產品創(chuàng)新數(shù)字化峰會有獎征文火熱進行中……

1 前言

    軸承是各類機械裝備的重要基礎零部件，它的精度、性能、壽命和可靠性對主機的精度、性能、壽命和可靠性起著決定性的作用。在機械產品中，軸承屬于高精度產品，不僅需要數(shù)學、物理等諸多學科理論的綜合支持，而且需要材料科學、熱處理技術、精密加工和測量技術、數(shù)控技術和有效的數(shù)值方法及功能強大的計算機技術等諸多學科為之服務，因此軸承又是一個代表國家科技實力的產品。當今世界軸承強國以歐、美、日為首，經過一百多年的發(fā)展，在全球軸承市場的高端產品中占據(jù)著絕對的優(yōu)勢。我國現(xiàn)代軸承工業(yè)的發(fā)展主要在新中國成立以后，經過近六十年的建設和發(fā)展、特別是改革開放30年來持續(xù)、快速、穩(wěn)健的發(fā)展，我國軸承工業(yè)已形成門類齊全、具有相當規(guī)模和一定水平的獨立產業(yè)體系。目前，我國的軸承工業(yè)從產業(yè)經濟規(guī)模上已居世界軸承總量的第三位。

    PDM是一門用來管理所有與產品相關的信息(即描述產品的各種信息，包括但不限于零部件信息、結構、配置、文檔、CAD 文件、權限信息等)和過程(指產品的發(fā)放、變更、審批過程和其它的工作流程，包括對這些過程的定義和管理)的技術[1]。它將很好地面向企業(yè)的生產組織，加快產品投放市場速度，提高企業(yè)的產品質量和工作效率，從而提高產品的核心競爭力。上海某軸承公司選用Siemens公司的PDM產品Teamcenter系統(tǒng)進行產品數(shù)據(jù)的管理，實現(xiàn)對產品數(shù)據(jù)的有效管理，解決軸承產品的設計流程的監(jiān)控和產品圖紙的管理的難題，提高企業(yè)工藝設計的工作效率和電子文件技術狀態(tài)控制水平。

2 基于TeamCenter的軸承開發(fā)管理的關鍵技術

    基于TeamCenter的軸承開發(fā)管理，其目的在于建立軸承從數(shù)字化設計與數(shù)字化工藝等過程的統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境，以此環(huán)境形成產品設計的快速反應與協(xié)調工作平臺，支持產品開發(fā)項目小組展開并行設計和自頂向下設計，維護數(shù)據(jù)安全，保持數(shù)據(jù)以正確的格式和內容、及時傳遞給有關人員。通過捕捉相關的產品和過程信息，并將這些資源關聯(lián)到一個通用的產品結構中，有效地執(zhí)行自動化的、與產品相關的流程。其關鍵技術如下：

    2.1 軸承的數(shù)字化數(shù)據(jù)庫與文件系統(tǒng)融合技術

    軸承產品開發(fā)管理采用Teamcenter系統(tǒng)軟件，Teamcenter是Siemens PLM Software的產品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),可以將所有的CAD/CAM系統(tǒng)集成起來，按照產品的結構對圖形及相關的數(shù)據(jù)信息進行管理和共享。它能動態(tài)地存儲和管理CAD模型和圖紙等圖形文件以及相應的文本信息，同時還能按照它所提供的規(guī)則來完成最終的圖紙審批入庫手續(xù)，自動生成BOM(材料清單 Bill of Material)等工作。同時，Teamcenter以關系型數(shù)據(jù)庫Oracle為基礎，支持客戶機/服務器(C/S)體系結構和服務器/瀏覽器(B/S)方式，能將不同機器上的數(shù)據(jù)(工作站，PC等)完成集成在一個邏輯上共同的數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)了真正的全局數(shù)據(jù)的集成。

    通過采用物理隔斷技術組建局域網(wǎng)，以關系型數(shù)據(jù)庫Oracle為基礎，摒棄了傳統(tǒng)的單純的數(shù)據(jù)庫技術和單純的文件系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)庫與文件系統(tǒng)融合的技術對存儲軸承相關的結構化的數(shù)據(jù)信息，進行知識的共享,根據(jù)組織結構或數(shù)據(jù)特性設定不同的文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)卷(Volume)，將不同的文件數(shù)據(jù)分類納入管理，同時建立數(shù)據(jù)庫中的元數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)文件的關系如下圖所示。可以更好存儲更多的軸承的型號數(shù)據(jù)，同時保證數(shù)據(jù)的安全性，也顯著提高了存取數(shù)據(jù)的速度。

