13/13PDM系統(tǒng)中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理的開發(fā)研究TheResearchonDevelopmentofProductStructureandConfigurationManagementinPDMsystem【摘要】描述了PDM系統(tǒng)在企業(yè)中的應(yīng)用和結(jié)構(gòu)與配置管理在產(chǎn)品信息管理系統(tǒng)中的作用,分析了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理的功能特點(diǎn),并根據(jù)管理數(shù)據(jù)的類型，提出了數(shù)據(jù)分類組織和結(jié)構(gòu)分層管理模型，同時(shí)簡(jiǎn)述了數(shù)據(jù)建模時(shí)應(yīng)該兼顧的主要問(wèn)題，最后給出了結(jié)構(gòu)與配置管理模塊的結(jié)構(gòu)模型。關(guān)鍵詞產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)品配置[Abstract]Thispaperdescribestheroleoftheproductdatamanagementsystemplaysintheenterprises,analyzesthefunctionalcharactersofproductstructureandconfigurationmanagement.Bringsforwarddataclassificationmodelandhierarchicalstructuremanagementmodelonthebasisofanalyzingthedatatypesthatneedstomanage.Andpointsoutthemainfactorthatshouldconsiderindesigningthedatamodel.givesoutthestructuremodeloftheconstructandconfigurationmanagementatlastKeyWords：ProductDataManagement,ProductStructureManagement,ProductConfigurationManagement.0．引言隨著世界市場(chǎng)形勢(shì)的激烈變化，市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的開發(fā)周期和上市時(shí)間、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品成本和增值服務(wù)（即T、Q、C、S指標(biāo)）提出了較高的要求。如何適應(yīng)市場(chǎng)要求，建立有利于自身發(fā)展的信息流通模式，如何迎接和適應(yīng)諸如虛擬制造技術(shù)、精益生產(chǎn)、敏捷制造、智能制造技術(shù)、虛擬企業(yè)、現(xiàn)代集成制造技術(shù)等新模式和新哲理，是企業(yè)必須解決的現(xiàn)實(shí)課題。然而，要全部引進(jìn)或應(yīng)用全新的自動(dòng)化管理手段和軟件系統(tǒng)并不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)槠髽I(yè)在長(zhǎng)期的生產(chǎn)過(guò)程中已經(jīng)在計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上引入了一些相應(yīng)的自動(dòng)化應(yīng)用單元，這些應(yīng)用單元發(fā)揮著重要作用。那么如何在已有基礎(chǔ)上，充分利用當(dāng)前資源來(lái)構(gòu)筑新型的運(yùn)營(yíng)模式逐漸成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)，作為一種軟件框架系統(tǒng)的PDM，已經(jīng)得到了相當(dāng)?shù)年P(guān)注和研究。通過(guò)實(shí)施PDM系統(tǒng)可以構(gòu)建合理、有序的信息流系統(tǒng)，為并行環(huán)境的建立實(shí)施提供依托。本文主要就PDM系統(tǒng)中的重要模塊——產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理進(jìn)行分析和實(shí)現(xiàn)方法研究,并提出模塊在軟件應(yīng)用實(shí)施方面的觀點(diǎn)。1．產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置功能、數(shù)據(jù)分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是工廠或企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)組織的重要依據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)，一般意義上的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是指由產(chǎn)品一系列圖紙上的零部件明細(xì)表組成的一種樹狀結(jié)構(gòu)。這種樹狀結(jié)構(gòu)是立體的，它反映了企業(yè)的活動(dòng)主線，通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)這種直觀的表現(xiàn)形式，可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的各個(gè)部門（如計(jì)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、材料、采購(gòu)、質(zhì)量和銷售等）在同樣數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上從不同的視角和空間看待產(chǎn)品。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理的重要作用主要體現(xiàn)為：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和配置是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊之一，它首先是PDM系統(tǒng)中流程和任務(wù)管理的基礎(chǔ)。因?yàn)楣ぷ髁髦饕刂乒こ淘O(shè)計(jì)活動(dòng)，而實(shí)現(xiàn)控制的前提條件是要有足夠的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置信息，在此基礎(chǔ)上才可以定義活動(dòng)執(zhí)行所需的資源；其次，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理是實(shí)現(xiàn)PDM集成功能的橋梁之一，在正確維護(hù)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置信息之后就可以提供正確的材料清單和必要的資源要求，就可以將產(chǎn)品設(shè)計(jì)必要的人、財(cái)、物和生產(chǎn)對(duì)象信息向制造資源規(guī)劃系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)傳遞，為整個(gè)企業(yè)的規(guī)劃和安排提供依據(jù)；另外產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)虛擬化企業(yè)等嶄新模式的必要準(zhǔn)備，只有維護(hù)了必須的產(chǎn)品信息，才可以利用網(wǎng)絡(luò)最新發(fā)展技術(shù)進(jìn)行分布、異地的虛擬企業(yè)運(yùn)作，從而實(shí)現(xiàn)任務(wù)的異地分配和驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)面向客戶的電子商務(wù)及電子協(xié)作活動(dòng)。