1 前言

    隨著全球化市場競爭日趨激烈，顧客要求日趨個性化，產(chǎn)品需求日趨多元化，從而促使企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模逐步從單品種大批量向多品種變批量的方向發(fā)展，給企業(yè)提出了新的要求。制造企業(yè)要在競爭中立于不敗，必須要采用先進的制造技術(shù)與管理方法，并能快速響應(yīng)市場需求的變化，而如何縮短產(chǎn)品從設(shè)計到投放市場的周期，將是提高產(chǎn)品競爭力的主要因素之一。從產(chǎn)品的設(shè)計、制造、銷售等環(huán)節(jié)上看，要真正地縮短產(chǎn)品面市的時間，就必須在保證設(shè)計質(zhì)量的前提下減少產(chǎn)品制造前的技術(shù)準備時間，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management，PDM）正是解決這個問題的有效技術(shù)和管理手段。

    PDM是對產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)和過程進行有效管理的方法和技術(shù)的總稱，它以計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)，通過將產(chǎn)品、過程、數(shù)據(jù)和資源四者關(guān)聯(lián)起來，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的生命周期管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、過程資源配置、工具集成等系統(tǒng)核心功能，同時實現(xiàn)對各種信息的多方式組織，如產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)，產(chǎn)品相關(guān)過程，過程相關(guān)數(shù)據(jù)，和特定數(shù)據(jù)相關(guān)的資源等，它的核心思想是設(shè)計數(shù)據(jù)的有序、設(shè)計過程的優(yōu)化、資源的共享和系統(tǒng)集成。

2 PDM系統(tǒng)的實施與應(yīng)用

    為縮短設(shè)計周期、提高設(shè)計質(zhì)量，同時實現(xiàn)設(shè)計數(shù)據(jù)的電子化和集成化，公司采用了美國PTC公司的Windchill 9.0系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以從產(chǎn)品數(shù)據(jù)的流程管理、生命周期管理、變更管理、組織團隊管理及相關(guān)系統(tǒng)的集成等多方面實現(xiàn)真正意義上的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的共享，解決企業(yè)信息孤島問題，實現(xiàn)基于Windchill9.0的設(shè)計、工藝、生產(chǎn)加工及售后服務(wù)等的數(shù)據(jù)共享。

    2.1 技術(shù)管理存在的主要問題

    隨著計算機技術(shù)在大連機車的廣泛應(yīng)用，極大的提高了設(shè)計及管理人員的工作效率，給企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益。但是隨著應(yīng)用的深入，原來的技術(shù)管理方法及手段已不能滿足大連機車當前特別是未來發(fā)展的需要析，主要有以下問題：

    （1）電子文件管理混亂, 電子數(shù)據(jù)和紙質(zhì)圖紙內(nèi)容不統(tǒng)一，無法控制電子文檔的版本。現(xiàn)有的電子文檔的正確性、完整性就不能得到保障，這就影響到工作效率的提高；

    （2）由于缺少有效的工具，電子文檔的共享困難，難以實現(xiàn)知識的復(fù)用；

    （3）設(shè)計文件、圖紙簽審采用的是人工傳遞的方式，由于各職能部門地理位置分散，人工工作量較大；

    （4）由于簽審過程中的白圖沒有保留存檔，容易引起審簽人員的在白圖上標注，沒有反應(yīng)在最終歸檔的蠟圖上；

    （5）部分產(chǎn)品使用了pro/E進行了三維設(shè)計，但最終歸檔的二維工程圖并沒有通過pro/E生成，歸檔的二維工程圖存在和三維模型不一致的情況；

    （6）由于客戶對產(chǎn)品的個性化需求增多，產(chǎn)品變型設(shè)計非常普遍，但是缺乏相應(yīng)的手段對變型設(shè)計進行管理；

    （7）對產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)缺乏統(tǒng)一的管理手段；

    （8）缺乏集中管理產(chǎn)品及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的工具，技術(shù)部門與企業(yè)其它相關(guān)部門數(shù)據(jù)交流時效率較低。

    為解決上述問題，通過對設(shè)計、實驗研制和生產(chǎn)管理的各個環(huán)節(jié)中問題分析，以及對同行業(yè)廠所的調(diào)研，認為大連機車有必要引進一套PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，來解決大連機車在型號設(shè)計、實驗研制和生產(chǎn)管理等方面的問題。

