莊德升，符美明，陳明剛，白友平，曹紅松，劉恒著，沈冠軍

(1.重慶望江工業(yè)有限公司，重慶 400071;2.中北大學，太原 030051)

火炮作為近程防空武器，其設計精巧復雜，零部件多達5000 多種，研發(fā)設計過程中會產(chǎn)生大量設計文件。原有紙質文件管理流程已經(jīng)不能滿足大量應用計算機輔助設計的企業(yè)對資料管理的要求［2］。電子文件版本混亂、圖紙查閱低效等問題成為制約產(chǎn)品設計、生產(chǎn)的瓶頸。

1 業(yè)務流程現(xiàn)狀分析

火炮行業(yè)中不少機械企業(yè)，產(chǎn)品設計均已實現(xiàn)電子化［3］。但面對現(xiàn)有的大量電子文件，還未形成一套有效的電子資料管理機制。一種典型的資料管理現(xiàn)狀如圖1 所示。

產(chǎn)生設計文件的二、三維設計軟件多種多樣，本文選取1組常見的設計軟件組合進行研究。三維設計平臺選用UG NX 軟件，二維設計平臺為CAXA 軟件。則圖文檔管理的對象類型主要就是上述2 種軟件對應的文件類型。由圖1 中可以看出，研發(fā)階段的二維和三維設計文檔刻盤歸檔后，便不再更改，二維和三維的聯(lián)系也不再維護。二維圖紙文件的最終歸宿是曬成紙質藍圖，指導車間生產(chǎn)。

圖1 一種典型的資料管理現(xiàn)狀流程

產(chǎn)品試制、生產(chǎn)階段，車間和設計部門需要頻繁就變更進行溝通［4］。因無可信版本的電子版圖紙，溝通時需要經(jīng)常翻閱紙質圖紙。因此使用頻率較高的圖紙經(jīng)常破損、或被他人借閱，無法及時處理變更。變更發(fā)生后，信息部門將更改情況手工標記至紙質藍圖上，并填寫臨時變更單。臨時變更單以年度為周期進行匯總，指導藍圖更改，曬新圖后替換舊圖。

可以看出，生產(chǎn)過程中，無法獲得產(chǎn)品當前最新版本;二維和三維模型的電子文件處于非受控狀態(tài);借閱、查詢圖紙效率低下。這些問題日漸成為制約生產(chǎn)的主要問題。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理仍停留在手工操作的水平，數(shù)據(jù)分散在各工程師手中，正確性和完整性無法確定，不能實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)共享;圖紙狀態(tài)的維護靠持有圖紙的工程師自覺完成，無法保證該圖紙、技術資料是最新狀態(tài)，歷史版本變更也無法追溯;首次出圖后，再無法找到1 整套最新的電子版本用于發(fā)布。對于標準件、通用件、借用件等，都是在工程師用到時，才進行尋找和建模，這就導致對于同一重用件，要多次被不同的工程師建立，無法實現(xiàn)該標準件的有效共享。

2 解決思路及方法

為達到查詢便利、提高效率，規(guī)范電子圖文檔管理流程，集中管理知識庫等目標，迫切需要1 種管理手段，來破除當前電子圖文檔管理的混亂局面。解決以上問題的1 種途徑是通過購買專業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(PDM)對電子圖文檔進行管理。另1 種途徑便是自行開發(fā)軟件，管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)。

第1 種途徑的具體實施方法有2 類:一是利用大型PDM、PLM 系統(tǒng)，二是利用通用圖檔管理軟件。優(yōu)秀PDM、PLM 廠家的軟件雖然功能大而全，但是硬件添置費、授權費和實施費用高昂，遠遠超過大多數(shù)企業(yè)負擔能力，解決電子圖文檔管理問題，不具備投入高額成本的條件;后者功能較為單一，缺少2 次開發(fā)接口或接口過于簡單，無法根據(jù)公司內部管理流程自行定制數(shù)據(jù)查詢功能和開發(fā)專用功能。在此優(yōu)先選用第2 種途徑，通過自行開發(fā)管理平臺實現(xiàn)對電子圖文檔資料的管控。

