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浅谈PDM系统中产品结构配置
2004-03-11 14:26:00  作者:  来源:CAD/CAM与制造业信息化
  • 浅谈PDM系统中产品结构配置
一、前言
1.PDM概述
PDM(产品数据管理)是近年来发展迅速的技术之一。它以软件技术为基础,以产品为核心,实现对产品相关的数据、过程和资源的集成化管理,现已受到我国的高度重视。国家CIMS领域已将PDM作为软件产业的目标产品进行研究和开发。产品结构与配置管理作为PDM的重要组成部分,为企业提供了一种组织、控制和管理数据的机制,其形成的产品结构面向产品的整个生命周期。
2.变型设计与产品结构配置
(1) 变型设计
对企业生产活动的大量调查表明,产品设计制约着包括技术准备在内的产品生产周期。为了实现快速响应市场需求,进行快速响应产品设计是重要一环。实现快速响应设计的关键是有效开发和利用各种产品信息资源。利用现代化计算机技术、信息技术和通讯技术迅猛发展所提供的对信息资源的高度存储、传播和加工能力,人们主要采取三项基本策略,以达到对产品设计需求的快速响应。这三项策略分别为,重用产品信息资源,进行变型设计 ;二是虚拟设计制造,利用数字技术加快设计过程 ;三是远程协同,分布设计。概括起来,就是信息资源化、产品数字化和设计网络化。企业在长期的生产活动中积累和蕴藏了大量的极其宝贵的产品资料(其中包括图样、文件、数据、经验、标准和规范等),对这些信息进行重组使之资源化,再通过对成熟产品的变型设计,就足以支持企业进行快速响应市场需求的产品设计。
(2) 产品结构配置
PDM系统的产品结构与配置管理功能为企业提供了产品结构重组的桥梁,同时产品结构管理还提供了一种组织、控制和管理数据的机制,所形成的产品结构是对产品的全面描述,是面向产品整个生命周期的。产品结构管理应该具有零部件定义、产品结构创建、产品结构维护和产品结构信息报告等功能,可以通过各种视图对企业的产品进行描述,同时提供有效的服务。
典型的产品结构不仅包括BOM数据,还包括附加的属性、实例和位置信息等,这些附加信息使整个结构变得更有价值。
产品是由零部件组成的,零部件之间存在装配关系,形状、配合和功能相同或相似的零部件之间还可能存在互换或代用关系。如图1所示,系统通过文档对零部件进行详细地描述,零部件的版本与文档的版本相互对应,因此,产品结构管理与文档管理紧密相关。

图1 零部件之间的结构关系和零部件内部的版本关系
构成产品的零部件在其生命周期内必定要经历多次修改,因此会产生许多不同的版本。为了满足不同消费水平、不同地域消费者的需求,同一类产品会有不同的零部件结构,有的即使用同一零部件,也可能用到它们的不同版本。
利用事先建立的完整产品结构,按照满足用户所需功能的要求,设计或选择零部件,把这些零部件按照它们的功能、某种组合规则(如装配关系等)或某种条件进行编组,形成一个具体的产品,称为产品结构配置。其中的条件称为产品结构配置条件。如以生产笔为例,笔的产品结构由笔杆、笔帽和笔芯构成,如果每个组成部分有两种规格(例如不同颜色的笔杆、笔帽和笔芯),则共6个零件。通过产品结构配置,按照笔杆、笔帽和笔芯的装配关系和各种颜色组合的配置条件,可以产生8种不同的具体产品结构。如表1所示。
表1 笔的具体产品结构组合

