一、引言
   
    PDM（Product Data Management，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）是一門管理所有產(chǎn)品相關(guān)信息和過程的技術(shù)。它以網(wǎng)絡(luò)和分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)為支撐，采用面向?qū)ο蟮慕�模方法，能夠管理產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的所有數(shù)據(jù)和所有產(chǎn)品相關(guān)過程，提供了一個企業(yè)范圍內(nèi)的產(chǎn)品開發(fā)和制造的并行化的協(xié)作環(huán)境。同時，集成化是CAPP（Computer Aided Process Planning，計算機輔助工藝設(shè)計）發(fā)展的一個主要方向，開發(fā)以PDM為集成平臺的CAPP系統(tǒng)已成為當前的研究熱點。目前國內(nèi)企業(yè)應(yīng)用的CAPP產(chǎn)品大部分都將功能局限在設(shè)計和輸出特定形式工藝文件的范圍內(nèi)，以單機單用戶的方式運行，缺乏工藝活動的組織、協(xié)調(diào)和控制，與CAD、CAM等系統(tǒng)的集成能力較弱，往往需要專用接口，不能滿足實時信息交換、工藝文件的網(wǎng)上協(xié)同瀏覽和審簽以及工藝數(shù)據(jù)的跨平臺可移植性等功能要求。本文基于PDM建立的協(xié)同工藝管理系統(tǒng)，可以充分利用PDM技術(shù)為產(chǎn)品開發(fā)和制造所提供的并行協(xié)作環(huán)境以及其他強大功能，實現(xiàn)協(xié)同工藝設(shè)計、文件數(shù)據(jù)管理和工作流程的并行。
   
    二、系統(tǒng)設(shè)計需求分析
   
    隨著企業(yè)信息化建設(shè)的推進和企業(yè)需求的不斷提高，要求工藝信息系統(tǒng)能夠克服時間、空間、計算機軟硬件等障礙，形成一個便于群體相互協(xié)同工作的"虛擬同地"的共同工作空間，使得異地多部門人員能夠并行協(xié)同地完成工藝信息處理。
   
    要滿足協(xié)同工作的需求，實現(xiàn)基于Web的協(xié)同工藝管理，目前主要存在以下四個問題：1）傳統(tǒng)的工藝信息交換采用專用接口，引起交換接口復雜、繁多，且沒有一個統(tǒng)一的解決方案，難以應(yīng)付日益復雜的應(yīng)用環(huán)境。這就要求有一種在協(xié)同環(huán)境下存取產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)的更好的載體和交換機制，實現(xiàn)產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)描述、存取的標準化和規(guī)范化。為實現(xiàn)產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)內(nèi)容和其表現(xiàn)形式相分離打下基礎(chǔ)； 2）現(xiàn)有工藝文件多是基于二維CAD，其表現(xiàn)格式比較符合國內(nèi)工藝人員的使用習慣。但是不足之處就是必須在客戶端安裝相關(guān)支持軟件才可以瀏覽，而且不利于網(wǎng)上傳輸和協(xié)同瀏覽，也不大支持網(wǎng)上縮放、瀏覽二維/三維圖形，這對于工藝文檔的易讀性尤其對數(shù)控加工來說是一個缺陷。這就提出了在協(xié)同環(huán)境下對工藝文件圖形化、網(wǎng)絡(luò)化及易讀性的要求；3）由于工藝設(shè)計過程中包含許多工藝子流程，這些工藝子流程在信息和時間上存在緊密的相互交錯與嵌套，而且各個工藝子流程間存在著嵌套和相互等待。為減少流程中的等待，需要為負責工藝子流程的用戶提供能實現(xiàn)同步、異地協(xié)同設(shè)計以及實現(xiàn)網(wǎng)上電子簽名和圈閱等功能；4）文件數(shù)據(jù)管理功能有限。PDM產(chǎn)品一般都提供了強大的單個信息的查詢功能，但是在進行系統(tǒng)的眾多信息歸類檢索方面功能有限。因此需要更加方便的系統(tǒng)信息檢索功能，能夠?qū)υO(shè)計過程中產(chǎn)生的基于Web的工藝文件、圖形文檔文件以及工藝任務(wù)進行有效管理和查詢。
   