    圖 數(shù)據(jù)文件管理方式

    在這種產品對象數(shù)據(jù)的管理模式下，以文件方式在文件系統(tǒng)中的文件就是產品對象的數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)集是反映產品幾何特征的信息集合，它包含諸如三維模型、二維圖紙和文檔等在內的主要內容。通常一個數(shù)據(jù)集是由一個或多個CAD的模型所組成。另外由MS Office工具或者CAD 工具產生的技術文件同樣也是數(shù)據(jù)集，集中統(tǒng)一地描述說明Item對象或者Document 對象。

    在分工組織下將個人產生的數(shù)據(jù)進行集中管理，使小組其他人員輕易共享數(shù)據(jù)信息，充分應用和利用已有的數(shù)據(jù)，同時使數(shù)據(jù)傳遞同步且正確。所有存取過程均可有審計記錄，并可防止用戶對文件同時進行交互修改，使信息的共享透明化、同步化，解決信息取得困難費時的問題。

    2.2 基于層次結構的軸承數(shù)據(jù)模型定義技術

    軸承數(shù)據(jù)模型是描述在整個產品生命周期中獲取、共享和重用產品、工藝、資源等企業(yè)知識的模型。產品本身可以與制造流程和資源需求一起集成于一個豐富的產品制造環(huán)境，和用于再利用企業(yè)知識的策略一致，軸承數(shù)據(jù)模型可以獲取產品開發(fā)時的數(shù)據(jù)，對產品的制造過程進行定義，利用企業(yè)的制造資源。軸承數(shù)據(jù)模型中對數(shù)據(jù)的描述是采用層次模型來描述的。用樹形結構表示實體之間聯(lián)系的模型叫層次模型。對于一個產品對象來說,其制造過程包含了產品信息、工藝知識、和工藝涉及的資源,以及產品-工藝-資源之間的相互關聯(lián)。

    基于層次結構的軸承數(shù)據(jù)模型定義技術，將軸承涉及產品設計的系統(tǒng)Item的類型分為以下四類，這四類Item構成了產品設計與工藝所需的完整的數(shù)據(jù)模型：軸承項目(TA2_ProjItem) 用于管理軸承設計的產品信息；產品零部件項(Item) 用于管理軸承零組件：外圈、內圈、保持架等；文檔項(TA2_Document) 用于管理軸承的設計任務書、專用技術條件、設計計算書、研究試驗大綱和技術經濟分析報告；規(guī)范項(TA2_DocItem) 用于管理企業(yè)的工藝文件、管理規(guī)范和標準文檔資料等等。   

    軸承項目基于層次結構的數(shù)據(jù)組織模型

    零部件、文檔等對象均關聯(lián)相對應的數(shù)據(jù)庫，以儲存屬性數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)包含版本、版次、狀態(tài)、名稱，預計成本等等，可由用戶自行定義擴充。這些屬性可做實時判斷或實時計算（例如物料號自動依據(jù)字段內容產生）或者作為權限管理的依據(jù)。系統(tǒng)對于所有數(shù)據(jù)能設定保留版本數(shù)目，在自定義的數(shù)目內，可作追蹤、調閱，以方便概念的保存。對于零部件相關數(shù)據(jù)除了對于零部件的定義（如規(guī)范、CAD數(shù)據(jù)、測試文件、工藝數(shù)據(jù)、BOM數(shù)據(jù)……）及參考數(shù)據(jù)加以封包外，更提供完善的版次管理功能,以提高設計過程的可追溯性。

