基于 Teamcenter 的协同设计
上海联宏创能信息科技有限公司 吴婷
1 前言
随着计算机技术的进步、信息时代的到来，全球化市场的形成与发展使得在世界范围内的市 场竞争变得越来越激烈。谁能在最短的时间内，把高质量、低成本的产品推向市场，谁就是竞争 的胜利者。全球范围内的激烈竞争促使制造业不断降低成本、提高质量、缩短研发周期和提供更 为完善的服务。在这一环境下，制造业不断涌现出一些新思想、新理念、新模式，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)等等，提出这些新思想新概念的主旨是强调以多学科专家组成的产品开 发小组为单位，把传统的设计制造技术与计算机技术、系统工程和自动化技术等相结合，最大限 度地共享企业内外部的各种资源。这些新思想、新理念和新模式促进了制造业的长足发展。
产品设计是制造业中十分重要的一环，但是传统设计采用串行开发模式，对其下游的制造、
装配以及用户使用等问题考虑的较少，已经无法跟上时代要求的步伐，因此，怎样把产品生命周 期中可能出现的问题与产品设计很好地协同起来引起了大家的重视。其中，计算机支持的协同设 计(ComputerSupported Cooperative Design, CSCD) 融合了通信技术、计算机技术和网络技术，
采用了并行工程的思想方法，使处于分散的一个群体借助相关技术，共同协调和协作来完成一项 任务，从而大大提高生产的效率，有着广泛的发展前景。
2 协同设计
2.1 协同设计的概念
协同设计（Collaborative Design）是计算机支持的协同工作环境的一个重要应用，是复杂 项目开发的一种有效工作方式。它可以理解为一个群体借助计算机及网络技术，共同协调与协作 来完成一项任务。通过建立协同工作的环境，改善人们进行信息交流的方式，消除或减少人们在 时间和空间上的相互分隔的障碍，节省工作人员的时间和精力，提高群体工作质量和效率，从而 提高企业、机关、团体、乃至整个社会的整体效益和人类的生活质量。通过建立协同工作的环境，
改善人们进行信息交流的方式，消除或减少人们在时间和空间上的相互分隔的障碍，节省工作人 员的时间和精力，提高群体工作质量和效率，从而提高企业、机关、团体、乃至整个社会的整体 效益和人类的生活质量。在这种工作方式下，活动中的每个用户都能感觉到其他用户的存在，并 与他们进行补贴程度的交互。
2.2 协同设计存在的主要问题
协同设计工作是一个典型的群体工作。群体成员既有分工，又有合作。因此群体的工作由两 个部分组成：一个是个体工作，群体成员应完成各自分工的任务；另一个是协同工作，因为群体
工作不可能分解为互相独立的个体工作，群体成员之间存在相互关联的问题。而工作中难免会出 现矛盾和冲突，如不及时发现和协调解决，就会造成返工和损失。传统的 CAD 系统只支持分工后 各自应完成的具体任务，至于成员接口问题，计算机不能支持，主要靠面谈或某种通讯工具进行 讨论并加以解决，但这些方式很难做到及时并充分地协商和讨论。
3 协同设计平台Teamcenter
Teamcenter 是业内首个将单个软件应用，转变为在 SOA 的基础上建立的，跨专业、跨项目 阶段的真正集成化的 PLM 解决方案，为大小制造企业提供了平台可扩展性、应用丰富性以及可配 置性。Teamcenter 是全世界最广泛使用的 PLM 系统，最优秀的协同软件。
Teamcenter 是一套完整的协同产品管理解决方案，能使由分散的知识用户和各种应用系统 所组成的虚拟企业协同工作，以便把质量更好、成本更低的新产品更快地推向市场。它可以帮助 企业在 Web-native 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。同时还为汽车、航空、国防 工业以及高科技电子领域提供了专门的行业解决方案。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。这些解决方案支 持在产品生命周期中，来自不同地方的所有合作伙伴彼此协同工作。
4 基于Teamcenter的协同设计
4.1 多 CAD 协同设计
Teamcenter 可以和各种 CAD 进行无缝的紧密集成，实时共享 WIP 数据、发布数据、Baseline。
为了更好的完成设计协同，Teamcenter 支持多 CAD 集成和协同设计，例如 CATIA、Pro/E、NX、
