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。它作為支持計算機集成制造系統(tǒng)、并行工程、虛擬制造等先進制造系統(tǒng)的使能技術與工具，不僅能管理與CAD有關的數(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)進行信息化建設的極其重要的平臺。
目前，全球范圍內(nèi)商品化PDM軟件有近百種，已進入中國市場的主要是PDM系統(tǒng)，如SDRC公司的Metaphase、PTC公司的Windchill、IBM公司的Product Manager等。國內(nèi)也有很多單位開發(fā)了適合我國應用的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PDM軟件Windchill，以齊齊哈爾鐵路車輛集團有限責任公司（齊車公司）的鐵路貨車產(chǎn)品設計為應用背景，提出了基于Windchill的鐵路貨車產(chǎn)品PDM體系結(jié)構，建立了流程模型、數(shù)據(jù)模型和Windchill PDM系統(tǒng)功能擴展模型。
1 PDM系統(tǒng)體系結(jié)構
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。它采用企業(yè)級的PDM系統(tǒng)，為產(chǎn)品設計與過程管理提供了必要的跨平臺的軟件支撐環(huán)境。該體系結(jié)構以PDM系統(tǒng)為核心，共分四層，底層是異構分布的計算機硬件環(huán)境、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡與通信協(xié)議、數(shù)據(jù)庫；第二層是Windchill基礎構架，即PDM集成框架層，包括Web機制、數(shù)據(jù)處理邏輯、對象模型、基礎類庫和Windchill基本服務；第三層是基于基礎構架的PDM應用組件，主要是文檔管理、工作流程管理、產(chǎn)品結(jié)構管理、配置管理等；第四層是應用系統(tǒng)層，包括CAD、CAE、Word等應用軟件。
計算機硬件環(huán)境與操作系統(tǒng)包括PC/Windows、SUN/Solaris等異構分布的硬件平臺與相應的操作系統(tǒng)；網(wǎng)絡環(huán)境主要采用TCP/IP協(xié)議，通過Intranet連接各參與部門進行各種信息的交換，如圖像、聲音、圖形、文本和報表等。數(shù)據(jù)庫層使用對象關系數(shù)據(jù)庫Oracle 8.x作為數(shù)據(jù)存儲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)提供的權限管理、Web機制、高性能搜索等服務，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，也實現(xiàn)企業(yè)信息系統(tǒng)底層平臺的統(tǒng)一，減少異構系統(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
PDM的集成框架是Windchill基礎構架，該構架包括Web機制、數(shù)據(jù)處理邏輯、對象模型、基礎類庫、Windchill基本服務等，為其上的PDM應用組件與應用系統(tǒng)提供了直接的應用基礎。PDM功能應用組件層在基礎構架層之上，主要是文檔管理、工作流程管理、BOM視圖管理、產(chǎn)品結(jié)構配置管理等，它們直接實現(xiàn)PDM的各項功能，針對應用實施的客戶化工作也主要是對這些組件功能的應用和擴充。
PDM體系結(jié)構最上層是應用系統(tǒng)層，包括CAD/CAE/CAPP軟件和Word等應用軟件，這些應用系統(tǒng)通過多種方式與PDM系統(tǒng)集成。對于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)品報價系統(tǒng)主要采用接口方式集成，而Pro/E和Windchill則通過Intralink實現(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)的擴展功能。本文采用統(tǒng)一建模語言(UML)進行流程與數(shù)據(jù)建模，采用Rational Rose軟件進行模型描述。
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傳遞等六個部分。通過這六個部分的描述，確定了產(chǎn)品數(shù)據(jù)的流程，為下一步功能的擴展打下了基礎。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；對數(shù)據(jù)的生成、發(fā)布、修改等相關工作流程進行管理與控制，提供對象的狀態(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)建模工具對齊車公司PDM系統(tǒng)進行定義的模型，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)果建立每個部分的類模型，實現(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，通過建立這些模型，使PDM系統(tǒng)實施更科學、合理。最終，將Windchill提供的類與這些模型的類圖比較，進行類的擴充，完成整個PDM系統(tǒng)的功能擴充。
圖3 齊車公司PDX系統(tǒng)進行定義的模型
3 PDM系統(tǒng)的功能實現(xiàn)與擴展
當PDM數(shù)據(jù)流程模型和數(shù)據(jù)模型建立后，可根據(jù)實際需要，進行產(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，則要擴展，從上面的數(shù)據(jù)模型入手，分析擴充的情況，形成擴充類，然后進行編程實現(xiàn)。最終系統(tǒng)提供應用工具封裝與集成環(huán)境。