    2.3 基于產品結構（BOM）的軸承設計流程

    基于產品結構（BOM）的軸承設計流程，在Teacenter系統(tǒng)中建立大類的文件柜，如深溝球軸承、角接觸球軸承、調心球軸承、推力球軸承、組合軸承等，在文件柜下由項目負責人（任務調度員）建立軸承項目，并添加技術協(xié)議，創(chuàng)建設計技術任務書，發(fā)起設計技術任務書評審流程，技術負責人簽字，設計任務書通過評審，設計人員開始創(chuàng)建設計計算書、研究試驗大綱、技術經濟分析報告等，在軸承項目的產品圖紙文件夾下，創(chuàng)建產品圖樣（軸承的產品結構及零部件），然后生成軸承目錄；在軸承項目下的專用技術條件文件夾下，創(chuàng)建軸承專用技術條件。在軸承項下的工藝文件文件夾下，創(chuàng)建軸承套圈工藝圖，創(chuàng)建軸承套圈工藝（軸承工藝目錄表、外圈工藝流程卡、內圈工藝流程卡、工夾具明細表、量具專用儀器更換件明細表）、創(chuàng)建保持架工藝圖，創(chuàng)建保持架工藝（工序總卡、剪裁條料、落料、成形、沖孔、整形）。

3 系統(tǒng)的架構與實施

    3.1 軸承產品開發(fā)管理系統(tǒng)的架構

    建立了以局域網(wǎng)絡為基礎的C/S(客戶端/服務器)的應用架構�？紤]到當前的數(shù)據(jù)規(guī)模和應用情況，將數(shù)據(jù)庫、電子數(shù)據(jù)倉庫（卷）、和系統(tǒng)License合為一臺服務器。

 產品開發(fā)管理系統(tǒng)的架構

     硬件服務器配置為：

    HP ProLiant DL580 G7(584084-AA1)

    CPU類型：4個Xeon X7560  CPU頻率，2270MHz，  內存類型：DDRIII 64GB

    存儲硬盤類型：SATA/SAS  硬盤容量2TB， 網(wǎng)絡控制器：1GbE NC375i 多功能4端口

    軟件環(huán)境為：

    Siemens PLM系統(tǒng)  Teamceter8.3.2， Siemens CAD系統(tǒng)  NX7.5

    關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)    Oracle11gR2

    3.2 軸承產品開發(fā)管理系統(tǒng)的實施

    3.2.1 組織結構與權限管理

    TeamCenter人員模型由三個要素構成：組、角色、用戶。

    組織結構與權限管理

    組：可以是一個項目組，或一個部門，如技術部。組的成員可以是PDM用戶或其他的組（即子組）； 角色：每個人都有自己的崗位，每種角色實際對應著一個崗位，類似于職務或職稱，用于區(qū)別組里成員的不同職責，但又不完全等同于行政級別，有設計、審核、標準化和總工四種； 用戶：TeamCenter的用戶都屬于不同的組，并且有不同的角色，一個用戶可以是多個組的成員,扮演多種角色。

    為了用戶在系統(tǒng)中能進行日常的工作，TeamCenter在系統(tǒng)中建立企業(yè)行政組織架構，還可以在系統(tǒng)中建立一些虛擬的組織，進行一些特殊的管理，并且系統(tǒng)可以根據(jù)實際的企業(yè)行政組織架構的變化進行相應的改變，保持與實際情況的一致。

    TeamCenter提供了兩種權限控制方式，一種是基于規(guī)則的權限控制，另一種是基于對象的權限控制�；�于規(guī)則的權限控制（rules-based object protection）是指采用針對具有共性的Teamcenter 對象（例如Item、Dataset、Folder等）給具有共性（如同組、角色相同等）的一組用戶設置權限�；�于對象的權限控制（object-based ACL protection）是指對某個具體的對象設置能夠被哪一類（如某一組、某一角色等）或哪一個（如某一個用戶）訪問者訪問。設置基于對象的訪問權限的用戶必須對該對象有更改的權限

    TeamCenter中的資料都按不同的權限存取，權限的類別有：讀、寫、刪、提升、降級、拷貝、更改所有權等。TeamCenter中所有文檔的權限設置都可以是三要素和權限類別的任意組合。

