0 引言

    產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)是90年代初迅速發(fā)展的一種新興技術(shù)。它作為支持計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、并行工程、虛擬制造等先進(jìn)制造系統(tǒng)的使能技術(shù)與工具，不僅能管理與CAD有關(guān)的數(shù)據(jù)，而且能管理產(chǎn)品生命周期其他階段的數(shù)據(jù)，同時(shí)也能管理產(chǎn)品開發(fā)過程。PDM可保證把正確的信息在正確的時(shí)刻，采用正確的方式傳遞給正確的人，它是現(xiàn)代化企業(yè)進(jìn)行信息化建設(shè)的極其重要的平臺(tái)。

    目前，全球范圍內(nèi)商品化PDM軟件有近百種，已進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的主要是PDM系統(tǒng)，如SDRC公司的Metaphase、PTC公司的Windchill、IBM公司的Product Manager等。國(guó)內(nèi)也有很多單位開發(fā)了適合我國(guó)應(yīng)用的PDM系統(tǒng)，如武漢華中軟件的IntePDM、北京高華公司的GH-PDMS等。

    本文采用Prc公司的企業(yè)級(jí)PDM軟件Windchill，以齊齊哈爾鐵路車輛集團(tuán)有限責(zé)任公司（齊車公司）的鐵路貨車產(chǎn)品設(shè)計(jì)為應(yīng)用背景，提出了基于Windchill的鐵路貨車產(chǎn)品PDM體系結(jié)構(gòu)，建立了流程模型、數(shù)據(jù)模型和Windchill PDM系統(tǒng)功能擴(kuò)展模型。

1 PDM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

    圖1所示為基于Windchill的齊車公司鐵路貨車PDM系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。它采用企業(yè)級(jí)的PDM系統(tǒng)，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)與過程管理提供了必要的跨平臺(tái)的軟件支撐環(huán)境。該體系結(jié)構(gòu)以PDM系統(tǒng)為核心，共分四層，底層是異構(gòu)分布的計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)與通信協(xié)議、數(shù)據(jù)庫；第二層是Windchill基礎(chǔ)構(gòu)架，即PDM集成框架層，包括Web機(jī)制、數(shù)據(jù)處理邏輯、對(duì)象模型、基礎(chǔ)類庫和Windchill基本服務(wù)；第三層是基于基礎(chǔ)構(gòu)架的PDM應(yīng)用組件，主要是文檔管理、工作流程管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、配置管理等；第四層是應(yīng)用系統(tǒng)層，包括CAD、CAE、Word等應(yīng)用軟件。

    計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境與操作系統(tǒng)包括PC/Windows、SUN/Solaris等異構(gòu)分布的硬件平臺(tái)與相應(yīng)的操作系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境主要采用TCP/IP協(xié)議，通過Intranet連接各參與部門進(jìn)行各種信息的交換，如圖像、聲音、圖形、文本和報(bào)表等。數(shù)據(jù)庫層使用對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫Oracle 8.x作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的媒體和框架的底層支持庫。選用這樣系統(tǒng)的好處是，企業(yè)將來的ERP開發(fā)既可以基于底層的Oracle數(shù)據(jù)庫，也可以直接利用Windchill系統(tǒng)提供的權(quán)限管理、Web機(jī)制、高性能搜索等服務(wù)，從而減輕系統(tǒng)開發(fā)的工作量，減少企業(yè)在未來信息系統(tǒng)方面的投入，同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息系統(tǒng)底層平臺(tái)的統(tǒng)一，減少異構(gòu)系統(tǒng)間接口帶來的龐大工作量。

圖1 鐵路貨車PDM系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

    PDM的集成框架是Windchill基礎(chǔ)構(gòu)架，該構(gòu)架包括Web機(jī)制、數(shù)據(jù)處理邏輯、對(duì)象模型、基礎(chǔ)類庫、Windchill基本服務(wù)等，為其上的PDM應(yīng)用組件與應(yīng)用系統(tǒng)提供了直接的應(yīng)用基礎(chǔ)。PDM功能應(yīng)用組件層在基礎(chǔ)構(gòu)架層之上，主要是文檔管理、工作流程管理、BOM視圖管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置管理等，它們直接實(shí)現(xiàn)PDM的各項(xiàng)功能，針對(duì)應(yīng)用實(shí)施的客戶化工作也主要是對(duì)這些組件功能的應(yīng)用和擴(kuò)充。