要對數(shù)據(jù)進行有效管理，需要將所有產(chǎn)品數(shù)據(jù)歸集整理，編碼分類后放在所有設計人員均可訪問的中央服務器上，作為唯一數(shù)據(jù)源。通過軟件進行訪問權限控制。這需要以下共享技術的支持:FTP 技術，用于服務器與客戶端之間文件的簽入簽出管理;數(shù)據(jù)元建模技術，用于固化產(chǎn)品信息結構，建立適合企業(yè)的零部件分類標準和方法;數(shù)據(jù)庫技術，用于存儲大量的數(shù)據(jù)元模型，實現(xiàn)信息檢索;Windows 共享文件夾技術，用于CAD 軟件網(wǎng)絡直連訪問;軟件編程技術，用于編寫客戶端軟件。

隨著5G腳步的臨近，可以將VR技術應用于網(wǎng)絡學習，讓學生在學習時感受到教師和同學仿佛就在身邊，身臨其境，營造濃厚的學習氛圍，也對學生的學習起到監(jiān)督作用。

3 可行性論證

軟件開發(fā)方面，要以較低的成本，對數(shù)據(jù)進行整合，需要將設計圖紙、模型的電子文件歸集至服務器，通過設計界面友好的軟件進行流程控制，維持二維和三維模型的對應關系;通過數(shù)據(jù)庫記錄圖紙信息、人員信息、分工信息;通過FTP 服務器端進行文件更改、上傳和下載的權限控制;通過“Windows 共享文件夾”進行網(wǎng)絡共享，方便UG 從網(wǎng)絡端直接打開。實現(xiàn)以上途徑的開發(fā)成本比較低廉。

硬件方面，要求設計部門每位設計人員均配備PC 終端，有仿真服務器1 臺，具備每臺終端都接入內部高速保密網(wǎng)絡的條件。網(wǎng)絡基礎知識方面，并不需要太多，僅要求設計人員對“Windows 共享文件夾”功能較熟悉。這些條件對于一般的中小公司，比較容易滿足。

數(shù)據(jù)容量方面，對于一般產(chǎn)品，UG 的設計文件平均大小為0.5M，預算每個產(chǎn)品的數(shù)據(jù)文件數(shù)量在10 000個左右，即每款產(chǎn)品數(shù)據(jù)總量約為5G。100 種產(chǎn)品數(shù)據(jù)量僅500G 左右，使用FTP 軟件就可以。對應數(shù)據(jù)記錄按平均每零件3 條記錄估算，每產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫所需空間大小約為0.3G，免費數(shù)據(jù)庫MySQL 完全可以勝任此數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)服務。

關于災難恢復，因軟件平臺無服務器端，只需要定時備份好數(shù)據(jù)庫以及文件即可應對，恢復非常容易。

因此綜合考慮成本、可行性、易用性、安全性等，得出以下結論:FTP 可使用服務器的IIS 自帶功能實現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫使用開源免費版MySQL 數(shù)據(jù)庫，軟件開發(fā)語言使用Delphi 或C++。對于軟件授權費用的投入是零，硬件只使用一般配置的現(xiàn)有計算機就可以。

4 服務器及客戶端選用

4.1 服務器使用FTP

綜合考慮經(jīng)濟投入、經(jīng)費控制、網(wǎng)絡安全、性能以及穩(wěn)定性等方面，搭載了互聯(lián)網(wǎng)36%的FTP［5］成為了本系統(tǒng)文件傳輸?shù)淖罱K選擇。通過FTP 服務，遠程用戶可在服務器上獲得，可為不同用戶分配不同的用戶名和密碼，還可通過建立虛擬路徑，將1 個文件夾映射到另1 個文件夾下，無縫整合多個硬盤。FTP 還可限制IP 地址訪問，僅允許指定IP 的用戶瀏覽和訪問［6］。服務器拓撲圖及軟件架構見圖2。

圖2 服務器拓撲圖及軟件架構

4.2 數(shù)據(jù)庫使用MySQL

數(shù)據(jù)庫服務使用免費開源的MySQL 數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫多應用于論壇、網(wǎng)站的服務器，雖然小型網(wǎng)站選用該數(shù)據(jù)庫居多，但MySQL 對于大數(shù)據(jù)量的網(wǎng)站，也有不錯的表現(xiàn)［7］。

涉及到的數(shù)據(jù)元信息，如零件信息、文件信息、BOM 信息等，均存放在數(shù)據(jù)庫對應的表中，用戶通過軟件界面，交互式地訪問和查詢所需數(shù)據(jù)。

