電力自動(dòng)化產(chǎn)品按訂單生產(chǎn)的特點(diǎn)決定了其生產(chǎn)方式屬于小批量、多品種的定制模式。由于目前電力系統(tǒng)二次設(shè)備相關(guān)產(chǎn)品升級(jí)換代很快，交貨期較短，要求企業(yè)必須具備快速的反應(yīng)能力，因此需要在提高產(chǎn)品工藝質(zhì)量、企業(yè)快速應(yīng)變能力，以及降低生產(chǎn)制造成本等方面進(jìn)行更深入的研究。
產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Data Management，PDM)主要用于管理產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到銷售各階段中所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和過程，其主要功能有文檔管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、資源管理等。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design，CAD)系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是在傳統(tǒng)的制造企業(yè)中，CAD系統(tǒng)僅僅作為繪圖工具使用，并且與PDM系統(tǒng)彼此獨(dú)立，形成了“CAD繪圖，PDM管理圖紙”的模式，不僅CAD系統(tǒng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)得不到有效的管理，PDM系統(tǒng)的功能也沒有得到有效的發(fā)揮，并且由于兩系統(tǒng)彼此孤立，容易產(chǎn)生信息不對(duì)稱等問題。
為了解決這些問題，不少企業(yè)致力于開發(fā)PDM/CAD集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)及相關(guān)信息的共享。采用PDM/CAD集成系統(tǒng)，能從根本上解決信息不對(duì)稱問題，消除“信息孤島”，有效地管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)，提升企業(yè)整體設(shè)計(jì)水平和管理水平。
針對(duì)上述問題，本文嘗試?yán)肰C++.NET作為開發(fā)平臺(tái)，對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā)，與某電力二次設(shè)備公司所使用的PDM系統(tǒng)進(jìn)行深度集成，開發(fā)一套C/S架構(gòu)(Client/Service，客戶機(jī)/服務(wù)器)的PDM/CAD集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的自動(dòng)搭建并與裝配圖明細(xì)表保持同步一致性，且可以從中輸出產(chǎn)品物料清單(Bill of Material，BOM)。
1 系統(tǒng)框架總體設(shè)計(jì)
如圖1所示，系統(tǒng)采用3層的C/S架構(gòu)，分別為界面層、功能實(shí)現(xiàn)層、數(shù)據(jù)庫層。其中數(shù)據(jù)庫使用PDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，采用分布式架構(gòu)，部署在企業(yè)級(jí)服務(wù)器上，響應(yīng)功能實(shí)現(xiàn)層的指令，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)過程中的文檔、模型和圖紙進(jìn)行統(tǒng)一管控；功能實(shí)現(xiàn)層安裝在本地計(jì)算機(jī)上，根據(jù)用戶的操作，完成相關(guān)數(shù)據(jù)處理，并向數(shù)據(jù)庫發(fā)送相應(yīng)的指令；用戶界面層嵌入在AutoCAD操作界面中，主要包括對(duì)裝配圖BOM的管理和對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作及一些輔助繪圖功能。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在用戶登錄后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)校驗(yàn)其權(quán)限，根據(jù)權(quán)限的不同，將會(huì)顯示不同的界面。在客戶端用戶只需按照步驟繪制工程圖，系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)層將在后臺(tái)自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)的功能模塊，并將操作轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫指令，對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改。
采用這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：采用分布式的數(shù)據(jù)庫，可以提高系統(tǒng)的安全性、靈活性和健壯性，數(shù)據(jù)直接進(jìn)入PDM數(shù)據(jù)庫，保證了數(shù)據(jù)的同步一致性，用戶同樣可以通過PDM的界面來查看產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、管理任務(wù)等。
