PDM (Product  Data Management)是一門管理與產(chǎn)品相關(guān)的“信息”和與產(chǎn)品相關(guān)的“過程”的技術(shù)。與產(chǎn)品相關(guān)的信息指屬于產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，如CAD/CAM/CAE的文件、材科清單(BOM)、產(chǎn)品配置等。與產(chǎn)品相關(guān)的過程包括有關(guān)的加工工序、有關(guān)批準(zhǔn)權(quán)、使用權(quán)、工作流程過程程序。

    在市場競爭日益激烈的情況下，中小型企業(yè)要想以新、快、好的產(chǎn)品占領(lǐng)市場，其突破口應(yīng)在設(shè)計(jì)。這里一方面是指如何快速地利用現(xiàn)有設(shè)計(jì)產(chǎn)生變形設(shè)計(jì)，并爭取一次成功；另一方面是如何將設(shè)計(jì)成果快速地為加工制造和生產(chǎn)計(jì)劃等所使用。同時(shí)，由于中小型企業(yè)具有多品種、小批量的生產(chǎn)特點(diǎn)，產(chǎn)品相關(guān)的信息多而雜亂，在變形設(shè)計(jì)時(shí)如何快速地檢索和利用已有的各方面知識成為了瓶頸。PDM正是充當(dāng)了這樣一個(gè)集成管理者的角色，它將各方面產(chǎn)品信息集中管理以備檢索利用，同時(shí)規(guī)定過程控制以使信息安全可靠，因此PDM技術(shù)對中小型企業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

1 中小型企業(yè)PDM的體系結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是其功能需求。通過對中小型制造企業(yè)的調(diào)研，我們認(rèn)為PDM系統(tǒng)必須具備以下功能：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、工程數(shù)據(jù)管理、設(shè)計(jì)提交管理、變動(dòng)設(shè)計(jì)管理、用戶授權(quán)管理和數(shù)據(jù)傳輸。其它功能如支持異構(gòu)形式、多平臺應(yīng)用、分布式結(jié)構(gòu)及多用戶協(xié)作等雖不是中小型企業(yè)急需的功能，但在總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮進(jìn)去，以便系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展。這些功能主要是對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的擴(kuò)展，因而在中小型企業(yè)PDM的體系結(jié)構(gòu)（見圖1）中，著重考慮的是其開放性，即能支持各種應(yīng)用軟件對它的訪問，為它們提供相應(yīng)的接口。我們將PDM系統(tǒng)主要?jiǎng)澐譃?個(gè)子系統(tǒng)：工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、BOM表管理系統(tǒng)和版本管理系統(tǒng)。所有子系統(tǒng)的使用都由授權(quán)管理系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控。

圖1 中小型企業(yè)PDM的總體框架

    工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)將各種技術(shù)文檔（包括圖形）與BOM表中元素建立聯(lián)系。版本管理系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)提交管理功能。BOM表管理系統(tǒng)完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、變動(dòng)設(shè)計(jì)管理等功能。根據(jù)BOM表應(yīng)用場合的不同，將其分解為4方面的視圖：即面向設(shè)計(jì)BOM視圖、面向裝配BOM視圖、面向加工BOM視圖和面向計(jì)劃BOM視圖。面向設(shè)計(jì)BOM視圖以產(chǎn)品零件的功能分類碼為基礎(chǔ)，支持設(shè)計(jì)的派生和重用。以最大程度地重新利用現(xiàn)有設(shè)計(jì)加快新產(chǎn)品開發(fā)；面向裝配BOM視圖產(chǎn)生產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)樹，提供零部件裝配關(guān)系。當(dāng)有裝配關(guān)系的零部件之一修改時(shí)，提供相關(guān)零部件的修改檢查；面向加工BOM視圖以產(chǎn)品零件的形狀分類碼為基礎(chǔ)，以利于加工工藝和加工數(shù)據(jù)的查找；面向計(jì)劃BOM視圖提供產(chǎn)品需求清單，為與MRPⅡ之間的聯(lián)系提供接口。

2 中小型企業(yè)PDM的信息模型

    立足于自行開發(fā)的原則，在中小型企業(yè)PDM的規(guī)劃與實(shí)施過程中，重要的一環(huán)是根據(jù)其功能需求及體系結(jié)構(gòu)，得出適合于中小型企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營模式的系統(tǒng)信息模型。通過對中小型企業(yè)的調(diào)查和分析，得出企業(yè)目前最需要管理的信息有以下幾類：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹、產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程、產(chǎn)品文檔。

    按照以上信息的結(jié)構(gòu)特征，可將它們分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)3類。對應(yīng)不同結(jié)構(gòu)特性的信息采用不同的管理方式：

    ①對結(jié)構(gòu)化的靜態(tài)數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的從屬關(guān)系，系列機(jī)型及零部件信息等，可以建立關(guān)系型數(shù)據(jù)庫直接進(jìn)行管理；

