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中小型企业PDM系统设计及实现
2017-04-10 17:14:15  作者:汪利 王石刚 邹慧君 郭为忠   来源:互联网
  •   PDM (Product Data Management)是一门管理与产品相关的“信息”和与产品相关的“过程”的技术。与产品相关的信息指属于产品的数据,如CAD/CAM/CAE的文件、材科清单(BOM)、产品配置等。与产品相关的过程包括 ...

  PDM (Product Data Management)是一门管理与产品相关的“信息”和与产品相关的“过程”的技术。与产品相关的信息指属于产品的数据,如CAD/CAM/CAE的文件、材科清单(BOM)、产品配置等。与产品相关的过程包括有关的加工工序、有关批准权、使用权、工作流程过程程序。

  在市场竞争日益激烈的情况下,中小型企业要想以新、快、好的产品占领市场,其突破口应在设计。这里一方面是指如何快速地利用现有设计产生变形设计,并争取一次成功;另一方面是如何将设计成果快速地为加工制造和生产计划等所使用。同时,由于中小型企业具有多品种、小批量的生产特点,产品相关的信息多而杂乱,在变形设计时如何快速地检索和利用已有的各方面知识成为了瓶颈。PDM正是充当了这样一个集成管理者的角色,它将各方面产品信息集中管理以备检索利用,同时规定过程控制以使信息安全可靠,因此PDM技术对中小型企业的发展起着至关重要的作用。

  1 中小型企业PDM的体系结构

  系统体系结构的基础是其功能需求。通过对中小型制造企业的调研,我们认为PDM系统必须具备以下功能:产品结构管理、工程数据管理、设计提交管理、变动设计管理、用户授权管理和数据传输。其它功能如支持异构形式、多平台应用、分布式结构及多用户协作等虽不是中小型企业急需的功能,但在总体设计时应考虑进去,以便系统进一步扩展。这些功能主要是对网络技术的扩展,因而在中小型企业PDM的体系结构(见图1)中,着重考虑的是其开放性,即能支持各种应用软件对它的访问,为它们提供相应的接口。我们将PDM系统主要划分为3个子系统:工程数据管理系统、BOM表管理系统和版本管理系统。所有子系统的使用都由授权管理系统统一监控。

  

图1 中小型企业PDM的总体框架

  图1 中小型企业PDM的总体框架

  工程数据管理系统负责将各种技术文档(包括图形)与BOM表中元素建立联系。版本管理系统完成设计提交管理功能。BOM表管理系统完成产品结构管理、变动设计管理等功能。根据BOM表应用场合的不同,将其分解为4方面的视图:即面向设计BOM视图、面向装配BOM视图、面向加工BOM视图和面向计划BOM视图。面向设计BOM视图以产品零件的功能分类码为基础,支持设计的派生和重用。以最大程度地重新利用现有设计加快新产品开发;面向装配BOM视图产生产品装配结构树,提供零部件装配关系。当有装配关系的零部件之一修改时,提供相关零部件的修改检查;面向加工BOM视图以产品零件的形状分类码为基础,以利于加工工艺和加工数据的查找;面向计划BOM视图提供产品需求清单,为与MRPⅡ之间的联系提供接口。

  2 中小型企业PDM的信息模型

  立足于自行开发的原则,在中小型企业PDM的规划与实施过程中,重要的一环是根据其功能需求及体系结构,得出适合于中小型企业生产经营模式的系统信息模型。通过对中小型企业的调查和分析,得出企业目前最需要管理的信息有以下几类:产品结构树、产品设计过程、产品文档。

  按照以上信息的结构特征,可将它们分为结构化数据、半结构化数据和非结构化数据3类。对应不同结构特性的信息采用不同的管理方式:

  ①对结构化的静态数据,如产品结构树的从属关系,系列机型及零部件信息等,可以建立关系型数据库直接进行管理;

  ②对非结构化数据,如文字型的产品说明书、使用书等,由于无法直接由数据库管理,可以建立文件共享区,对文件进行文件名和目录的存储管理;

  ③对半结构化数据,如各种分析程序、NC代码等,可以在数据库中直接运行或调用这些文件,得出所需要的结果或显示所需要的图形。

  lDEFlx图是在E-R模型的基础上,对其进行细化、科学化以更好地表示信息及其之间关系的图形化数据模型,它是建立数据库结构时的基础。中小型企业PDM的IDEFlx信息模型见图2。经细化,在信息模型中建立了13个实体。将其划分为3个部分:以系列、机型、部件、零件、标准件、外购件6个实体构成核心,提供各节点本身信息;左边部分为树状结构关系实体,提供产品的结构信息;右边部分为节点属性联系、结构化属性、半结构化属性和非结构化属性4个实体,提供各节点的属性信息,以分别管理前文提到的3种结构特征信息。将这些实体对应转化为数据库中的表,将实体联系变为表联系,即得到了关系数据库的数据模型。

  