2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫如圖2所示，主要包括用戶表、工程表、圖紙表、整機(jī)表、零件表、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表等。
圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫
工程表包含了工程的基本信息、承接人及所處狀態(tài)等，工程包含了若干整機(jī)產(chǎn)品，這些信息都存儲(chǔ)在產(chǎn)品整機(jī)庫中，利用PDM系統(tǒng)提供的接口，可以實(shí)現(xiàn)工程的審核、校對(duì)、修改等操作及產(chǎn)品整機(jī)的版本控制等功能。
根據(jù)企業(yè)應(yīng)用，將零部件分為5類：專用件、空機(jī)柜、通用件、外購件、標(biāo)準(zhǔn)件。由于該企業(yè)的產(chǎn)品以定制為主，因此存在著大量的定制零件，為了方便追溯和管理，專用件以工程為單位進(jìn)行管理，專用件只可在所屬工程中使用，若遇到可直接復(fù)用的專用件也必須再重新注冊(cè)；通用件是一類特殊的專用件，指在不同規(guī)格產(chǎn)品中都會(huì)使用，或已經(jīng)形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的部件或零件；空機(jī)柜可能是自產(chǎn)通用件，也可能是從其他廠家購入的，由于其特殊性，將這部分?jǐn)?shù)據(jù)提取出來，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫時(shí)作為單獨(dú)的一類；外購件是企業(yè)從外部直接購入，不需要進(jìn)行再加工便可直接應(yīng)用于產(chǎn)品裝配中的專用零部件，如交換機(jī)等，部分空機(jī)柜也屬于外購件；標(biāo)準(zhǔn)件是指根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定的零件，如螺絲、螺母等。
與零部件庫相對(duì)應(yīng)的則是產(chǎn)品整機(jī)庫，產(chǎn)品整機(jī)庫用于存儲(chǔ)已經(jīng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品/整機(jī)信息，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表則存儲(chǔ)著整機(jī)產(chǎn)品和部件的構(gòu)成信息，包括父零件代號(hào)、子零件代號(hào)、組成用量、所屬工序、備注等。通過此表存儲(chǔ)的信息可以搭建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。
圖紙庫存儲(chǔ)著整機(jī)或零件物料對(duì)應(yīng)的工程圖及其相關(guān)信息，數(shù)據(jù)庫中的圖紙與產(chǎn)品或零部件存在一對(duì)一或一對(duì)多的關(guān)系。一些沒有對(duì)應(yīng)物料的圖紙按照文檔的方式來存儲(chǔ)、管理。用戶表包含了用戶的用戶名、密碼、權(quán)限等，根據(jù)權(quán)限不同，用戶可以對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行不同的操作，一般用戶只具有對(duì)自己工程及其整機(jī)產(chǎn)品庫、專用件庫的修改權(quán)限和其他庫的只讀權(quán)限；設(shè)計(jì)管理員具有對(duì)通用件、標(biāo)準(zhǔn)件、外購件庫的修改權(quán)限；用戶管理員則可以進(jìn)行新建用戶、修改用戶權(quán)限等操作。
3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的生成
該企業(yè)的產(chǎn)品以整機(jī)為主，在PDM/CAD系統(tǒng)集成前，需要專人對(duì)照整機(jī)裝配圖的明細(xì)表將物料信息逐個(gè)錄入PDM系統(tǒng)，這樣的方式忽略了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，不僅容易產(chǎn)生錯(cuò)誤，而且延長(zhǎng)了整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。本系統(tǒng)利用AutoCAD提供的二次開發(fā)工具及PDM接口，使得用戶無需關(guān)心產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的搭建過程，只需要按照標(biāo)準(zhǔn)繪制CAD圖紙即可，整機(jī)裝配圖的繪制過程也就是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的搭建過程。
為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，繪制裝配圖時(shí)，只能使用在PDM中注冊(cè)過的物料。圖3所示為添加一個(gè)物料時(shí)的系統(tǒng)流程圖。用戶選擇一個(gè)物料，并選擇是否需要在圖中顯示該物料圖形，對(duì)于一些不需要在圖中顯示圖形的物料，用戶只需指定其使用工序和用量即可。對(duì)于需要在圖中顯示圖形的物料，系統(tǒng)將自動(dòng)讀取其對(duì)應(yīng)的圖紙，從中提取圖塊插入到裝配圖中，并在圖塊中寫人物料代號(hào)、名稱、裝配工序等信息。通過物料代號(hào)，能判斷BOM中是否已經(jīng)存在該物料，不存在則將物料信息添加到BOM中，同時(shí)在數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表中添加一條新記錄；若物料已經(jīng)存在，則在數(shù)據(jù)庫及BOM中更新其組成用量而不至產(chǎn)生重復(fù)的記錄。