    2.2 PDM在實施中的關(guān)鍵技術(shù)

    2.2.1 PDM的實施模型

    PDM系統(tǒng)在企業(yè)中的實施模型可以用金字塔來表示，如圖1所示。任何PDM實施過程中的活動都可以納入到該模型的某一層面上。

    企業(yè)的業(yè)務(wù)需求要求PDM項目的實施一定要面向用戶解決實際問題，這是項目實施成功的關(guān)鍵。在概念層我們把企業(yè)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的各種需求抽象為諸多個不同的概念，而不同概念的組合就形成了PDM系統(tǒng)的核心功能層面。譬如，業(yè)務(wù)項的概念用于文檔的管理，版本、狀態(tài)的概念用于工作流的管理等等。系統(tǒng)集成層則使得PDM系統(tǒng)與其它的應(yīng)用系統(tǒng)共享同一數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)鏈，保證數(shù)據(jù)源的唯一性，準確性和完整性。擴展應(yīng)用層使得整個企業(yè)在PDM系統(tǒng)框架的支撐下，實現(xiàn)諸如并行工程、協(xié)同設(shè)計和制造、全面質(zhì)量管理等先進的管理理念。在金字塔模型中，層次越低，其集成度則越低，層次越高，其集成度也就越高。而隨著層次的升高，信息的粒度也就越高。信息粒度主要指所含的信息量。在最低層的概念層上，業(yè)務(wù)項、狀態(tài)等所含的信息量少，而在擴展應(yīng)用層的并行工程一級上，所要處理的信息量就大得多。

    圖 1：PDM的實施模型

    2.2.2 PDM的關(guān)鍵技術(shù)

    2.2.2.1  部門和用戶管理

    和其他信息系統(tǒng)一樣，角色（Role）管理是PDM管理部門和用戶的重要組成部分，使用PDM系統(tǒng)的用戶，必須具有某種角色，才能登陸到系統(tǒng)中，獲得系統(tǒng)賦予的與角色相對應(yīng)的權(quán)限，通過角色的管理來保證數(shù)據(jù)庫中資料的安全性，有效地防止越權(quán)操作，使得文檔資料更加安全可靠。

    主要功能應(yīng)該包括：

    ·角色管理

    ·工部門和用戶的增加

    ·部門和用戶的刪除

    ·部門和用戶的查詢

    ·用戶向部門中的指定

    ·用戶的有效和無效

    2.2.2.2文檔管理

    文檔是PDM系統(tǒng)管理的基本對象，所有操作最終都幾乎可以歸結(jié)到對一個具體文檔的操作，所以文檔管理是PDM系統(tǒng)核心層中的核心。文檔管理的作用域主要在產(chǎn)品的開發(fā)過程中，而當產(chǎn)品的開發(fā)工作全部結(jié)束時，相關(guān)文檔就應(yīng)當提交給工程數(shù)據(jù)庫管理模塊來管理了。

    文檔管理的主要功能應(yīng)該包括：

    ·文檔的建立和屬性的定義

    ·文檔的查詢和瀏覽

    ·文檔的保存和入庫

    ·文檔的更改

    2.2.2.3產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理

    PDM系統(tǒng)以樹狀結(jié)構(gòu)來表達產(chǎn)品零部件之間的層次（隸屬）關(guān)系。一個具體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹對象包括了對象屬性數(shù)據(jù)，對象結(jié)構(gòu)（關(guān)系）數(shù)據(jù)，描述文檔，屬性文檔等。在屬性文檔下，又包括了具有版本屬性的所有文檔。由不同層次的裝配關(guān)系對應(yīng)的不同層次的BOM而組成的樹狀結(jié)構(gòu)稱之為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。

    有了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，PDM系統(tǒng)提供給用戶的功能包括：

    ·自動生成單層BOM和多層BOM

    ·自動生成所有設(shè)計報表并進行匯總統(tǒng)計

    ·可以自動輸出任意查詢

    2.2.2.4流程管理

    流程管理的載體是數(shù)據(jù)包，主要實現(xiàn)對物料、描述文檔的提交、審查、批準、發(fā)布歸檔等過程進行有效管理；同時實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計過程中的各種描述文檔進行相關(guān)任務(wù)的確定和版本變更的維護等，來保證設(shè)計過程中任務(wù)的完整性和數(shù)據(jù)的一致性。其主要功能包括：