    PDM體系結(jié)構(gòu)最上層是應(yīng)用系統(tǒng)層，包括CAD/CAE/CAPP軟件和Word等應(yīng)用軟件，這些應(yīng)用系統(tǒng)通過多種方式與PDM系統(tǒng)集成。對(duì)于Word等類似的文檔編輯工具，以及ANSYS和Pro/Cast等分析模擬工具主要采用封裝的方式集成，產(chǎn)品報(bào)價(jià)系統(tǒng)主要采用接口方式集成，而Pro/E和Windchill則通過Intralink實(shí)現(xiàn)緊密集成。

2 PDM系統(tǒng)的流程模型與數(shù)據(jù)模型

    PDM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)確定后，再確定PDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程和系統(tǒng)的范圍、組織、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)和管理界面等，最終確定PDM系統(tǒng)的擴(kuò)展功能。本文采用統(tǒng)一建模語言(UML)進(jìn)行流程與數(shù)據(jù)建模，采用Rational Rose軟件進(jìn)行模型描述。

    2.1 PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程定義

    圖2所示為齊車公司PDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程的用例(use case)圖，包括新產(chǎn)品開發(fā)過程、工程更改、系統(tǒng)管理、BOM傳遞等六個(gè)部分。通過這六個(gè)部分的描述，確定了產(chǎn)品數(shù)據(jù)的流程，為下一步功能的擴(kuò)展打下了基礎(chǔ)。從圖中看出，PDM系統(tǒng)不僅管理產(chǎn)品信息，還管理產(chǎn)品開發(fā)過程；對(duì)數(shù)據(jù)的生成、發(fā)布、修改等相關(guān)工作流程進(jìn)行管理與控制，提供對(duì)象的狀態(tài)、版本及其工程更改過程管理等功能。

圖2 齊車公司PDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程模型

    2.2 PDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型

    圖3所示為利用Rational Rose企業(yè)建模工具對(duì)齊車公司PDM系統(tǒng)進(jìn)行定義的模型，包括產(chǎn)品開發(fā)過程中的單據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、組織及人員、系統(tǒng)的兼容性、系統(tǒng)的界面及其資料管理等，并根據(jù)需求分析結(jié)果建立每個(gè)部分的類模型，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在總體模型的支持下保證數(shù)據(jù)的一致性、合理性。同時(shí)，通過建立這些模型，使PDM系統(tǒng)實(shí)施更科學(xué)、合理。最終，將Windchill提供的類與這些模型的類圖比較，進(jìn)行類的擴(kuò)充，完成整個(gè)PDM系統(tǒng)的功能擴(kuò)充。

圖3 齊車公司PDX系統(tǒng)進(jìn)行定義的模型

3 PDM系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)與擴(kuò)展

    當(dāng)PDM數(shù)據(jù)流程模型和數(shù)據(jù)模型建立后，可根據(jù)實(shí)際需要，進(jìn)行產(chǎn)品功能定制，包括組織環(huán)境、軟硬件環(huán)境、用戶、組和電子倉庫等。如果有些功能Windchill系統(tǒng)沒有，則要擴(kuò)展，從上面的數(shù)據(jù)模型入手，分析擴(kuò)充的情況，形成擴(kuò)充類，然后進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。最終系統(tǒng)提供應(yīng)用工具封裝與集成環(huán)境。

圖4 文檔類的擴(kuò)展

    3.1 文檔管理及功能擴(kuò)展

    采用Windchill產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能，通過描述關(guān)聯(lián)或參考關(guān)聯(lián)，建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的Part與Document之間關(guān)系。如需要更多的文檔分類，可根據(jù)齊車公司文檔分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行文檔的分類(本文的鐵路貨車文檔約38種，如圖4)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)存放在系統(tǒng)外部的紙質(zhì)和介質(zhì)文件，如目錄、存放地點(diǎn)、保存時(shí)間等的有效管理，增加了紙質(zhì)/介質(zhì)文件對(duì)象定義和相關(guān)屬性，以及對(duì)紙質(zhì)文件借閱登記。對(duì)于預(yù)發(fā)布狀態(tài)的文檔瀏覽要求，系統(tǒng)管理員要完成對(duì)文檔的分發(fā)和借閱登記。

    版本管理使用Windchill的標(biāo)準(zhǔn)功能，當(dāng)一個(gè)零部件檢入后，將產(chǎn)生新的小版本或正式版本。通過文檔在域(domain)與文件柜(cabinet)之間的檢入、檢出操作，實(shí)現(xiàn)小版本或臨時(shí)版本的管理和控制；通過修改操作，實(shí)現(xiàn)大版本或正式版本管理與控制；通過訪問控制規(guī)則、通知規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對(duì)文檔操作的安全性管理。權(quán)限管理采用Windchill文檔管理中的文件柜與域之間的檢入、檢出，定義不同的訪問規(guī)則，指定用戶可以向哪個(gè)域中進(jìn)行檢入與檢出。文檔分類搜索查詢比較方便，可通過Windchill的本地搜索進(jìn)行分類查詢，也可通過企業(yè)搜索進(jìn)行基于屬性和內(nèi)容的檢索。