    綜上所述，在協(xié)同環(huán)境下，以PDM為平臺的工藝管理系統(tǒng)應(yīng)當是一個基于Web的，具有多種功能的，能夠支持異地多部門人員并行協(xié)同工作的信息系統(tǒng)。
   
    三、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
   

    圖1 基于PDM的協(xié)同工藝管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

    圖1是本系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖，共分為三層：數(shù)據(jù)存取層、應(yīng)用層和客戶層。每一層為其上一層提供所需的服務(wù)。操作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫位于數(shù)據(jù)層，提供系統(tǒng)功能；通過PDM系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫的封裝技術(shù)以及其數(shù)據(jù)、文件、資源管理功能，應(yīng)用層可以很方便地對數(shù)據(jù)文件進行存取操作，以實現(xiàn)其工藝協(xié)同設(shè)計、工藝信息管理等功能；然后把其設(shè)計結(jié)果即工藝BOM樹（包含工藝規(guī)程文件）通過客戶層的Web界面/Java集成框架（相當于一種特殊形式的IE瀏覽器）表現(xiàn)出來。其主要邏輯處理實現(xiàn)在于應(yīng)用層，應(yīng)用層又分為以下幾個模塊：
   
    1． 工藝設(shè)計子系統(tǒng)
   
    利用其"結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計"模塊，工藝員無需直接編輯、整理各種類型的工藝卡片，而是在系統(tǒng)中建立相應(yīng)的工藝節(jié)點，并與產(chǎn)品/零件節(jié)點相關(guān)聯(lián)。在工藝節(jié)點下建立工序節(jié)點或者工藝子節(jié)點，在工序節(jié)點下建立工步節(jié)點，形成一個工藝BOM樹。所有的工藝信息將通過工藝BOM樹的樹狀結(jié)構(gòu)以及各個節(jié)點的屬性來表達。工序圖的編輯采用"工藝簡圖編輯"模塊調(diào)用相應(yīng)，CAD軟件進行編輯，然后也以節(jié)點形式掛在工藝BOM樹上。查找到要用的工裝、設(shè)備等資源后，在系統(tǒng)中作為資源節(jié)點和相應(yīng)的樹狀節(jié)點建立資源使用關(guān)系。這種工藝信息的樹狀表達方式簡化了工藝員的設(shè)計工作。同時，結(jié)構(gòu)化的工藝表達方式便于利用數(shù)據(jù)庫的功能進行搜索、查找和存取。另外，所有的工藝、資源數(shù)據(jù)以及圖形文件等都統(tǒng)一通過PDM的封裝層對PDM管理的數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)進行存取操作。
   
    2． 工藝信息管理
   
    主要負責工藝知識及工藝圖形文檔的管理，工藝匯總統(tǒng)計功能以及基于Web的工藝報表的生成等功能的實現(xiàn)。通過上述工藝設(shè)計子系統(tǒng)所形成的工藝信息樹必須得轉(zhuǎn)化為各種工藝卡片才可用于實際生產(chǎn)。為此得把工藝BOM樹上所有相關(guān)信息全部按照某種規(guī)則輸出到XML文件中，其他的系統(tǒng)如ERP等都可以通過"基于XML的數(shù)據(jù)提取和封裝工具"，從這些XML文件中獲取相關(guān)信息；同時，可以用XSL技術(shù)對XML文件進行提取轉(zhuǎn)化為HTML形式的工藝/資源文件。
   
    3． 工作流管理
   
    可用它進行角色和權(quán)限管理；進行工作流分析和建模；進行工作任務(wù)管理和分配；支持對工藝任務(wù)在線設(shè)計修改、審簽、監(jiān)控和察看狀態(tài)功能等，并支持對基于Web的工藝文件的網(wǎng)上圈閱批注和電子簽名。
   