在产品设计的整个生命周期中,虽然产品结构有可能按各式各样的要求进行重新配置,但产品零部件对象仍然与那些定义它们的数据保持连接关系。红色笔杆可能与黑色笔帽和黑色笔芯配置成一个具体产品,也可能与红色笔帽和黑色笔芯配置成另一个具体产品。但是在零件库中,只有一份红色笔杆的数据资料。对于各不同配置中的红色笔杆对象都记录了指向同一份数据资料的指针。
产品结构配置管理通过产品结构配置规则进行产品结构配置。产品结构配置规则是在进行产品结构配置时选择零部件的准则。产品结构配置规则一般可分为三类:发放状态配置规则、有效性配置规则和变量配置规则。
(3)产品结构配置的发展现状
PDM的发展经历了由最初的文档管理到流程管理、安全管理,再到产品结构与配置管理的过程。当前,对产品结构与配置管理的研究仍是方兴未艾。众多专家学者提出了大量有关产品结构配置的理论与概念,国内外的PDM软件开发商也都把产品结构与配置作为重点进行开发。对于产品结构树的自动生成方面也取得了一定的成果,比如依据图纸的标题栏,明细表之间的隶属关系自动生成产品结构树的算法,经验证效果良好。但对于产品结构与配置的研究仍存在许多不足。
二、组织以产品结构为中心的生产流程
1.企业的生产模式
通过对大量企业项目的考察,可以将企业的项目分为新产品开发项目和订单项目两大类。企业对不同的项目,应采取不同的生产流程。
(1)新产品开发
对于企业来说,新产品开发是一项创新性的活动,新产品开发成功与否,往往决定着企业的前途与命运。因此对新产品的开发往往采用图2所示的流程。

图2 新产品开发流程
(2)订单处理
订单项目的处理过程实际上是变型设计的过程,这类设计由于工作原理不变,仅对局部结构或零件进行更新设计,所以设计周期短,对用户的响应速度快。订单处理可采用如图3所示的流程进行。

图3 订单处理流程
2.产品结构的中心地位
企业以实施PDM为契机,建立起面向产品的业务流程后,产品结构管理体系将成为在新产品开发和订单处理过程中各部门之间进行信息交换的载体。在PDM的产品结构管理模块中,产品结构体现为树状关系,我们称之为产品结构树。树上的每一个叶结点代表一个零件,根节点代表一个产品,而分支节点则代表部件。
(1)以产品结构树为中心进行新产品开发
一件新产品的完成,往往是多人协作的结果。以产品结构为中心,可以将所有的开发人员组织起来。以产品结构树节点为依据进行任务分配,由不同的开发人员完成不同部分的设计工作。产品结构树设计如图4所示。

图4 产品结构树设计
(2)以产品结构树为中心进行订单处理
以产品结构树为中心进行订单处理应包括客户根据产品结构树进行产品配置,进行价格核算,生产部门根据客户需求进行生产配置,安排生产,设计部门对特殊零部件进行变型设计,维护部门根据产品结构树查询零部件或替换件,进行维护等一系列过程。整个过程可如图5所示进行。
销售配置可以采取两种方案进行,一种是以Web的方式;另一种方式是通过产品销售工程师携电脑中存储的产品信息,进行现场配置。