图2 中小型企业PDM的信息模型

  图2 中小型企业PDM的信息模型3 PDM信息处理关键问题的解决

  中小型企业PDM的实施主要有以下一些问题需要解决:产品结构的数据表示、“借用”关系的表示、相关属性的统一管理和版本管理。

  3.1 产品结构的数据表示

  产品结构是一个由系列、机型、部件及零件所组成的树状结构,其中系列为树根,零件为叶子。目前绝大多数数据库为关系型数据库,它利用数据表、表与表之间的关系构成数据管理的基础。如何用关系型数据库表示树状结构的数学模型也就成了一个问题。在本系统中,产品结构主要是通过树状结构关系表来表达的。表中,每一条记录由父节点号、于节点号和拥有数量3十字段构成。在构成产品结构树时,每加入1个零件或部件,都需要将其直接归属的父节点记入父节点号字段中,将其自身节点号记入子节点号中,同时给出一个父节点拥有于节点的数目,这样一条条记录就构成了产品的树状结构。从表1中可以看到机型l拥有零件1、2和部件1;将部件l作为父节点,通过查询又可得到其于节点为标准件l、零件3和部件2。如此递归地查询下去,即得到图3的产品树状结构。

  表1 树状结构关系表

  

表1 树状结构关系表

  

图3 产品结构图

  图3 产品结构图

  3.2 “借用”关系表示

  在中小型企业中由于存在大量的变形设计,机型与机型之间、部件与部件之间,经常会有借用现象发生。这种借用有时是部件,有时是零件。由于借用零部件井无一定规则。有时被借用的零部件本身就是借用其它零部件而得来的,这种无规则和嵌套借用的发生会引起计算机内部管理的不一致,产生同一零部件用不同的编码表示,从而导致在做生产计划和物料需求时出现错误。“借用”的含义是将一种机型中的某一部件或零件原封不动地用于另一机型中。当把一个机型中的零件借用到另一机型中时,表示这两种机型使用完全相同的零件。其材料、加工方法、加工路线也完全相同。因而在BOM表中只能以一个零件号表达,否则会引起零件管理的混乱。部件的借用也一样,所不同的只是当部件被借用时,在产品结构中也应表示出其下属的所有子部件和零件。在上述结构的树状结构关系表中实现零件甚至部件的借用关系相当简单,只需在表中增加一条记录即可。倒如在上例中我们需要在机型2的部件3中借用零件l和部件1,只需增加两条记录;“部件3,零件1.3”和“部件3,部件1.1”。通过查询,我们得到机型2的树状结构(见图4)。依据这种方法对借用加以表示,既能够保证借用时编码的一致性,同时也最大限度地减少了数据量的存储。

  

图4 借用表示

  图4 借用表示

  3.3 相关属性的统一管理

  一方面,与产品结构树中不同层次的节点相关的属性种类和内容是不同的。如与机型相关的属性有产品使用说明书、产品开发任务书、产品鉴定等,而与零件相关的可能是零件图纸,零件应力分析结果、零件加工工序等信息文档;另一方面,产品结构树中同一层次的节点也包含着不同的属性,如有的零件不需要作应力分析,有的则需要作弯度和挠度等方面的校核,如何有效地将这些不同种类的信息(文档、计算结果、计算程序、图形和图像等)与产品结构树中各个节点联系起来,也是一个需要解决的问题,在这里,我们利用节点属性联系表实现节点与属性的相关,该表包括节点号、属性名称、属性类型等字段。当每对一个节点增加一个属性时,就增加一条记录。查询时根据这些信息选择不同的属性表(结构化属性、半结构化属性或非结构化属性),找出相关屑性或指向该属性文件的文件指针。

  3.4 版本管理

  在产品设计阶段,如果与产品设计有关的某信息是可以改动的,我们称该信息处于“签出”状态。但当审核井下发开始生产后,这些信息应立刻改为不可变动,我们称这些信息处于“签入”状态。这也就是设计提交的过程管理,即版本管理。笔者提出的信息模型可以有效地解决上述问题。它保证与产品相关的信息在各个设计阶段的可修改性。在这里,我们在产品、零件、部件和属性等大部分表中设置了“设计状态”字段,用来表示该信息处于何种设计状态,对于较简单的应用系统,有签入/签出两种状态,该字段是一个布尔代数值,用以表示该信息是否可修改。对于稍复杂的应用系统,设计过程可以分为新设计、设计提交、审核、归档、下发和再设计6个阶段,“设计状态”字段可用1~6的整数来表示。表中的每条记录中的设计状态只能在权限的控制下,由一个阶段转到下一个阶段,而不能跳过其中某一阶段;同时,在其它表中可以根据此字段定义不同阶段对不同信息的修改程度。这样,不仅可对设计过程进行统一的流程管理,而且也较容易地定义每一阶段对信息的修改程度。

  应用PDM技术时,中小型企业需要一个实用的、功能适合并可扩展的系统。我们在实施上海市科委协昌CIMS应用工程的背景下,对中小型企业的PDM信息模型进行了研究,并以lDEFlx图的形式表达。同时对PDM实现过程中的主要难点,如产品树结构的表达、借用表达、相关信息的统一管理和过程管理等都提出详细的解决方法,在此基础上开发的适合于中小型企业的PDM软件目前已经成,正在试用和逐步完善中。该系统的应用将会增加中小型企业对市场变化的快速反应能力。



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