更改→及时分发贯彻”这样一个快速闭环成为现实，减少了现场的停工、窝工、返工、无用工和消极怠工，有问题也能及时合理修正，现场经验也能回馈到工艺，从管理体系上缩短产品研制周期。