    ②對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如文字型的產(chǎn)品說明書、使用書等，由于無法直接由數(shù)據(jù)庫管理，可以建立文件共享區(qū)，對文件進(jìn)行文件名和目錄的存儲管理；

    ③對半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如各種分析程序、NC代碼等，可以在數(shù)據(jù)庫中直接運(yùn)行或調(diào)用這些文件，得出所需要的結(jié)果或顯示所需要的圖形。

    lDEFlx圖是在E-R模型的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行細(xì)化、科學(xué)化以更好地表示信息及其之間關(guān)系的圖形化數(shù)據(jù)模型，它是建立數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)時(shí)的基礎(chǔ)。中小型企業(yè)PDM的IDEFlx信息模型見圖2。經(jīng)細(xì)化，在信息模型中建立了13個(gè)實(shí)體。將其劃分為3個(gè)部分：以系列、機(jī)型、部件、零件、標(biāo)準(zhǔn)件、外購件6個(gè)實(shí)體構(gòu)成核心，提供各節(jié)點(diǎn)本身信息；左邊部分為樹狀結(jié)構(gòu)關(guān)系實(shí)體，提供產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息；右邊部分為節(jié)點(diǎn)屬性聯(lián)系、結(jié)構(gòu)化屬性、半結(jié)構(gòu)化屬性和非結(jié)構(gòu)化屬性4個(gè)實(shí)體，提供各節(jié)點(diǎn)的屬性信息，以分別管理前文提到的3種結(jié)構(gòu)特征信息。將這些實(shí)體對應(yīng)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫中的表，將實(shí)體聯(lián)系變?yōu)楸砺?lián)系，即得到了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型。

圖2 中小型企業(yè)PDM的信息模型3 PDM信息處理關(guān)鍵問題的解決

    中小型企業(yè)PDM的實(shí)施主要有以下一些問題需要解決：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)表示、“借用”關(guān)系的表示、相關(guān)屬性的統(tǒng)一管理和版本管理。

    3.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)表示

    產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是一個(gè)由系列、機(jī)型、部件及零件所組成的樹狀結(jié)構(gòu)，其中系列為樹根，零件為葉子。目前絕大多數(shù)數(shù)據(jù)庫為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，它利用數(shù)據(jù)表、表與表之間的關(guān)系構(gòu)成數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)。如何用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫表示樹狀結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型也就成了一個(gè)問題。在本系統(tǒng)中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要是通過樹狀結(jié)構(gòu)關(guān)系表來表達(dá)的。表中，每一條記錄由父節(jié)點(diǎn)號、于節(jié)點(diǎn)號和擁有數(shù)量3十字段構(gòu)成。在構(gòu)成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹時(shí)，每加入1個(gè)零件或部件，都需要將其直接歸屬的父節(jié)點(diǎn)記入父節(jié)點(diǎn)號字段中，將其自身節(jié)點(diǎn)號記入子節(jié)點(diǎn)號中，同時(shí)給出一個(gè)父節(jié)點(diǎn)擁有于節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，這樣一條條記錄就構(gòu)成了產(chǎn)品的樹狀結(jié)構(gòu)。從表1中可以看到機(jī)型l擁有零件1、2和部件1；將部件l作為父節(jié)點(diǎn)，通過查詢又可得到其于節(jié)點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)件l、零件3和部件2。如此遞歸地查詢下去，即得到圖3的產(chǎn)品樹狀結(jié)構(gòu)。

表1 樹狀結(jié)構(gòu)關(guān)系表

圖3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

    3.2 “借用”關(guān)系表示

    在中小型企業(yè)中由于存在大量的變形設(shè)計(jì)，機(jī)型與機(jī)型之間、部件與部件之間，經(jīng)常會有借用現(xiàn)象發(fā)生。這種借用有時(shí)是部件，有時(shí)是零件。由于借用零部件井無一定規(guī)則。有時(shí)被借用的零部件本身就是借用其它零部件而得來的，這種無規(guī)則和嵌套借用的發(fā)生會引起計(jì)算機(jī)內(nèi)部管理的不一致，產(chǎn)生同一零部件用不同的編碼表示，從而導(dǎo)致在做生產(chǎn)計(jì)劃和物料需求時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。“借用”的含義是將一種機(jī)型中的某一部件或零件原封不動(dòng)地用于另一機(jī)型中。當(dāng)把一個(gè)機(jī)型中的零件借用到另一機(jī)型中時(shí)，表示這兩種機(jī)型使用完全相同的零件。其材料、加工方法、加工路線也完全相同。因而在BOM表中只能以一個(gè)零件號表達(dá)，否則會引起零件管理的混亂。部件的借用也一樣，所不同的只是當(dāng)部件被借用時(shí)，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中也應(yīng)表示出其下屬的所有子部件和零件。在上述結(jié)構(gòu)的樹狀結(jié)構(gòu)關(guān)系表中實(shí)現(xiàn)零件甚至部件的借用關(guān)系相當(dāng)簡單，只需在表中增加一條記錄即可。倒如在上例中我們需要在機(jī)型2的部件3中借用零件l和部件1，只需增加兩條記錄；“部件3，零件1.3”和“部件3，部件1.1”。通過查詢，我們得到機(jī)型2的樹狀結(jié)構(gòu)（見圖4）。依據(jù)這種方法對借用加以表示，既能夠保證借用時(shí)編碼的一致性，同時(shí)也最大限度地減少了數(shù)據(jù)量的存儲。