    ·業(yè)務(wù)流程的定義和提交

    ·部門判斷

    ·流程分解

    ·各任務(wù)并行處理

    ·發(fā)布歸檔處理

    2.2.2.5CAX/ERP軟件集成和接口管理

    為了將現(xiàn)有的CAX/ERP軟件和PDM的軟件組成一個集成系統(tǒng)，PDM系統(tǒng)必須具有軟件集成管理的功能，能將企業(yè)的各種軟件進行有機的集成，實現(xiàn)PDM與其它軟件之間的雙向操作。

    對于其它系統(tǒng)和PDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，一般采用一個共享數(shù)據(jù)庫來保存交換的數(shù)據(jù)，由各個系統(tǒng)對其進行分享。如CAPP系統(tǒng)需要PDM系統(tǒng)產(chǎn)生的BOM數(shù)據(jù)，這樣PDM系統(tǒng)生成BOM表的格式要與CAPP系統(tǒng)接受的表格式完全一樣，然后將其保存在共享數(shù)據(jù)庫中，當CAPP系統(tǒng)需要BOM表時，只需訪問共享數(shù)據(jù)庫，提取出相應(yīng)的BOM表，就達到了數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?/p>

    2.3PDM系統(tǒng)解決方案

    2.3.1文檔管理

    2.3.1.1文檔存儲

    WindchillPDMLink中對于文檔有2個地方可以存儲：產(chǎn)品庫和存儲庫。

    通常意義上說，產(chǎn)品庫是按型號來劃分的，產(chǎn)品庫中保存和管理的都是型號相關(guān)的信息；而存儲庫則是與具體型號無關(guān)的數(shù)據(jù)和信息。無論是產(chǎn)品庫還是存儲庫都是邏輯名稱而不是物理位置，具體方案為：

    （1）產(chǎn)品庫：

    和型號產(chǎn)品直接相關(guān)的設(shè)計文檔，計算說明書，工藝文檔，工裝文檔，質(zhì)量

    文檔

    對于非標設(shè)備文檔，也放在產(chǎn)品庫中，因為非標設(shè)備在系統(tǒng)中也認為是一種產(chǎn)品，所以非標設(shè)備文檔也放在產(chǎn)品庫中，只是不同的產(chǎn)品在產(chǎn)品庫中有不同的名稱

    （2）存儲庫：

    存儲庫主要存放和標準件，通用件相關(guān)的文檔以及和產(chǎn)品無直接關(guān)系的文檔。?

    ·標準件庫：存放和標準件相關(guān)的文檔

    ·通用件庫：存放企業(yè)通用件的相關(guān)文檔，如通用件的二維圖，相關(guān)技術(shù)說明書等

    ·質(zhì)量文檔庫：存放和產(chǎn)品無直接關(guān)系的指導(dǎo)性的質(zhì)量文檔

    ·工藝文檔庫：存放和產(chǎn)品無直接關(guān)系的工藝文件

    ·一般文檔模板庫：存放質(zhì)量文件，設(shè)計文件，工藝文件，計算說明書的模板

    2.3.1.2文檔分類

    文檔分類是為了實施后方便資料的使用者快速查詢和按照不同的審批流程，按照文檔的用途和基本功能將文檔劃分成若干大類，每大類文檔又按照具體內(nèi)容細分為多個二級分類，每個二級分類有可以細分為具體類型的文檔。

    Windchill PDM Link采用類型管理器和屬性管理器對文檔進行分類管理，采用這種方式，系統(tǒng)不需要進行編程開發(fā)，而是通過交互式的界面操作就可以實現(xiàn)文檔的分類管理，這種方式簡單易學(xué)，用戶經(jīng)過短暫的培訓(xùn)，就可以自行創(chuàng)建自己的分類文檔，非常適合用戶自行增加或修改文檔類型。其操作界面如圖2所示。

    圖2：文檔管理

    2.3.1.3文檔查詢與檢索

    Windchill系統(tǒng)提供了多種檢索機制，以滿足客戶的需求

    （1）基于文檔屬性的查詢

    用戶可以根據(jù)文檔的類型、所屬部門、或產(chǎn)品代號，型號等基本屬性，進行快速的檢索，以獲得所需的數(shù)據(jù)。（強烈推薦采用屬性查詢的方法）

    （2）基于文檔存儲地點的查詢

    Windchill提供了直觀的存儲方式。用戶可以在系統(tǒng)中直接點擊相應(yīng)的文件柜或文件夾來獲得相應(yīng)的信息，而不需要了解文檔物理的存儲地點。保持系統(tǒng)的透明性。