圖3 插入物料流程圖
執(zhí)行上述操作后，系統(tǒng)將會(huì)生成裝配件與零件的關(guān)聯(lián)關(guān)系，父節(jié)點(diǎn)為裝配件，子節(jié)點(diǎn)為零件，由此可構(gòu)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。整機(jī)裝配圖繪制完成后，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹也隨之搭建完成。由于在圖塊中記錄了零件的相關(guān)信息，通過對(duì)這些信息的讀取，系統(tǒng)能夠識(shí)別圖塊的復(fù)制、刪除等操作，從而在后臺(tái)做出相應(yīng)的操作。同時(shí)系統(tǒng)提供了產(chǎn)品BOM的編輯功能，用戶刪除物料BOM，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)刪除對(duì)應(yīng)圖塊，修改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，從而保證了圖形、BOM(明細(xì)表)與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的同步一致性。
4 產(chǎn)品報(bào)表輸出
產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后，需要將其設(shè)計(jì)BOM(EBOM)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)BOM(MBOM)，從而指導(dǎo)相關(guān)部門進(jìn)行原材料采購或生產(chǎn)，以及對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行成本核算等。MBOM可以通過遍歷產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹得到，系統(tǒng)提供了導(dǎo)出接口以及表格格式編輯功能，可將MBOM按照指定格式導(dǎo)出為EXCEL文件。
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹是樹狀結(jié)構(gòu)，根節(jié)點(diǎn)為工程，如圖4所示，只需要從工程出發(fā)，按照一定的遍歷算法，即可獲得其全部子節(jié)點(diǎn)。本系統(tǒng)采用廣度優(yōu)先的原則，首先獲得T0所有的第一級(jí)子件T11～T1m，再查詢這些節(jié)點(diǎn)是否有子節(jié)點(diǎn)，如果存在，就繼續(xù)讀取，如此反復(fù)，直到獲得全部子節(jié)點(diǎn)。將這些節(jié)點(diǎn)代表的零件信息輸出，即可生成MBOM。
圖4 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹
在遍歷過程中，存在一些物料，例如空機(jī)柜或外購部件，雖然可以繼續(xù)展開，但由于其已經(jīng)是采購/生產(chǎn)的最小單位，系統(tǒng)不會(huì)將其展開。
5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)采用了AtucCAD作為設(shè)計(jì)平臺(tái)，Orade9i作為數(shù)據(jù)庫，開發(fā)工具選用的是VC++.NET。本文第4個(gè)章節(jié)描述的構(gòu)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的過程，其中添加多個(gè)物料到整機(jī)BOM中的關(guān)鍵代碼如下：
使用此系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，圖紙明細(xì)表與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的對(duì)比如圖5所示。
圖5 裝配圖明細(xì)表與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的對(duì)比
6 結(jié)束語
本文描述的PDM/CAD集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了圖紙文檔的一體化管理，保證了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹與裝配圖的同步一致性，完成了EBOM到MBOM的轉(zhuǎn)換與輸出。該系統(tǒng)已在某電力二次設(shè)備公司使用，公司設(shè)計(jì)人員依托其進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá)到了減少設(shè)計(jì)時(shí)間、降低產(chǎn)品成本的目的，取得了較好的成效。
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本文標(biāo)題：電力系統(tǒng)二次設(shè)備企業(yè)PDM/CAD集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)
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