◆張曉琳 周 煒

（空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院 陜西 710306）

基于PDM系統(tǒng)的產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)工作模式研究

◆張曉琳 周 煒

（空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院 陜西 710306）

為了使得設(shè)計(jì)單位與制造單位能夠更好的進(jìn)行協(xié)同工作，本文提出了基于PDM和CAPP集成環(huán)境的并行工作模式。本方法以PDM為協(xié)同平臺(tái)，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝編制有機(jī)的結(jié)合到一起，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品研制過程的并行化，同時(shí)也為面向制造和面向裝配的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)支撐環(huán)境，可以大大縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的生產(chǎn)周期。

PDM；CAPP

0 引言

在設(shè)計(jì)單位，廣泛推廣了三維數(shù)字化建模技術(shù)，全面取代二維設(shè)計(jì)軟件，并采用專用計(jì)算軟件（典型部件計(jì)算等）開展工作，采用了零部件級(jí)的計(jì)算分析系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與優(yōu)化系統(tǒng)等先進(jìn)的分析軟件，為產(chǎn)品功能和性能仿真分析提供了支持。隨著CAD技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，設(shè)計(jì)人員生成的電子文檔和圖紙?jiān)絹碓蕉?，為了解決電子文檔和圖紙的有效管理問題，設(shè)計(jì)單位實(shí)施了PDM系統(tǒng)，不同程度地實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)審簽、數(shù)據(jù)發(fā)放、設(shè)計(jì)文檔（包括CAD模型）的管理與控制。

在制造單位，目前已使用CAPP系統(tǒng)，建立了基本的工藝信息模型和工藝資源庫，在工藝設(shè)計(jì)集成環(huán)境中進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)、工藝管理和文件管理，定制工藝卡片模板、編制工藝文件、統(tǒng)計(jì)匯總工藝信息，規(guī)范了工藝設(shè)計(jì)，提高了工作效率。

目前產(chǎn)品的研制過程大多仍是串行的，沒有建立合理的數(shù)字化流程，面向制造的設(shè)計(jì)（DFM）和面向裝配的設(shè)計(jì)（DFA）方法沒有在研制過程中應(yīng)用，在設(shè)計(jì)階段較少考慮制造對(duì)設(shè)計(jì)的影響。設(shè)計(jì)完成后，制造部門才能得到產(chǎn)品信息進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備，造成生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。

設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)過程缺乏早期的協(xié)同與溝通，而且也沒有統(tǒng)一的協(xié)同工作平臺(tái)從中協(xié)調(diào)控制，缺乏協(xié)同支撐工具。設(shè)計(jì)和制造之間的協(xié)同沒有建立在數(shù)字化模型的基礎(chǔ)上，協(xié)同手段還是紙介質(zhì)的卡片、圖紙傳遞，針對(duì)產(chǎn)品的協(xié)同修改很困難。同樣，制造和試驗(yàn)之間協(xié)同能力也較弱，只有等試驗(yàn)部門得到產(chǎn)品后，才能開始試驗(yàn)材料的準(zhǔn)備，嚴(yán)重影響研制周期和研制成本。

如何提高快速研制能力，創(chuàng)新能力和批生產(chǎn)能力、具備先進(jìn)的試驗(yàn)?zāi)芰吞岣弋a(chǎn)品的可靠性，是科研單位面臨的巨大挑戰(zhàn)。

1 基于PDM并行設(shè)計(jì)工作模式

PDM系統(tǒng)是以企業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品研制、開發(fā)為應(yīng)用背景，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，在分布式計(jì)算機(jī)軟、硬件環(huán)境支持下，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的安全保護(hù)，多學(xué)科綜合設(shè)計(jì)，以及對(duì)產(chǎn)品研制、設(shè)計(jì)、制造等階段的過程管理和信息管理。PDM技術(shù)是將產(chǎn)品研制生產(chǎn)模式、管理經(jīng)驗(yàn)，與先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（CAX）、信息技術(shù)（IT）、管理技術(shù)（MT）、系統(tǒng)集成技術(shù)（SIT）有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成先進(jìn)的型號(hào)研制模式和技術(shù)的總稱，是對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)的研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理模式的流程再造。