圖4 文檔類的擴展
3.1 文檔管理及功能擴展
采用Windchill產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能，通過描述關聯(lián)或參考關聯(lián)，建立產(chǎn)品結(jié)構中的Part與Document之間關系。如需要更多的文檔分類，可根據(jù)齊車公司文檔分類標準進行文檔的分類(本文的鐵路貨車文檔約38種，如圖4)。為實現(xiàn)對存放在系統(tǒng)外部的紙質(zhì)和介質(zhì)文件，如目錄、存放地點、保存時間等的有效管理，增加了紙質(zhì)/介質(zhì)文件對象定義和相關屬性，以及對紙質(zhì)文件借閱登記。對于預發(fā)布狀態(tài)的文檔瀏覽要求，系統(tǒng)管理員要完成對文檔的分發(fā)和借閱登記。
版本管理使用Windchill的標準功能，當一個零部件檢入后，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，實現(xiàn)小版本或臨時版本的管理和控制；通過修改操作，實現(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，實現(xiàn)對文檔操作的安全性管理。權限管理采用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域中進行檢入與檢出。文檔分類搜索查詢比較方便，可通過Windchill的本地搜索進行分類查詢，也可通過企業(yè)搜索進行基于屬性和內(nèi)容的檢索。
3.2 工作流管理及功能擴展
采用Windchill工作流管理和變更管理，來自動變更請求/變更通知過程。根據(jù)齊車公司的管理情況，對變更請求的屬性定義進行修改，增加了變更請求發(fā)出單位屬性。
3.3 產(chǎn)品結(jié)構配置管理及功能擴展
采用Windchill Pro/Intralink網(wǎng)關發(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，通過描述關聯(lián)或參考關聯(lián)，建立產(chǎn)品結(jié)構中的Part與Document之間的關系；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準進行零件功能類擴展(如圖5)，以及物料清單的要求進行客戶化工作，輸出的BOM有標準件、鍛鑄件、通用件、緊固件、外購件、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，由設計BOM形成產(chǎn)品報價系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)（中性文件），產(chǎn)品報價系統(tǒng)可直接讀取中性文件的數(shù)據(jù)，通過工作流，實現(xiàn)對該文件分發(fā)的控制，保證文件的更新和一致。
圖5 零件類功能擴展
3.4 應用系統(tǒng)集成
應用集成分成三個層次，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)實際需要都進行了實施。對于Word等類似的文檔編輯工具，對ANSYS、eta/DYNAFORM和PRO/CAST等分析模擬工具，主要采用封裝的方式，PDM對它們主要是進行文件級管理，以及必要的元數(shù)據(jù)信息管理，實現(xiàn)了分析結(jié)果和設計文檔在設計人員之間的及時傳遞。這個傳遞通過工作流程管理來控制，包括變更流程、預發(fā)布流程和開發(fā)流程。對于產(chǎn)品報價系統(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，實現(xiàn)設計部門和工藝部門與報價有關的數(shù)據(jù)形成中性文件，報價系統(tǒng)可以直接應用，從而避免了數(shù)據(jù)重復錄用造成的混亂和浪費。
雖然Windchill與Pro/E都是Prc的產(chǎn)品，但由于Windchill是企業(yè)級PDM軟件，其重點是管理產(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的項目組級PDM軟件Intralink，實現(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之間可通過映射機制直接進行數(shù)據(jù)交換。因此，實現(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)基礎上的鐵路貨車產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的體系結(jié)構，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、應用系統(tǒng)封裝與集成等各項功能，將CAx工具與DFx工具封裝到PDM系統(tǒng)中，實現(xiàn)了工作流程的管理與監(jiān)控，達到對開發(fā)過程、設計數(shù)據(jù)進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)構配置和應用系統(tǒng)集成的功能實現(xiàn)與功能擴展的方法，為PDM在企業(yè)的實施與應用提供了可供參考的極其重要的方法和步驟。
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本文標題：基于Windchill的PDM系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)
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