    3.2 工作流管理及功能擴(kuò)展

    采用Windchill工作流管理和變更管理，來自動(dòng)變更請(qǐng)求/變更通知過程。根據(jù)齊車公司的管理情況，對(duì)變更請(qǐng)求的屬性定義進(jìn)行修改，增加了變更請(qǐng)求發(fā)出單位屬性。

    3.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置管理及功能擴(kuò)展

    采用Windchill Pro/Intralink網(wǎng)關(guān)發(fā)行物料清單(BOM)、圖形和模型信息到Windchill中。采用Windchill產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能，通過描述關(guān)聯(lián)或參考關(guān)聯(lián)，建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的Part與Document之間的關(guān)系；采用Windchill產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能，可根據(jù)齊車公司零件分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行零件功能類擴(kuò)展(如圖5)，以及物料清單的要求進(jìn)行客戶化工作，輸出的BOM有標(biāo)準(zhǔn)件、鍛鑄件、通用件、緊固件、外購(gòu)件、易耗件和探傷件等；采用Windchill產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能，建立了工程和制造視圖，由設(shè)計(jì)BOM形成產(chǎn)品報(bào)價(jià)系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)（中性文件），產(chǎn)品報(bào)價(jià)系統(tǒng)可直接讀取中性文件的數(shù)據(jù)，通過工作流，實(shí)現(xiàn)對(duì)該文件分發(fā)的控制，保證文件的更新和一致。

圖5 零件類功能擴(kuò)展

    3.4 應(yīng)用系統(tǒng)集成

    應(yīng)用集成分成三個(gè)層次，即封裝、數(shù)據(jù)接口和集成，在該系統(tǒng)中，三類集成根據(jù)實(shí)際需要都進(jìn)行了實(shí)施。對(duì)于Word等類似的文檔編輯工具，對(duì)ANSYS、eta/DYNAFORM和PRO/CAST等分析模擬工具，主要采用封裝的方式，PDM對(duì)它們主要是進(jìn)行文件級(jí)管理，以及必要的元數(shù)據(jù)信息管理，實(shí)現(xiàn)了分析結(jié)果和設(shè)計(jì)文檔在設(shè)計(jì)人員之間的及時(shí)傳遞。這個(gè)傳遞通過工作流程管理來控制，包括變更流程、預(yù)發(fā)布流程和開發(fā)流程。對(duì)于產(chǎn)品報(bào)價(jià)系統(tǒng)，由于采用VFP編制，而Windchill中的數(shù)據(jù)統(tǒng)一由Oracle管理，所以在二者之間建立了數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)部門和工藝部門與報(bào)價(jià)有關(guān)的數(shù)據(jù)形成中性文件，報(bào)價(jià)系統(tǒng)可以直接應(yīng)用，從而避免了數(shù)據(jù)重復(fù)錄用造成的混亂和浪費(fèi)。

    雖然Windchill與Pro/E都是Prc的產(chǎn)品，但由于Windchill是企業(yè)級(jí)PDM軟件，其重點(diǎn)是管理產(chǎn)品開發(fā)全生命周期的數(shù)據(jù)，所以Windchill與Pro/E的集成不方便。本文借助于PTC的項(xiàng)目組級(jí)PDM軟件Intralink，實(shí)現(xiàn)Windchill與Pro/E的緊密集成。Pro/E可與Intralink直接集成，完全管理Pro/E的數(shù)據(jù)，Windchill與Intralink之間可通過映射機(jī)制直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因此，實(shí)現(xiàn)了Pro/E和Windchill數(shù)據(jù)的雙向交流。

4 結(jié)束語

    本文提出了在商用PDM系統(tǒng)基礎(chǔ)上的鐵路貨車產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，完成了產(chǎn)品文檔管理、版本管理、工作流程管理、BOM的生成與管理、應(yīng)用系統(tǒng)封裝與集成等各項(xiàng)功能，將CAx工具與DFx工具封裝到PDM系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了工作流程的管理與監(jiān)控，達(dá)到對(duì)開發(fā)過程、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地管理和控制，充分保證數(shù)據(jù)傳遞的一致性、安全性和有效性。給出了PDM系統(tǒng)流程模型和數(shù)據(jù)模型，闡述了文檔管理、工作流程、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置和應(yīng)用系統(tǒng)集成的功能實(shí)現(xiàn)與功能擴(kuò)展的方法，為PDM在企業(yè)的實(shí)施與應(yīng)用提供了可供參考的極其重要的方法和步驟。

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本文標(biāo)題：基于Windchill的PDM系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

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