PDM框架軟件通過采用產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的過程模型、框架結(jié)構(gòu)式的統(tǒng)一集成平臺(tái)、跨平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)、共享的工程數(shù)據(jù)管理以及分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等先進(jìn)技術(shù)，將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、性能分析、制造加工和過程管理等多個(gè)環(huán)節(jié)，在企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和應(yīng)用（軟件）資源的有機(jī)集成，其宗旨是以信息技術(shù)為核心，以企業(yè)資源的綜合集成為目標(biāo)，從根本上改變企業(yè)傳統(tǒng)的型號(hào)產(chǎn)品研制流程和生產(chǎn)管理模式，并為企業(yè)構(gòu)建全新的、技術(shù)先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理綜合集成的協(xié)同工作環(huán)境，從而為企業(yè)進(jìn)一步提高型號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量，縮短型號(hào)產(chǎn)品研制周期，降低型號(hào)產(chǎn)品研制成本，增強(qiáng)企業(yè)對(duì)用戶需求的快速響應(yīng)能力，以及對(duì)企業(yè)未來的快速發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

在PDM平臺(tái)下，設(shè)計(jì)人員和工藝人員可以在異地同時(shí)瀏覽同一個(gè)零件模型或工程圖紙，利用PDM系統(tǒng)提供的在線消息功能進(jìn)行實(shí)時(shí)在線討論，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中存在的工藝問題。

2 信息模型及模型間關(guān)系

信息模型主要包括PDM的人員管理模型、產(chǎn)品對(duì)象及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型和工作流程模型，還包括CAPP中的工藝知識(shí)庫信息模型，整個(gè)信息模型以設(shè)計(jì)模型為核心。

PDM中的信息模型：

2.1 人員管理模型

由于PDM系統(tǒng)管理的產(chǎn)品數(shù)據(jù)經(jīng)過多個(gè)階段，被不同部門、不同人員訪問和操作，具有不同的版本狀態(tài)。人員組織管理模型也稱為組織-角色-權(quán)限模型，是對(duì)企業(yè)的人員組織方式、角色分配以及操作權(quán)限設(shè)置的描述，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)被適當(dāng)?shù)娜恕⒃谠试S的權(quán)限范圍內(nèi)進(jìn)行有效的訪問，確保產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的安全性和保密性。

在企業(yè)的生產(chǎn)組織過程中，一般企業(yè)都有各種各樣的崗位，其中每個(gè)崗位對(duì)應(yīng)一個(gè)角色。角色是指一個(gè)企業(yè)組織中設(shè)立的崗位責(zé)任。PDM中的每個(gè)角色只在PDM實(shí)施流程控制中的某個(gè)或某幾個(gè)階段參與，各個(gè)角色的定義可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行具體的調(diào)整。另外，一個(gè)成員可以同時(shí)屬于多個(gè)角色。在實(shí)施過程中，根據(jù)具體情況確定的角色包括項(xiàng)目主管、設(shè)計(jì)師、工藝師、程序員、助理、辦公室主任、財(cái)會(huì)員、檢測(cè)員、庫管員、采購員、工人等等。

權(quán)限控制可以為項(xiàng)目中的項(xiàng)目、文檔資料、流程等各種對(duì)象設(shè)定訪問許可，保護(hù)項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)不被未授權(quán)的人訪問或修改。

2. 2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織

把與產(chǎn)品有關(guān)的各種數(shù)據(jù)，包括設(shè)計(jì)、工藝、分析、加工等數(shù)據(jù)和文檔，有機(jī)地組織起來，并考慮到產(chǎn)品對(duì)象的版本，這個(gè)過程就稱為產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織。要對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，就要建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織模型。產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型可分為產(chǎn)品對(duì)象的數(shù)據(jù)模型和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型。