    從圖1可看出，其中產(chǎn)品數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)等都來自于PDM系統(tǒng)，這樣就保證了數(shù)據(jù)來源的惟一性。并且在同一個PDM平臺上，對同樣的零件/產(chǎn)品進行工藝設(shè)計即共同完成同一個工藝BOM樹，這樣就可以讓PDM平臺上所有的擁有權(quán)限的人員都可以同步看到，并可利用所提供的工具進行協(xié)同操作，也可把工藝BOM樹轉(zhuǎn)化輸出為HTML形式的工藝/資源文件后，將其作為文件節(jié)點掛在工藝BOM樹上，這樣就可以讓網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)人員都可以通過工藝圖形文檔管理工具很方便地看到即時結(jié)果。也就是說任何對本系統(tǒng)的訪問都要通過PDM的授權(quán)和驗證，這就保證了本系統(tǒng)和PDM的緊密集成，從而保證了工藝數(shù)據(jù)的完整性和一致性。
   
    四、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
   
    本系統(tǒng)是基于PDM平臺的，PDM產(chǎn)品雖然大都有一個豐富的封裝工具集，也有統(tǒng)一的工藝信息模型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理系統(tǒng)和安全訪問控制機制等等，但這遠遠不能滿足企業(yè)對協(xié)同工藝的實際需求，為了實現(xiàn)基于PDM的協(xié)同工藝管理系統(tǒng)的目標，還必須解決下述關(guān)鍵技術(shù)。
   
    1．基于Web的協(xié)同工藝設(shè)計
   
    基于Web的協(xié)同工藝設(shè)計是一個知識密集，企業(yè)和團隊協(xié)同工作的面向產(chǎn)品的過程。要實現(xiàn)它就必須搭建一個集成環(huán)境使之能夠完成網(wǎng)上工藝并行協(xié)同編制、工藝知識集成以及制造資源優(yōu)化配置等功能，其中有些功能PDM平臺本身就可以完成或已經(jīng)有一些基本工具可用，在實際開發(fā)過程中應(yīng)用的技術(shù)主要集中于以下兩個方面：
   
    （1）工藝協(xié)同設(shè)計環(huán)境建立
   
    在實際工藝編制過程中，雖然協(xié)同設(shè)計者分處不同部門、不同地域，但由于同在一個PDM平臺上工作，他們的設(shè)計結(jié)果即工藝BOM樹，可以隨時轉(zhuǎn)化為符合實際使用習慣的Web形式的工藝文件，以便相互閱覽，對其訪問、編輯等都處于PDM的統(tǒng)一控制下，這就解決了工藝編制的協(xié)同工作問題；但是由于各個工藝子流程的嵌套和相互等待現(xiàn)象十分普遍，要實現(xiàn)一種真正意義上的并行與協(xié)同，就必須研究主制工藝與輔助工藝、數(shù)控程序的并行進行機制，把以前基于紙質(zhì)的管理模式所造成的串行工作流程轉(zhuǎn)化為并行的。圖2描述的是某企業(yè)在PDM平臺上建立的一個工藝并行協(xié)同設(shè)計流程。該流程表明：在針對某個零件的工藝設(shè)計階段，工藝信息通過信息預發(fā)布方式不斷地在毛坯設(shè)計、主制工藝設(shè)計、輔助工藝設(shè)計、數(shù)控程序設(shè)計及工裝設(shè)計人員之間流動，每個負責編制工藝人員都可以根據(jù)其他工藝人員的反饋信息及時修改設(shè)計不合理之處，通過這不斷的交流確保設(shè)計的一次性成功。
   