    （3）基于文檔關(guān)聯(lián)性的查詢

    在Windchill系統(tǒng)中，可以在文檔之間、文檔與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)之間可以建立對應(yīng)的關(guān)聯(lián)。用戶可以通過關(guān)聯(lián)的展開獲得所需的信息。如通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹來獲得零部件的模型文件、圖紙等。文檔的關(guān)聯(lián)查詢包括結(jié)構(gòu)層級、參考、結(jié)構(gòu)用法、相關(guān)進程、所有版本、版本歷史記錄、小版本歷史記錄、生命周期歷史記錄、另存為歷史記錄。

    2.3.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理

    產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是指由零部件、文檔及相關(guān)變更通過相互關(guān)聯(lián)形成的樹狀結(jié)構(gòu)，它是在產(chǎn)品開發(fā)的過程中自然形成的，體現(xiàn)了以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為核心的各種信息的管理。

    產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹上的每一節(jié)點只能與一種工具集成，這一點可以根據(jù)需要加以選擇，其它文檔按參考關(guān)系與零部件關(guān)聯(lián)。有兩種方式將零部件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息錄入到PDMLink系統(tǒng)中：

    （1）手工方式：

    在系統(tǒng)中手工建立零部件；

    零部件對象可以與CAD圖檔建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為核心的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。

    （2）集成方式

    可以通過CAD工具直接將零部件及其屬性和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)系導(dǎo)入的Windchill系統(tǒng)中。

    所創(chuàng)建的零部件數(shù)據(jù)，能夠完整表達企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，能夠滿足產(chǎn)品數(shù)據(jù)查詢/檢索的要求。

    2.3.2.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)編輯管理

    為了能夠更好地對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改動進行標識，Windchill系統(tǒng)提供了圖形化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)批注功能。以便設(shè)計人員對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的更改進行批注，并作為附件和原始產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行掛接，從而幫助后續(xù)簽審人員對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更改的直觀察看。

    這樣的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)批注工具（見圖3），通常被用作產(chǎn)品結(jié)構(gòu)編輯的工具使用。通過批注，可以對現(xiàn)有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行增減、刪除、修改等操作的標識，這些修改標識能為變更提供指導(dǎo)，而不會在變更執(zhí)行前生效，影響原有的BOM。變更執(zhí)行后，自動生效。一般來說，只有對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)就有修改權(quán)限的工作人員，才能看到自己對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行編輯的中間結(jié)果，即批注內(nèi)容，而其他工作人員，看到的始終是批準生效的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息。

    2.3.2.2多視圖管理

    在產(chǎn)品形成的過程，BOM表現(xiàn)出多態(tài)的特性，產(chǎn)品設(shè)計BOM形成后，工藝路線定義過程會形成工藝合件，而在產(chǎn)品制造時考慮毛坯，工藝中間件需要生成制造BOM用于組織生產(chǎn)。

    PDM BOM視圖管理功能提供了管理產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多重視圖的能力，其中包括建模、設(shè)計、計劃、制造以及維護等視圖。用戶可以結(jié)合企業(yè)的實際情況進行定制。例如，一名工程師可能要用設(shè)計視圖，而一名工藝規(guī)劃人員則會用到工藝視圖。借助 BOM多視圖管理功能，企業(yè)可以建立和維護多重產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視圖，以支持不同角度的觀察。

    圖3：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)批注工具

    2.3.3流程管理

    2.3.3.1流程固化

    Windchill提供流程模板編輯工具，可以方便的將當前企業(yè)的業(yè)務(wù)過程，通過圖形化的方式進行定義。

    模板包括生命周期模板和工作流模板。

    （1）生命周期模板。生命周期建立一組狀態(tài)，用于確定對象的成熟階段，例如“正在工作狀態(tài)”、“審批狀態(tài)”和“發(fā)放狀態(tài)”等。

    （2）工作流程模板。工作流模板可以應(yīng)用于每個狀態(tài)，以建立該狀態(tài)內(nèi)將發(fā)生的特定事件和任務(wù)。工作流模板的組成有任務(wù)與任務(wù)組節(jié)點、條件判斷節(jié)點和自動機節(jié)點，以及節(jié)點間連接符組成。通過不同類型的任務(wù)節(jié)點、條件判斷節(jié)點和自動機節(jié)點的相關(guān)連接與組合，可以形成企業(yè)各類不同業(yè)務(wù)過程的描述。