Solid Edge、SolidWorks、AutoCAD 等等。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（如图 1），但是各种 CAD 软件设计的产品及零部件都可以统一 的在 Teamcenter 中进行实时的管理。
图 1 多 CAD 紧密集成
Teamcenter 可以全方位的支持 CAD 的各种建模过程及自顶向下、自底向上的设计模式。在 整个设计过程中，支持 BOM 的实时双向同步（CADTeamcenter），属性的双向映射，并且可以 全面支持 CAD 的关联设计，例如柔性装配、变型件、部件家族、Wave 链接、大装配等等。
真正中立的设计数据格式一直都是 CAD 行业追求的最高目标。西门子在全球第一个提出了查 看 及 分 享 轻 量 化 三 维 产 品 数 据 的 ISO 标 准 ， 即 JT 轻 量 化 格 式 ， 并 且 通 过 Teamcenter Visualization 来管理相关的格式数据，完成在该格式数据上的各项功能操作。JT 是由许多不同 组织机构倡导的一个共同体，他们将 JT 数据格式作为准标准，实现产品可视化和 PLM 软件之间 的信息共享。市面上的各种 CAD 数据包括三维、二维、电子数据等都可以转换成为 JT 格式的数 据，这也是业内的轻量化数据格式的标准。通过 JT，可以利用现有的数据，实现快速、准确、
完整的产品可视化，在单一的产品数据源的基础上，实现跨异构 CAD 系统、跨不同企业间、跨知 识产权保护的协同，可以进一步提升 C3P 等系统的价值，增强各系统的集成功能。
举例来说，如果一个大的产品，通过不同的 CAD 软件来进行产品设计，正常情况下是不可能 将其安装在一起进行装配预览的。但是通过西门子的 JT 数据格式，可以将各种 CAD 数据保存为 JT 格式，并在 Teamcenter Visualization 界面下进行完整的产品装配及查看（如图 2）。
图 2 多 CAD 协同设计
4.2 部门内部协同设计
企业部门内部的工作，往往会有几个人一起完成同一项工作，每个人的工作各不相同，却又 相互影响，这个时候，协同设计将会成为提高工作效率、减少工作返工率的重要手段。
以技术部门进行产品设计为例，传统的工作方式是设计小组，应用一些离散的 CAD 工具，只 是对传统 CAD 方法和工具的简单集合，先进行各自的设计，之后定时定期的进行设计者之间的自 然形式讨论，例如会议讨论。这种方式由于缺乏合适的计算机辅助协同工具，所以难以将这种协 同工作的模式深入下去。而基于 Teamcenter 的协同设计，设计小组的成员可以在 Teamcenter 中 共享工作空间。基于共享的工作空间，可以实时人人交互，更加紧密的将各个设计同步并联系起 来，使之具备对设计问题进行实时交流的能力，这对于设计人员之间密切的思想交流、类比联想、
激发灵感和创造力是非常重要的。而且这种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，支持多个学科的设计者们在虚拟的共享工 作空间中进行讨论和定性分析，以便及早发现和解决问题，有利于缩短设计周期，提高设计质量。
如图 3 所示。
图 3 传统设计与协同设计模型比较
4.3 部门与部门之间的协同设计
西门子的愿景是将企业的工业运营，例如以产品与设备相关的工作在统一的平台上管理起来。
从产品的需求与计划、概念设计、产品设计、制造工程、产品测试与验证、产品测试盒质量保证、
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的管理起来，而这个 平台就是 Siemens PLM Software，即 Teamcenter。也正因为如此，所以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。
为了实现西门子的愿景，Teamcenter 提供了 17 个领域的解决方案，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（如 图 4）。通过以上的解决方案，可以将公司的各部门都串联起来，使用统一的平台来进行工作，
并且使之适应各个行业。
图 4 Teamcenter 的 17 个领域