（1）產(chǎn)品對(duì)象模型

PDM是采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)來組織和管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)，因而產(chǎn)品對(duì)象及數(shù)據(jù)成為PDM管理的基本數(shù)據(jù)單元。產(chǎn)品對(duì)象模型用來描述產(chǎn)品的全部數(shù)據(jù)。以制造業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型為例，一個(gè)產(chǎn)品由若干零部件組成，部件由若干零件組成。一個(gè)零件由它的模型、零件工作圖、設(shè)計(jì)說明書等資料來描述。許多資料由于修改還會(huì)形成多個(gè)版本。產(chǎn)品、部件以及零件都有各自的屬性，如名稱、標(biāo)識(shí)號(hào)等。部件還要有組成本部件的零部件數(shù)及它們的名稱等屬性。零件也要有材料、重量等屬性。建立的產(chǎn)品對(duì)象結(jié)構(gòu)模型如圖1所示：

圖1 產(chǎn)品對(duì)象結(jié)構(gòu)模型

與產(chǎn)品對(duì)象相關(guān)的信息還包括產(chǎn)品對(duì)象的版本以及數(shù)據(jù)和文檔的組織結(jié)構(gòu)，建立如上右圖所示的組織模型。此結(jié)構(gòu)中使用Item代表產(chǎn)品對(duì)象，用Item Revision代表此產(chǎn)品對(duì)象的修訂版本，在Item 和 Item Revision 中分別放入與之相關(guān)的數(shù)據(jù)和文檔，如產(chǎn)品對(duì)象屬性數(shù)據(jù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)BOM、技術(shù)需求、修訂版屬性數(shù)據(jù)、修訂版結(jié)構(gòu)BOM、設(shè)計(jì)文檔、工藝文檔等。這樣既考慮了與對(duì)象有關(guān)的數(shù)據(jù)和文檔的管理，又考慮了版本管理。

（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對(duì)象模型

通常使用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的方式表示產(chǎn)品零組件之間的層次與隸屬關(guān)系?？梢詫?duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行任何層次的展開，樹中的節(jié)點(diǎn)表示部件或組件，葉節(jié)點(diǎn)則表示零件；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹上的節(jié)點(diǎn)有屬性，可對(duì)結(jié)構(gòu)樹上的節(jié)點(diǎn)通過關(guān)系進(jìn)行查詢，比如零部件的名稱、材料、重量、類型（外購件、自制件）等，還可以對(duì)任意設(shè)定層次的BOM表進(jìn)行輸出。通過電子倉庫，使描述零部件的文件信息與節(jié)點(diǎn)上的相關(guān)零部件關(guān)聯(lián)起來，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型產(chǎn)品的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，形成完整的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)化信息樹。有了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，管理者即可分層展開走不同分支的方法直觀地找到自己所需的數(shù)據(jù)，而不必考慮其物理位置。

2. 3 工作流程模型

工作流程管理是指某對(duì)象在一定的規(guī)則約束下從一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程。目標(biāo)對(duì)象可以是文件夾或文檔。工作流程管理模型主要包含5個(gè)方面：（1）流程名稱及適用范圍；（2）流程中工作階段的數(shù)量，先后次序及返回邏輯；（3）每個(gè)工作對(duì)應(yīng)階段的人員、角色、表決模式；（4）在每個(gè)工作階段開始或結(jié)束時(shí)需要完成的特殊任務(wù)；（5）流程中每個(gè)工作階段所對(duì)應(yīng)的版本變化規(guī)則。

圖2 某零件的設(shè)計(jì)審批流程模型

在流程管理的實(shí)施中首先要對(duì)流程進(jìn)行詳細(xì)分析，建立合理的數(shù)據(jù)發(fā)放模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的提交與修改、管理和監(jiān)督、文檔的分布控制、自動(dòng)通知等，還要對(duì)已有流程進(jìn)行評(píng)估優(yōu)化，剔除其中的不增值環(huán)節(jié)，確保數(shù)據(jù)流向的正確性和高效性。