圖4 借用表示

    3.3 相關(guān)屬性的統(tǒng)一管理

    一方面，與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中不同層次的節(jié)點(diǎn)相關(guān)的屬性種類和內(nèi)容是不同的。如與機(jī)型相關(guān)的屬性有產(chǎn)品使用說明書、產(chǎn)品開發(fā)任務(wù)書、產(chǎn)品鑒定等，而與零件相關(guān)的可能是零件圖紙，零件應(yīng)力分析結(jié)果、零件加工工序等信息文檔；另一方面，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中同一層次的節(jié)點(diǎn)也包含著不同的屬性，如有的零件不需要作應(yīng)力分析，有的則需要作彎度和撓度等方面的校核，如何有效地將這些不同種類的信息（文檔、計(jì)算結(jié)果、計(jì)算程序、圖形和圖像等）與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中各個(gè)節(jié)點(diǎn)聯(lián)系起來，也是一個(gè)需要解決的問題，在這里，我們利用節(jié)點(diǎn)屬性聯(lián)系表實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)與屬性的相關(guān)，該表包括節(jié)點(diǎn)號、屬性名稱、屬性類型等字段。當(dāng)每對一個(gè)節(jié)點(diǎn)增加一個(gè)屬性時(shí)，就增加一條記錄。查詢時(shí)根據(jù)這些信息選擇不同的屬性表（結(jié)構(gòu)化屬性、半結(jié)構(gòu)化屬性或非結(jié)構(gòu)化屬性），找出相關(guān)屑性或指向該屬性文件的文件指針。

    3.4 版本管理

    在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，如果與產(chǎn)品設(shè)計(jì)有關(guān)的某信息是可以改動(dòng)的，我們稱該信息處于“簽出”狀態(tài)。但當(dāng)審核井下發(fā)開始生產(chǎn)后，這些信息應(yīng)立刻改為不可變動(dòng)，我們稱這些信息處于“簽入”狀態(tài)。這也就是設(shè)計(jì)提交的過程管理，即版本管理。筆者提出的信息模型可以有效地解決上述問題。它保證與產(chǎn)品相關(guān)的信息在各個(gè)設(shè)計(jì)階段的可修改性。在這里，我們在產(chǎn)品、零件、部件和屬性等大部分表中設(shè)置了“設(shè)計(jì)狀態(tài)”字段，用來表示該信息處于何種設(shè)計(jì)狀態(tài)，對于較簡單的應(yīng)用系統(tǒng)，有簽入／簽出兩種狀態(tài)，該字段是一個(gè)布爾代數(shù)值，用以表示該信息是否可修改。對于稍復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)，設(shè)計(jì)過程可以分為新設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)提交、審核、歸檔、下發(fā)和再設(shè)計(jì)6個(gè)階段，“設(shè)計(jì)狀態(tài)”字段可用1～6的整數(shù)來表示。表中的每條記錄中的設(shè)計(jì)狀態(tài)只能在權(quán)限的控制下，由一個(gè)階段轉(zhuǎn)到下一個(gè)階段，而不能跳過其中某一階段；同時(shí)，在其它表中可以根據(jù)此字段定義不同階段對不同信息的修改程度。這樣，不僅可對設(shè)計(jì)過程進(jìn)行統(tǒng)一的流程管理，而且也較容易地定義每一階段對信息的修改程度。

    應(yīng)用PDM技術(shù)時(shí)，中小型企業(yè)需要一個(gè)實(shí)用的、功能適合并可擴(kuò)展的系統(tǒng)。我們在實(shí)施上海市科委協(xié)昌CIMS應(yīng)用工程的背景下，對中小型企業(yè)的PDM信息模型進(jìn)行了研究，并以lDEFlx圖的形式表達(dá)。同時(shí)對PDM實(shí)現(xiàn)過程中的主要難點(diǎn)，如產(chǎn)品樹結(jié)構(gòu)的表達(dá)、借用表達(dá)、相關(guān)信息的統(tǒng)一管理和過程管理等都提出詳細(xì)的解決方法，在此基礎(chǔ)上開發(fā)的適合于中小型企業(yè)的PDM軟件目前已經(jīng)成，正在試用和逐步完善中。該系統(tǒng)的應(yīng)用將會增加中小型企業(yè)對市場變化的快速反應(yīng)能力。

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本文標(biāo)題：中小型企業(yè)PDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

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