    形成的工作流程模板，可以通過Windchill進行有效性驗證，避免流程模板定義過程中的死循環(huán)、沒有結(jié)束條件以及條件表達式參數(shù)錯誤等問題，保證流程模板的可執(zhí)行性。

    工作流程模板見圖4。

    圖4：工作流程模板

    2.3.3.2流程進度管理

    工作流程管理員可以用PDM平臺提供的圖形方式，監(jiān)視和管理正在進行的工作流程，并能審查已經(jīng)完成的或人為中止的過程，以及工作流程和活動的詳細信息，可以指明某個活動當前的狀態(tài)，它什么時候開始、什么時候結(jié)束、它的時間段，參與人員以及變化值�？梢约涌臁⑻�過、暫停和恢復(fù)、或者中止某些過程的活動。將實際的任務(wù)進度采用如圖5所示的方式進行直觀地顯示，簡化業(yè)務(wù)主管工作人員的使用。

    圖5：流程進度管理

    2.4PDM系統(tǒng)實施效果

    系統(tǒng)配置方面，我們在完成WINDCHILL9.0標準環(huán)境的配置、服務(wù)器最新標準件庫的創(chuàng)建的同時制訂了最新的PRO/E設(shè)計環(huán)境、三維模板及二維圖框標題欄，既符合了國內(nèi)設(shè)計生產(chǎn)施工的需求，又能滿足技術(shù)引進、國際合作的需求，并制訂了相應(yīng)的二維出圖規(guī)范、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)規(guī)范等企業(yè)標準。UAT測試階段，利用龐巴迪機車轉(zhuǎn)向架的設(shè)計數(shù)據(jù)對WINDCHILL9.0所有標準功能及針對我公司二次開發(fā)的所有操作功能進行了測試，在不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題甚至修改方案的過程中完成了大連機車WINDCHILL9.0一期的搭建工作。在實施階段，首先為設(shè)計師進行了使用操作培訓(xùn)，編寫PDM用戶手冊、培訓(xùn)教材、操作規(guī)范等，指導(dǎo)其完成自身的數(shù)據(jù)管理工作。目前，WINDCHILL9.0服務(wù)器已經(jīng)管理包括HXD3電力機車在內(nèi)的30余種已歸檔車型的相關(guān)數(shù)據(jù)。

    另外，此次PDM實施，在升級PRO/E的同時，我們又引進了MODELCHECK，利用其功能實現(xiàn)對Pro/E三維模型和Pro/E二維工程圖在入庫檢入前的規(guī)范性檢查，保證檢入服務(wù)器的數(shù)據(jù)都是有用、準確的數(shù)據(jù)，進而保證后續(xù)BOM匯總數(shù)據(jù)的準確性，為后續(xù)工作提供一個統(tǒng)一、準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

    為創(chuàng)建符合公司現(xiàn)狀的企業(yè)資源管理庫，我們在WINDCHILL9.0系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)了CAPP文件的簽審流程、實現(xiàn)了PBOM對EBOM的完全集成、實現(xiàn)了材料定額在PDM內(nèi)的匯總及管理，真正實現(xiàn)了工藝系統(tǒng)對設(shè)計數(shù)據(jù)的完全集成。目前包括所有相關(guān)車間及工藝處在內(nèi)的工藝系統(tǒng)人員已經(jīng)完全可以在KMCAPP內(nèi)完成其相應(yīng)工作，在克服傳統(tǒng)手工工藝設(shè)計的缺點、提高工藝編制的效率的同時推進工藝設(shè)計的最優(yōu)化、標準化、智能化，同時實現(xiàn)了設(shè)計數(shù)據(jù)的統(tǒng)一來源，并最終實現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)的PDM管理。

3 結(jié)論

    通過企業(yè)級的PDM系統(tǒng)實施，可以為公司各個信息系統(tǒng)及部門提供集成、共享的基于單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，從產(chǎn)品全生命周期管理的角度提供快速處理更改、以及控制從概念到設(shè)計直到制造生產(chǎn)和售后服務(wù)整個動態(tài)產(chǎn)品開發(fā)過程的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，有效解決企業(yè)信息孤島問題，為實現(xiàn)企業(yè)設(shè)計數(shù)字化、制造裝備數(shù)字化、生產(chǎn)過程數(shù)字化、管理信息化，奠定重要的基礎(chǔ)。

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本文標題：PDM系統(tǒng)在大連機車車輛有限公司的實施與應(yīng)用

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