在PDM中，目標(biāo)對(duì)象可以是文檔或零部件。文檔包括任務(wù)書、表格、設(shè)計(jì)文檔標(biāo)準(zhǔn)等，零部件是數(shù)字化模型，包括圖形、圖像等。建立流程模板后，指定每一步驟的具體執(zhí)行人，提交對(duì)象進(jìn)入流程，流程開始執(zhí)行。當(dāng)對(duì)象處于流程中時(shí)，其他用戶不能對(duì)文件進(jìn)行編輯修改，可以查看其目前所處的步驟和狀態(tài)，包括提交、等待審查及已發(fā)布，用不同顏色和形狀的圖標(biāo)表示。當(dāng)流程結(jié)束，文件發(fā)布后，任何用戶對(duì)文件只能瀏覽。

當(dāng)零件設(shè)計(jì)完成時(shí)，通過數(shù)據(jù)發(fā)放使其狀態(tài)凍結(jié)，即從不確定的狀態(tài)過渡到確定的狀態(tài)。在工作流中可以定義多個(gè)任務(wù)及相應(yīng)的順序，并指定每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行人，當(dāng)一個(gè)任務(wù)結(jié)束后，流程自動(dòng)轉(zhuǎn)到下一個(gè)任務(wù)?？梢詫?shí)現(xiàn)作業(yè)流程的設(shè)計(jì)、使用和察看。圖2是某零件的設(shè)計(jì)審批流程模型：

3 PDM平臺(tái)下并行設(shè)計(jì)工作模式的實(shí)施

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，成立包括工藝、標(biāo)準(zhǔn)、校對(duì)、審核等人員在內(nèi)的項(xiàng)目組，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的各個(gè)節(jié)點(diǎn)由系統(tǒng)管理員進(jìn)行合理的權(quán)限分配。其中，只有該節(jié)點(diǎn)的所有者具有編輯、刪除等權(quán)限，而項(xiàng)目組其他成員，如工藝、標(biāo)準(zhǔn)、校對(duì)、審核等人員只具有瀏覽權(quán)。這樣，項(xiàng)目組成員即可在PDM平臺(tái)下開展并行、協(xié)同工作。如：設(shè)計(jì)人員和工藝人員可以在異地同時(shí)針對(duì)某一零部件圖紙進(jìn)行在線討論，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的工藝問題。使產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在的各種問題隱患在設(shè)計(jì)階段得到有效遏制。

3.1 對(duì)象權(quán)限設(shè)置

在實(shí)施初期，首先由系統(tǒng)管理員在PDM系統(tǒng)下建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，如圖3所示：

圖3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

其中，型號(hào)項(xiàng)目只有設(shè)計(jì)單位具有權(quán)限修改，工藝項(xiàng)目只有工藝單位具有權(quán)限修改。同時(shí)針對(duì)項(xiàng)目下的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，也可以分配不同的權(quán)限，如圖4所示：

圖4 分配不同的權(quán)限

3.2 并行設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)過程

首先以設(shè)計(jì)人員的身份登錄PDM系統(tǒng)，根據(jù)自己的權(quán)限選擇對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)設(shè)計(jì)完成后，形成一個(gè)版本提交給系統(tǒng)管理員，系統(tǒng)管理員將該設(shè)計(jì)文件拖到工藝項(xiàng)目組中，那么當(dāng)工藝人員登錄到PDM系統(tǒng)后，就可以看到發(fā)送過來的設(shè)計(jì)圖紙，工藝人員根據(jù)圖紙就可以編制工藝。當(dāng)工藝人員認(rèn)為設(shè)計(jì)圖紙有問題時(shí)，可以通過在線消息的方式與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行交流，也可以在設(shè)計(jì)的圖紙上進(jìn)行批注，然后提交給對(duì)方，直到達(dá)成一致意見。具體過程為：

（1）設(shè)計(jì)人員、工藝人員分別登錄PDM系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)人員1以用戶duanzb登錄到PDM系統(tǒng)中：

圖5 設(shè)計(jì)人員登錄

其他工藝人員也可同時(shí)登錄，進(jìn)行各自的任務(wù)操作，并可進(jìn)行通過在線消息進(jìn)行討論和發(fā)電子郵件，也可以進(jìn)行協(xié)同工作。