    圖2 基于PDM的工藝并行協(xié)同設(shè)計流程

    
    根據(jù)上述流程，基于PDM的工藝協(xié)同設(shè)計環(huán)境應(yīng)該按如下步驟建立：（1）按照上級工藝部門的工藝流水分配將各類參加的人員組織好，形成集成項目開發(fā)工作組，指定項目負責人并由其進行初始化準備工作，并定義好每個人的職責。使組內(nèi)所有參加工作的人員都清楚每個人的工作任務(wù)，同時定義好每個工作人員的操作權(quán)限，以及定義設(shè)計過程中的狀態(tài)標志（如準備設(shè)計、正在設(shè)計、設(shè)計完畢）等狀態(tài)；（2）為了協(xié)同工作，還必須定義好標準的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)，項目負責人按照標準建立工藝BOM樹的基本結(jié)構(gòu)對應(yīng)工藝編制任務(wù)的分解，工藝BOM樹中的文檔和數(shù)據(jù)包含了各任務(wù)子項的任務(wù)要求和技術(shù)說明等工藝設(shè)計內(nèi)容以及定義成員對各文件夾的操作權(quán)限；（3） 在協(xié)同設(shè)計環(huán)境中，小組成員以各自的賬號及口令登入PDM獲取各自的任務(wù)信息進行工藝設(shè)計工作，并能夠?qū)�別人的設(shè)計成果進行及時預覽和意見提交。每個設(shè)計人員根據(jù)不同設(shè)計階段在同一個工藝BOM樹中發(fā)布相應(yīng)的設(shè)計版本，其他設(shè)計人員可以在這個工藝BOM樹中獲取對方的設(shè)計發(fā)布版本后，利用系統(tǒng)提供的功能模塊進行審批后遞交返回，然后前一個設(shè)計部門根據(jù)反饋意見及時作出設(shè)計調(diào)整。
   
    這樣一來，傳統(tǒng)的基于紙質(zhì)的管理模式所造成的串行工作流程轉(zhuǎn)化為并行的，多部門的工藝人員可以進行協(xié)同工作。大大縮短了工藝設(shè)計的周期，減少了不少手工工作和返工現(xiàn)象，極大地提高了工作效率。
    （2）基于XML的工藝知識集成和制造資源管理
   
    制造企業(yè)的知識大致可以分為：手冊數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)和決策知識。在工藝設(shè)計中，必然涉及到跨部門、跨企業(yè)的各類技術(shù)人員之間的知識傳遞、協(xié)同和集成。為使這些分散的知識源集成起來為企業(yè)所共享，就必須對這些知識或文檔進行標準化，以XML為其內(nèi)容載體，以Web形式的文件或程序開發(fā)界面為其表現(xiàn)形式，開發(fā)出如圖1所示"資源查詢/引用"等工具，這樣有利于用戶在結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計過程中方便地引用工藝知識。
   
    制造資源是生產(chǎn)過程中所需的各種資源的總稱。PDM把產(chǎn)品工藝信息的表達由傳統(tǒng)的工藝規(guī)程文檔演變?yōu)橄到y(tǒng)內(nèi)部的工藝BOM樹表達方式，所有的工藝/工序/資源等都表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)化的節(jié)點。本系統(tǒng)利用了PDM的資源管理思想，在其資源庫模塊基礎(chǔ)上開發(fā)圖1中所述的"工藝資源查詢/引用"等工具集，在建立制造資源庫時，利用JAVA語言編程使資源在PDM中的表達結(jié)構(gòu)化，這樣便于把資源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為XML文件輸出，反之也可導入到資源庫中。在設(shè)計工藝BOM樹時，可以利用資源查詢工具去搜索查找資源，找到合適的，便引用到相應(yīng)的工藝/工序節(jié)點下。
   
    2．基于XML/XSL的工藝文件輸出技術(shù)
   
    本系統(tǒng)是基于PDM平臺的，在工藝編制完后，即形成工藝BOM樹后，為使工藝人員能同步異地看到自己或別人的編制結(jié)果，正如前面需求分析中所講，如果工藝文件是基于Web的，就可以很方便地讓用戶協(xié)同瀏覽。這里采用如圖3所示的技術(shù)路線來實現(xiàn)基于Web的工藝文件的輸出。
   