图5 以产品结构为中心的订单处理流程
通过以上论述可以看出,产品结构贯穿了企业新产品开发及订单处理的整个过程。产品结构的中心地位如图6所示。

图6 产品结构的中心地位
三、基于分段编码自动生成产品结构树
1.编码特征分析
信息编码过程就是将管理对象的信息进行规范化整理,同时进行数据定义,从而使系统设计目标更加具体化的过程。信息编码的方法有很多种,常用的方法有顺序码、区段码、分支法编码、混合编码法以及字母缩写码等。零部件的编码由字符串组成,每一个字符代表一个码位。字符的长度通常是十几位,多的可达40~50位。在信息编码过程中,要遵循一定的既定原则。
2.零部件编码结构分析
在成组技术条件下,企业所生产的产品零部件的代码由零部件的识别码和分类码两部分组成。
(1)零部件的识别码
为便于生产的组织和管理,使人们都能知道每个外购与自制的基本零部件属于哪个产品中的哪个部件,以便在领料、加工、入库和装配时能够加以识别,对产品中每种基本零部件设定“识别码”。零部件的识别码,也就是零部件的件号和图号,是区别于其他零部件的唯一代码。因此,每种基本零部件只能有一个件号或图号。
(2)零部件的分类码
零部件的识别码只能表示该零部件与某一产品或某一部件间的隶属关系,不能反映零件的任何结构和工艺特征。这样就不能按成组技术的要求组织生产。因此,零件除了必须拥有自己唯一的识别码外,还必须拥有分类码。分类码可以反映出零件本身固有的功能、名称、结构、形状、工艺和生产等信息。分类码对于每种零件并非唯一,同一分类码可以为许多不同的基本零件所共有。按照零件分类码的这一特点,可以划分出结构相似的零件组,这样就便于产品设计部门检索结构相似的零件和实施零件结构标准化,也可以按工艺相似划分出工艺相似的零件组,为工艺部门对工艺相似的零件制订并检索标准工艺资料提供支持。
四、支持配置的产品数据模型
PDM采用面向对象的技术来组织和管理产品数据,因而,产品对象及其属性成为PDM管理的基本数据单元。产品结构配置过程中要用到企业中各种产品对象,如零件、部件、产品、国标件、图档以及文档等。对产品对象的良好组织,往往可以节省大量的程序编制工作。
1. 支持配置功能
产品配置功能的实现,需要其他功能的支持,它们分别是产品系列管理、项目管理、零件分类管理和产品结构管理。以下就它们对产品结构配置的支撑作用进行简单阐述。
(1)产品系列管理
产品系列管理的主要功能是对企业中不同系列、不同型号的产品结构进行集中管理。此功能管理的产品结构分为两种类型,一种为在新产品开发中形成的完整产品结构(未经配置),另一种为在订单处理过程中形成的具体产品结构(已经配置)。在这一功能中应能够新建、删除和修改产品系列及其属性,能够查看和导出产品结构,能够浏览零部件的各种图档,并能够在设计过程中对零部件进行借用。
(2) 项目管理
项目管理是在项目实施过程中实现其计划、组织、人员及相关数据的管理与配置,以及对项目运行状态的监视和对完成计划的反馈。项目管理涉及到企业的方方面面,在此只讨论它与产品结构配置有关的功能。项目管理应能够管理两类项目:归档项目与未归档项目,并按项目对产品结构进行组织,提供相应的用户界面,方便用户按项目浏览产品结构和零部件的各种图文档,并且可以导出产品结构,进而便于用户借用零部件。
(3) 零件分类管理
零件分类管理模块的主要功能是对企业的各种零部件进行有效的分类管理,以方便零部件的重复使用。零部件按类型可分为5种类型 :自制件、国标件、企标件、外协件以及外购件。每种类型又可以按功能或按结构形式分为不同的子类。零件分类管理应提供方便的检索工具,可以按不同条件检索零部件。并且分类管理应按树状关系组织分类,用户可以按由枝到叶的顺序逐层展开,查找所需的零部件。零件分类管理还应提供汇总功能,对项目中的尚未分类的各种零件进行汇总,以便纳入分类管理。
(4)产品结构与配置管理
产品结构与配置管理是实现产品结构配置的核心。它以创建的产品结构树为中心,将有关产品的所有数据联系起来;它应提供创建、删除与修改产品及零部件节点的功能,以方便用户创建产品结构树;同时应该提供借用功能,使设计师可以选用其他项目或产品中的零部件。设计师还应能够从零件分类管理功能中提取零件。对于变形零部件,应能够创建零部件的各个版本。应用以上功能,可以在新产品开发过程中创建变形产品。产品结构与配置管理应提供销售配置视图及销售配置向导,使销售工程师面对最终客户可以方便地根据客户的要求配置出满意的产品。同时应该提供价格汇总功能,以便对所配置出的产品给定参考价格。产品结构管理应提供生产配置视图,及配置向导以进行生产配置,配置产生的具体产品结构可以作为生产的依据。还应提供生产配置视图与设计视图的转换功能,使生产部门与设计部门可以方便地进行信息交流,便于产品的改进。而且应能够基于具体产品结构输出的BOM清单,作为采购部门安排物料的依据。
2.面向对象的产品数据模型
面向对象的产品数据模型是按照现实世界的对象概念来构造模型以表达信息的一种形式,它的基本单元是对象。PDM系统中有不同的对象,例如描述数据的对象(元数据)和物理数据的对象(文件/文档)。纯粹描述特性的对象称为业务对象,表示文档的对象称为数据对象。对象既包括数据,也包括操作。对象之间的通信是通过消息进行的。业务对象、数据对象及其联系对象是制造业企业中产品数据的信息载体。所以,建立产品数据模型也是PDM系统的重要基础工作之一。
五、结束语
本文提出在产品结构与配置管理开发中将企业的生产流程分为新产品开发流程与订单处理流程的观点,阐述了产品配置功能的实现,不仅需要产品结构与配置管理,还需要产品系列管理、项目管理以及零件分类管理的支持,并提出了支持配置的产品数据模型,及虚拟部件、部件版本和零件版本的概念,希望为PDM系统的开发研究起到了积极的推动作用。



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