5 架構模塊闡述

5.1 數(shù)據(jù)元模型

圖3 數(shù)據(jù)規(guī)劃

5.2 編碼及分類規(guī)則

編制唯一標識某零件的代碼在PDM 圖文檔管理平臺上是比不可少的功能。由于要適應公司的特殊應用環(huán)境，編碼不僅要能夠唯一標識零件［9］，還要具有權限控制的功能。因此，編碼規(guī)則設置如下:

零部件代號_產(chǎn)品代號_版本號

其中:零部件代號參照公司現(xiàn)有規(guī)則制定;產(chǎn)品代號為公司方面指定的一串用于代表某產(chǎn)品的字符串;版本號為該產(chǎn)品的系列基帶版本代號，常為S 或A。

公司日常管理零件規(guī)則為:將產(chǎn)品按照最小單位為部件來劃分，將部件及下屬零件分配給指定的人員來負責。負責人又按照重要程度分成3 種:主要負責人、次要負責人和備用負責人。將人員分別與負責人角色和零件代號相關聯(lián)，即可將分工狀況描述清楚。

5.3 文件管理

文件集中存儲需要解決命名規(guī)則、目錄規(guī)劃、權限控制、文件版本控制問題［10］。

因在局域網(wǎng)中共享，需要命名可讀。在信息化過程中，一般的解決方法是對三維模型的命名及文件夾存放制定詳細的規(guī)范。同時，對于文件命名規(guī)則，還必須細致制定，對Windows 中文件名內容易誤解的符號如“/”、“.”等也要進行規(guī)則定義。

為使圖紙可隨時打開，杜絕惡意文件修改、刪除，使用只讀Windows 共享文件夾的方式進行圖紙共享。用戶可通過訪問共享文件夾直接用UG 或CAXA 打開對應的文件。當更改發(fā)生后，由該零件的設計負責人通過軟件提交二維圖紙和三維模型的更改，使用內嵌在軟件內的FTP 終端上傳至服務器。服務器上的原文件并不刪除，按照規(guī)則重命名，以防誤操作用于撤銷。應在軟件內部通過訪問數(shù)據(jù)庫內的訪問規(guī)則進行權限控制，對于非授權人員，無法執(zhí)行零件更改功能，因此可以保證數(shù)據(jù)版本的唯一性。

圖4 典型的目錄規(guī)劃方式

5.4 查詢方式

所有的相關信息均掛在對應的零件上。需查找某種信息時，如三維模型、圖紙等，可直接定位到該信息對應的零件。特殊產(chǎn)品的設計人員溝通時，通常使用零件件號的簡稱來指定零件。因此，查詢零件以及相關信息功能，要考慮用戶習慣，設計零件查詢關鍵詞時也應包含指定件號的查詢。

特殊產(chǎn)品的零件編號同時采用2 位編碼和4 位編碼規(guī)則。所以，縮略代號在不同產(chǎn)品中均應能找到對應零件，因此設計查找功能時，要求可以選擇查找范圍。

除零件查詢外，還需要設計用戶信息查詢、分工查詢、BOM 結構正反向查詢等其他查詢功能。

5.5 權限及變更控制

傳統(tǒng)管理方式下，紙質設計圖紙信息對全部設計人員是公開的，只對借閱情況進行登記。軟件管理時，全體設計人員均持有已經(jīng)授權的個人賬號，可通過局域網(wǎng)訪問共享文件夾的方式只讀訪問文件。

實際生產(chǎn)過程中，圖紙的更改由生產(chǎn)或設計部門提出，設計部門出具許可，信息部門記錄備案。軟件通過權限流程規(guī)劃，將圖紙更改部門權限分散至更改許可人，把設計部門出具許可和記錄備案合二為一，實現(xiàn)許可即圖紙，圖紙即備案。年度藍圖換版時，可節(jié)約大量辦理核準表時間，直接將當前電子版二維圖曬藍即可。變更的歷史記錄由軟件的輕量化版本控制系統(tǒng)完成，他記錄了變更的數(shù)據(jù)記錄和FTP 歷史文件，以備回滾。

軟件將權限編制成代號，將代號與被授權者動態(tài)的關聯(lián)，通過數(shù)據(jù)中的記錄控制各種權限。使權限的管理和分配更靈活，可在需要時隨時變更。