    圖3 基于XML的工藝文件生成過程

    
    （1）基于XML的產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)描述
   
    XML是一種跨平臺、跨語言的標記語言，因此采用XML來描述工藝數(shù)據(jù)。首先要分析系統(tǒng)工藝信息模型以及工藝BOM樹的結(jié)構(gòu)配置原則，然后建立描述產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)的XML模式文件（PPD_XML Schema），以實現(xiàn)各個不同系統(tǒng)之間的產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)集成與交換；在此基礎(chǔ)上再在XML1.0規(guī)范下采用XML 模式文件定義產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)詞匯表和語法規(guī)則，建立系統(tǒng)工藝信息模型與這個XML模式文件間的映射關(guān)系，以實現(xiàn)工藝信息模型和這個XML模式文件之間相互轉(zhuǎn)化；然后把工藝BOM樹按照前述XML模式文件所定規(guī)范轉(zhuǎn)化為XML文件輸出所有工藝數(shù)據(jù)信息。
   
    （2）基于Web的工藝文件模板定制
   
    包含產(chǎn)品所有工藝信息的XML文件輸出后，由于各企業(yè)的使用習慣不同，依照"內(nèi)容和表現(xiàn)形式相分離"的思想， XML是數(shù)據(jù)內(nèi)容，還需要一些模板對這個內(nèi)容進行修飾使其表現(xiàn)形式更符合用戶使用習慣。這里的表現(xiàn)形式即指基于Web的工藝文件，模板指XSL文件。換句話說，就是采用XSL技術(shù)將其轉(zhuǎn)換輸出HTML格式的工藝文件。鑒于工藝文件表現(xiàn)形式的復雜多樣性，應(yīng)當首先要把工藝文件標準化、規(guī)范化，然后再進行相應(yīng)的定制，完成后還需在配置信息文件里注冊，以備動態(tài)調(diào)用，這樣才能建立起圖1所示"工藝文件模板庫"。
   
    （3）基于Web的工藝文件的轉(zhuǎn)化輸出
   
    基于Web的工藝文件輸出就是在系統(tǒng)生成工藝文件時，讀取配置信息文件中的相關(guān)信息，接受傳遞過來的參數(shù)，再應(yīng)用XSLT技術(shù)把XML文件轉(zhuǎn)化為HTML格式的工藝文件。這項技術(shù)應(yīng)用在工藝文件輸出時包含以下幾個技術(shù)細節(jié)：
   
    1） 工藝特殊符號的處理
   
    所謂工藝特殊符號就是尺寸公差、行為公差以及一些特殊字符等。本文采用XSL擴展元素/函數(shù)技術(shù)結(jié)合VML（Vector Markup Language，矢量標示語言）技術(shù)來解決，首先把這些特殊符號用偽代碼描述和存取，然后在顯示時把偽代碼替代為VML矢量圖形輸出。
   
    2） 換行換頁的處理
   
    這是在工藝文件中經(jīng)常遇到的問題。本文采用XSL擴展元素/函數(shù)結(jié)合配置信息文件。也就是說，先在配置文件中注冊換行換頁信息，比如報表總行數(shù)、每行字數(shù)等，之后就可以在系統(tǒng)中讀取到這些信息并進行相應(yīng)處理。
   
    3） 二維/三維圖形的處理
   
    即如何輸出和顯示各種二維圖形以及三維的產(chǎn)品模型、工廠模型、資源模型等。這里先把這些三維模型轉(zhuǎn)化為JT文件，然后以超鏈接形式把它們引入到Web形式工藝文件中，再利用JT文件瀏覽器（Applet形式）瀏覽。
   
    3．基于Web的協(xié)同工藝管理
   
    在PDM系統(tǒng)對信息和文檔的管理功能的基礎(chǔ)上，在它的搜索引擎的幫助下，開發(fā)基于Web的協(xié)同環(huán)境下的工藝管理工具，以實現(xiàn)更加方便的系統(tǒng)信息檢索功能以及靈活的工藝管理功能。主要包含以下幾個管理工具：
   
    1） 協(xié)同環(huán)境下的工藝圖形文檔管理器
   
    以產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)為中心組織管理工藝設(shè)計結(jié)果中的各種格式的圖形文檔文件，管理他們的屬性和版本關(guān)系，提供在線檢索瀏覽、標注尺寸及批注、打印等功能。
   