    對于PDM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)權限主要有以下幾個要求：

    1. 相同組（僅指最基層的部門：如設計組、校核組等）的人可以查看本組他人Owner的對象；

    2. 項目團隊中的人可以查看同項目中其他人Owner的對象；

    3. 只有Owner可以修改和編輯對象內容，其他人只有查看權限

    4. 流程中，流程對象除在流程中的第一個任務環(huán)節(jié)可以被owner進行修改編輯外，在其他任務環(huán)節(jié)均不可被任何人更改；

    5. 凍結后的對象均不可被更改；

    6. 所有人都可以將對象指定到項目中，但只有項目經理可以將對象移出項目；

    7. 所有人都可以復制對象。

    3.2.2 產品結構與版本管理

    產品結構用于描述一個產品完整信息，除了可以定義產品的結構外（零部件、成件、標準件、工藝和工裝），同時也關聯(lián)了產品的相關信息（如：技術要求、應用標準、分析數(shù)據(jù)、工藝文件等），在產品生命周期內，通過不同時期產品結構的演變，來記錄產品各周期階段產生的相關數(shù)據(jù)，保證產品數(shù)據(jù)的完整性，并對產品開發(fā)過程具有完整的可追溯性。

    軸承產品結構管理的關鍵前提是產品結構的生成技術，產品結構可采用NX三維CAD和產品結構管理器來生成：通過NX三維CAD軟件與Teamcenter的接口技術，通過Teamcenter環(huán)境中的NX界面將軸承裝配導入到Teamcenter中，三維模型與二維圖紙同時的導入，并自動產生與NX三維CAD軟件的裝配結構保持一致的產品結構，在結構管理器中設置借用外協(xié)外購注釋，利用應用開發(fā)的BOM匯總功能生成軸承目錄。

    圖

    TeamCenter系統(tǒng)中，利用圖形化的產品結構編輯界面，通過新建、拖放、拷貝、粘貼等功能，利用數(shù)據(jù)庫現(xiàn)有的零部件構造一個新產品的產品結構。 用NX三維CAD打開產品結構，使用“裝配 -> 組件 -> 管理待定組件”命令，定位的新組件，將該部件設置為工作部件或顯示部件進行三維和二維的設計，對于重用的零部件進行重命名，修改相應的表達式和屬性就可以了，然后完成軸承總圖的二維工程圖，在結構管理器中設置借用外協(xié)外購注釋，利用應用開發(fā)的BOM匯總功能生成軸承目錄。

    圖

    在TeamCenter系統(tǒng)中，以產品結構樹信息模型為基礎，因此可以方便地查詢每個部件所用的零件，也可查詢每個零件或部件用在哪幾個部件或產品上，并可按不同的格式生成零部件清單和目錄等。各種類型的產品結構版本同相關的零部件版本一致，零部件版本變化，其產品結構BOMView 版本跟隨變化；有時舊零件是新零件設計的起點，在零件基本形狀一致的情況下，不必浪費時間來重新創(chuàng)建零件的基本幾何形狀。設計師可以通過改變、增加舊零件的特征來創(chuàng)建新零件。但由于舊零件已經處于發(fā)布狀態(tài)，必須在已經發(fā)布零件的基礎之上重新去創(chuàng)建一個新的設計，建立與原始零件的最新版本的引用關系。相應的，新版本的版本識別號是原始零件的版本號加1。另外，零件或裝配體的新版本被創(chuàng)建后，相應的二維詳細制圖需要重新轉化生成。

    設置借用外購外協(xié)的注釋選項，來進行產品設計過程中有關零組件的借用外購外協(xié)情況；BOM匯總報表的生成采用runnable接口的run()方法來實現(xiàn)，通過遞歸的BOM遍歷將各類型的Item存放到Vector Childlist中，然后調用SumQuantity()方法，將ItemID相同的項進行合并，生成BOM文件，據(jù)此生成軸承目錄。

    3.2.3 工作流程管理

    工作流程管理主要實現(xiàn)產品的各種數(shù)據(jù)的設計、修改、變更等過程的跟蹤與控制，包括工程數(shù)據(jù)的提交與修改控制，或監(jiān)視審批、文檔的分布控制、自動通知控制等。它主要管理當一個用戶對數(shù)據(jù)進行操作時會發(fā)生什么，人與人之間的數(shù)據(jù)流動以及在一個項目的生命周期內跟蹤所有事務和數(shù)據(jù)的活動。這一模塊為產品開發(fā)過程的自動管理提供了保證，并支持企業(yè)產品開發(fā)過程的重組以獲得最大的經濟效益。