圖5 權限、變更、版本控制圖解

6 應用實例

筆者所在團隊以一家使用UG 和CAXA 軟件的公司生產(chǎn)設計中所涉及到的圖紙及零件信息作為數(shù)據(jù)對象，進行了軟件應用。軟件管理的零件記錄超過10 000條。持授權用戶名、密碼登錄軟件后，可以方便根據(jù)代號、BOM 結構迅速定位目標零件，瀏覽詳細信息;也可以通過引用查詢進行零件BOM 所屬正反向查詢、分工情況查詢、用戶信息查詢、歷史文件查詢等。因使用用戶數(shù)量在一百多人左右，為便于管理，軟件根據(jù)用戶所在辦公室進行了分組。軟件界面見圖6。

小組還對UG 進行了2 次開發(fā)，將軟件內嵌入UG 的菜單［11］，方便用戶在設計時隨時訪問數(shù)據(jù)庫，迅速查詢所需信息，界面見圖7［12］。

圖6 軟件界面概覽

圖7 嵌入UG 菜單

7 結束語

在應用過程中，筆者所在團隊發(fā)現(xiàn)，適用于自己公司的輕量化PDM 非常適用于暫時不具備條件實施大型PDM 系統(tǒng)的公司。一方面，通過梳理管理流程，可以引導公司發(fā)現(xiàn)管理短板，助力公司改進，通過程序化管理，啟發(fā)其規(guī)范現(xiàn)有數(shù)據(jù)，為以后實施大型PDM 奠定數(shù)據(jù)基礎;另一方面，輕量化PDM 軟件能針對公司面臨的瓶頸領域集中提出解決方案，規(guī)避大又全的大型軟件的高昂投入，迅速解決公司燃眉之急。

本文提出的圖文管理方法，架構開放，數(shù)據(jù)元與軟件獨立，可隨時根據(jù)公司員工的使用情況進行優(yōu)化，數(shù)據(jù)可隨時導入導出。結構相對小巧精干，可靠性高，災難恢復能力強。隨著使用的深入，可以根據(jù)公司用戶的需求進行挖掘，靈活的擴展軟件功能，如電子簽名［13］、流程管理、變更通知、報表統(tǒng)計等功能。

［1］曲艷峰，楊小兵.基于ODBC 數(shù)據(jù)庫的UG/NX 應用系統(tǒng)開發(fā)［J］.上海電力學院學報，2008，24(4):385-392.

［2］馬蓉芬，姚道德.網(wǎng)絡設計智能專家系統(tǒng)［C］//電力行業(yè)信息化年會，2009.

［3］王海英.對推進我軍信息化建設的幾點思考［C］//軍事電子信息學術會議，2006.

［4］信息協(xié)同管理項目［C］//2010 年中國造船工程學會MIS/S＆A 學術交流會議.

［5］蔡勇.FTP 服務器技術研究及實現(xiàn)［D］.四川:電子科技大學，2005.

［6］聶巖峰，彭向軍，徐先超.FTP 服務器樞紐中的文件處理引擎設計［J］.計算機工程，2010，36(22):245-247.

［7］伍志聰.MySQL 數(shù)據(jù)庫在中小型業(yè)務系統(tǒng)的應用［J］.數(shù)字技術與應用，2011(11):122.

［8］傅仕偉，嚴雋琪，陳文培，等.基于實例設計中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型及實例庫設計［J］.2000，12(2):132-136.

［9］Heng Zhu Liu，Hong Song Cao，Wei Ning Yang，et al［J］.Advanced Materials Research，2012:482-484.

［10］吳慧明. 建設涉密信息集中存儲平臺［C］//第七屆(2008 年)海峽兩岸科技與經(jīng)濟論壇，2008.

［11］何麗孫，文磊，王宏偉.基于UG 的Web 三維零件庫系統(tǒng)開發(fā)［J］.機床與液壓，2012，40(11):91-94.

［12］黃勇.UG/OPEN 應用開發(fā)典型實例精解［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2010.

［13］徐民，牟亞偉，韋韌，等.電子簽名在醫(yī)院信息系統(tǒng)中的應用與實踐［J］.中國數(shù)字醫(yī)學，2012，7(3):103-104.