    2） 協(xié)同環(huán)境下的工藝流管理器
   
    在基于Web的協(xié)同環(huán)境下，實現(xiàn)對工藝設(shè)計人員的角色和權(quán)限控制，工作流的分析和建模功能，支持對工藝任務(wù)的在線設(shè)計修改、審簽、監(jiān)控和察看狀態(tài)功能等。
   
    3） 材料消耗和標準工時定額的匯總統(tǒng)計輸出
   
    可以對這些材料消耗定額、標準工時定額信息根據(jù)指定統(tǒng)計查詢條件進行統(tǒng)計匯總，以XML文件格式輸出，供ERP系統(tǒng)使用，也可以轉(zhuǎn)化成Web形式的匯總統(tǒng)計報表以供瀏覽使用。
   
    4．基于Web工藝規(guī)程審簽
   
    一般地講，工藝文件從開始編制到發(fā)放歸檔，要經(jīng)過校對、會簽和批準等幾個流程節(jié)點，在這些節(jié)點中，不可避免地要把各種意見以某種方式反饋出來，這也就涉及到了對工藝文件批注圈閱的問題。前面講過，所有的工藝文件報表都是Web形式的，所以就要開發(fā)出一個網(wǎng)絡(luò)圈閱工具，使之能對Web形式的工藝文件進行圖示化的批注圈閱。
   
     同時，在基于Web的工藝文件輸出基礎(chǔ)上，還要實現(xiàn)網(wǎng)上協(xié)同電子簽名功能。即在走審批/更改流程時，利用前述工作流管理器把相關(guān)操作人員和時間等信息記下來，在工藝文件輸出時再讀取這些信息并輸出到工藝文件中去。具體效果見圖5。
   
    五、系統(tǒng)實例
   

    
    圖4為本系統(tǒng)讀取PDM系統(tǒng)中工藝BOM樹的相關(guān)信息，經(jīng)過圖3所述技術(shù)路線生成的工藝文件實例。其中左框架是工藝文件結(jié)構(gòu)樹及管理工具，右邊是工藝文件顯示界面，其中應(yīng)用特殊符號處理技術(shù)、換行換頁處理技術(shù)和基于Web的二維圖顯示技術(shù)后的工藝文件顯示效果也如圖4所示。
   
    基于Web的工藝規(guī)程審簽技術(shù)的應(yīng)用如圖5所示，在工藝文件瀏覽的用戶交互中選擇圖4左框架上方的"校核批注"，就進入到如圖5所示的工藝規(guī)程審批窗口，用戶可以在右邊框架中的工藝文件上進行基于Web的審批，涉及到如插入文字、劃波浪線、畫圓、設(shè)置透明度及圖形大小等等批注操作。限于篇幅其他技術(shù)實例不再介紹。
   

    圖5 基于Web的工藝規(guī)程審簽技術(shù)實例

    六、結(jié)束語
   
    本文提出了基于PDM的協(xié)同工藝管理系統(tǒng)，論述了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，詳細探討了工藝協(xié)同設(shè)計環(huán)境的搭建，工藝知識、資源的引用和管理，工藝信息的組織和表達方式，以及協(xié)同環(huán)境下基于Web的工藝報表的生成和管理。充分利用PDM技術(shù)為產(chǎn)品開發(fā)和制造所提供的并行協(xié)作環(huán)境以及其他強大功能，實現(xiàn)協(xié)同工藝設(shè)計、文件數(shù)據(jù)管理和工作流程的并行。研究中開發(fā)的原型系統(tǒng)是PDM軟件產(chǎn)品與CAPP系統(tǒng)基于Web協(xié)同的工作過程集成，并在某航空企業(yè)進行全面實施和技術(shù)的應(yīng)用，為基于PDM的CAPP二次開發(fā)或集成提供了一套新的技術(shù)實現(xiàn)方案。
   

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本文標題：基于PDM的協(xié)同工藝管理系統(tǒng)研究及實現(xiàn)

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