    建立工作流程的目的是要規(guī)范企業(yè)的工作程序，工作流程管理是對已建立的工作流程進行執(zhí)行、維護、控制工作狀態(tài)以及對工作歷史過程進行監(jiān)控和記錄，使圍繞產品開發(fā)的各種數(shù)據(jù)與其相關的過程有機地結合起來。它使在一個產品生命周期中參與“加工產品”的人員都可以在正確的時間、以正確的方式得到正確的任務，從而保證了企業(yè)內部工作有計劃地進行，是規(guī)范企業(yè)管理的有力執(zhí)行工具。產品數(shù)據(jù)(如任務書、圖紙、工藝文件、設計文檔等)可以提交給一定的工作流程，對這些數(shù)據(jù)項在各工作單元中的執(zhí)行狀態(tài)，系統(tǒng)也將自動給予統(tǒng)計。典型的工作流程管理是對變更的管理，將變更的申請、審批和修改等一系列活動組建為一工作流程，使變更控制更加有效。典型的工程更改管理可在TC中用下圖所示的方式進行：

    1. 工程變更發(fā)起人提出更改，根據(jù)更改要求創(chuàng)建更改通知單；

    2. 根據(jù)更改通知單內容，設計員對更改的相應文件進行編輯升版，如對產品圖紙的3D模型和2D圖紙文件進行編輯更新。

    3. 根據(jù)工程更改審簽流程，完成相應的審簽任務。

    4. 更改單和更改的內容通過審批，審簽流程結束，新版本零組件或工藝文檔添加發(fā)放標識Released，并通知相關人員，工程更改任務完成。

    5. 當更改完成后，更改人需要通知借用該件的所有相關人員，然后由其決定是否也需要執(zhí)行更改：是換號還是更新到最新的版本。

    3.2.4 數(shù)據(jù)查詢

    在Teamcenter系統(tǒng)中，用戶無須了解數(shù)據(jù)存儲的具體地點，而由系統(tǒng)來自動定位。用戶可以利用產品描述數(shù)據(jù)之間的內在關系來檢索數(shù)據(jù)，提高檢索效率。對于網(wǎng)絡間的信息傳遞，用戶只需利用系統(tǒng)操作菜單來完成。使用戶不必關心網(wǎng)絡的配置情況和具體的操作系統(tǒng)命令。對于數(shù)據(jù)的查詢提供了多種方式，主要有多條件模糊查詢、按照關系擴展和按照裝配擴展查詢。

    用戶可以根據(jù)任何已知信息對文檔進行查詢，并且支持帶通配符的模糊查詢（如：在Windows下，*代表任意多個字符，?表示單個數(shù)字字符）。直接根據(jù)使用者提供的屬性關鍵字查找符合要求的數(shù)據(jù)對象，如：根據(jù)Item ID或Name查找產品對象，根據(jù)Type和Name查找數(shù)據(jù)對象Dataset等。在Teamcenter中已提供了缺省的多種數(shù)據(jù)查詢方式，并且可以根據(jù)用戶的需要定制以增加符合用戶使用習慣的查詢手段。在查詢構造器中依據(jù)需求自行建立特殊的查詢模式如從主表版本屬性查找軸承項目：

4 結論

    通過Teamcenter系統(tǒng)的應用，建立了軸承產品的結構的可視化，制定了各種電子流程，滿足了軸承研制多狀態(tài)管理的需求，實現(xiàn)了以軸承項目結構為主線對軸承圖紙和工藝等電子文件的管理，建立了以PDM系統(tǒng)為核心的軸承產品開發(fā)管理平臺，保證了圖紙文件信息共享和準確、及時地傳遞。

    隨著計算機應用的迅速發(fā)展，采用計算機輔助技術和先進的信息管理技術是軸承企業(yè)進行技術更新改造、提高產品競爭力的必由之路。TeamCenter系統(tǒng)的應用能縮短產品設計周期，減少工程設計修改，加快產品投入市場進度，削減總成本。

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本文標題：基于TeamCenter的PDM軸承產品開發(fā)管理

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