在企业之中，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（如图 5 ）。一般企业的产品设计都会先 由市场部门进行市场调研，为我们的产品提供设计依据，而 Teamcenter 的系统工程和需求管理 可以将这些需求内容管理到数据库中，并且将需求作为后续产品设计或更改的依据，参与到产品 设计之中。之后我们的规划部门会根据这些需求与企业的实际情况，进行各项目的规划，通过 Teamcenter 的组合计划和项目管理来创建各项目计划，实现任务的分配和项目控制。技术部门 接受到项目任务后，可以在 Teamcenter 的平台上通过各种 CAD 软件进行产品结构设计、电子设 计、工艺仿真等等。通过制造过程管理，可以将产品结构 BOM 转换为工艺 BOM，完成产品工艺之 后，就可以顺流而下进入到车间进行生产制造，而此时 Teamcenter 也可以跟我们的生产车间的 各种设备进行集成管理。在整个过程中间，企业的采购可以通过 Teamcenter 和 ERP 的集成在设 计阶段就可以进行查看相关的需采购库存。而企业的系统管理部门，可以通过 Teamcenter 这个 平台来管理维护整个企业的各项系统。而供应商关系管理可以转变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 5 部门与部门的协同管理
4.4 异地协同设计
随着企业的发展，现在越来越多的企业都在多个国家或者地区有业务。这些公司在不同的国 家或地区设有办事处、工厂或分公司，通常还会有一个总部来协调各区域的管理工作。对于这种 公司，需要在异地进行同步研发或者生产，如何对各地的产品数据进行管理，对其也是一个巨大 的挑战。为此，Teamcenter 被越来越多的公司引入以解决该问题。
Teamcenter 针对该问题提供了两种解决方法（如图 6 ）。第一种是在站点 1 创建服务器，并 通过 VPN 专线，在异地安装相对应的客户端实现异地协同。这种方法如果两个工厂的数据量有明 显数量差异或某一个工厂只需要获取数据，那么可以使用比较适合。第二种方法是 Teamcenter 所特有的异地协同（Multi-site）管理方式，即在不同的区域，建立不同的 Teamcenter 站点，
站点之间通过 VPN 专线进行连接并交互数据。
图 6 异地协同两种方式
对于第二种方式的协同设计，及 Teamcenter 多站点协同允许每个站点拥有自己的资源，自 己的数据模型，自己的用户和组，以及相关的权限控制规则。这些站点可以独立使用，也可以通 过配置使它们协同工作。对此，作为多站点协同解决方案使用了一个特殊的站点服务 ODS（Object Directory Services）。ODS 维护的是在整个多站点协作网络中的每个对象记录。ODS 站点并不存 储对象本身，只保存一个对象的记录，告诉你哪些站点存储哪些数据以及相关的信息。各站点把 需要共享的数据发布到 ODS，注意，只有数据的基本属性会传到服务目录，并不包括具体的物理 文件，如 CAD 数据、发布到服务目录的数据可以被其他站点远程查询到，之后可以提出远程导入 申请，将其他站点的物理文件导入到本地站点（如图 7）。
图 7 多站点协同
Teamcenter 的异地协同设计帮助企业实现资源共享最大化，避免复制大量可能永远不会用 到的多余数据，配置上也更加简便灵活。
4.5 社区协同
Teamcenter 的社区协同功能可以建立一个安全且适用性强的环境，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合作。
Teamcenter 在可视化数据协同的基础上，建立虚拟团队，使用虚拟会议功能（如图 8），使 公司的内部不同部门或不同区域的员工、与它们的供应商、结盟合作伙伴及可信任的客户在一个 协同社区内进行协作，更方便地进行概念研究、计划评审、设计评审、工程变更评审等，有助于 产品的决策，减少时间和商务成本，增加了交流的机会和参与者，提高了创新能力及产品质量，
使产品数据进行实时交互。
图 8 社区协同可视化会议
5 总结
随着信息技术、计算机和网络技术的迅速发展，跨部门、跨企业、跨行业、跨地域、跨国界 的协同设计已经成为可能。本文基于 Teamcenter，对企业内部多 CAD、设计团队内部，不同部门、
不同站点之间的协同设计进行了介绍。希望本文可以为各种企业尤其是正在走向世界的中国企业，
在规划、实施 PLM 系统项目时提供一种思路、一份借鉴，同时 Siemens PLM Software 携手其亚 太区最优业绩铂金代理商上海联宏创能信息科技有限公司将帮助企业找到适合自身实际情况的 解决方案。