結(jié)構(gòu)與配置管理的主要數(shù)據(jù)描述如圖1圖中只示意了主要領(lǐng)域的相關(guān)數(shù)據(jù)）。從圖中可以看出產(chǎn)品數(shù)據(jù)主要包括市場(chǎng)需求信息、產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)、產(chǎn)品售后客戶數(shù)據(jù)等。其主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：首先數(shù)據(jù)種類繁多，包括顯式的與產(chǎn)品設(shè)計(jì)有關(guān)的數(shù)據(jù)（例如CAD數(shù)據(jù)）和相關(guān)的隱含數(shù)據(jù)（例如產(chǎn)品的需求說(shuō)明，設(shè)計(jì)說(shuō)明等），并且這些數(shù)據(jù)不是全部可以通過(guò)規(guī)則表達(dá)的。其次數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)變化的，在實(shí)際設(shè)計(jì)中產(chǎn)品數(shù)據(jù)隨著產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)的進(jìn)行以及操作方式（自頂向下的設(shè)計(jì)方式或自底向上的設(shè)計(jì)方式）的不同，會(huì)出現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)生成過(guò)程，數(shù)據(jù)是隨產(chǎn)品相關(guān)活動(dòng)的開展而逐漸由抽象向具體轉(zhuǎn)化的過(guò)程。從以上兩個(gè)特點(diǎn)可以看出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的包容量大、表述范圍廣，所以描述產(chǎn)品數(shù)據(jù)時(shí)比較復(fù)雜。L[1:?]L[1:?]設(shè)計(jì)相關(guān)文件STRINGL[1:?]條目版本STRINGL[1:?]條目版本批準(zhǔn)實(shí)施人員批準(zhǔn)實(shí)施人員L[1:?]條目發(fā)布狀態(tài)L[1:?]條目發(fā)布狀態(tài)標(biāo)識(shí)L[1:?]定單信息文件標(biāo)識(shí)L[1:?]定單信息文件條目全局標(biāo)識(shí)條目全局標(biāo)識(shí)STRING條目包含STRING條目包含條目名稱條目名稱STRINGL[1:?]L[1:?]三維數(shù)據(jù)文件STRINGL[1:?]L[1:?]三維數(shù)據(jù)文件L[1:?]二維數(shù)據(jù)文件L[1:?]二維數(shù)據(jù)文件文件標(biāo)識(shí)相關(guān)說(shuō)明文件文件標(biāo)識(shí)相關(guān)說(shuō)明文件L[1:?]物料清單L[1:?]物料清單L[1:?]其他文件加工文件L[1:?]其他文件加工文件L[1:?]文件標(biāo)識(shí)L[1:?]文件標(biāo)識(shí)圖1產(chǎn)品基本數(shù)據(jù)示意圖圖1產(chǎn)品基本數(shù)據(jù)示意圖Fig1BasicproductdatadiagramFig1Basicproductdatadiagram２．產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理數(shù)據(jù)分類管理依據(jù)前述數(shù)據(jù)特點(diǎn)，如何組織以上數(shù)據(jù)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題之一，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要管理的數(shù)據(jù)涉及諸如項(xiàng)目計(jì)劃、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品模型、工程圖紙、技術(shù)規(guī)范、工藝文件、電子表格、視頻及音頻信息以及有關(guān)零件的各種數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)包括形式化和非形式化數(shù)據(jù)兩大類型。非形式化數(shù)據(jù)主要指超文本數(shù)據(jù)，如聲音、圖形、圖象數(shù)據(jù)等，均可用大二進(jìn)制塊來(lái)存放、傳遞。形式化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)主要指可模型化的數(shù)據(jù)，它又分為產(chǎn)品直接相關(guān)的數(shù)據(jù)和與產(chǎn)品相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)（如開發(fā)產(chǎn)品的組織、使用的資源）二類[1]。在兩大類型數(shù)據(jù)中，即使形式化的數(shù)據(jù)也不能夠達(dá)到特征級(jí)的細(xì)粒度控制，只能將其設(shè)計(jì)整體結(jié)果作為數(shù)據(jù)包或數(shù)據(jù)塊進(jìn)行管理[2]。所以系統(tǒng)在數(shù)據(jù)組織方式上對(duì)于兩大類不同的數(shù)據(jù)采用相同的組織方式——粗紋理的集成管理。同時(shí)為了適應(yīng)產(chǎn)品生命周期中多領(lǐng)域和多數(shù)據(jù)類型的特點(diǎn)，可以采用分類方法進(jìn)行控制，形成顯式、隱含數(shù)據(jù)的集中體現(xiàn)，滿足企業(yè)的不同視圖要求，另外要能夠適應(yīng)不同的規(guī)則驅(qū)動(dòng)，保證提取相關(guān)驅(qū)動(dòng)下的子結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)正確、實(shí)時(shí)和有效性。基本的分類方法是：對(duì)于形式化數(shù)據(jù)中可以利用規(guī)則表達(dá)的部分由相應(yīng)工具軟件進(jìn)行組織，組織結(jié)果和非形式化數(shù)據(jù)一樣，由結(jié)構(gòu)管理模塊統(tǒng)一管理，按照產(chǎn)品生命周期的不同過(guò)程，依據(jù)領(lǐng)域和部門的區(qū)別提供動(dòng)態(tài)的、可定制的分類手段，通過(guò)交互式分類模板的定制，建立系統(tǒng)的分類規(guī)則，提供結(jié)構(gòu)管理的依據(jù)。３．產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理結(jié)構(gòu)組織模型產(chǎn)品產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主莖產(chǎn)品產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主莖產(chǎn)品結(jié)構(gòu)枝葉裝配件L[0:?]零件L[0:?]子裝配件L[0:?]裝配件結(jié)構(gòu)主莖裝配件結(jié)構(gòu)枝葉L[0:?]零件結(jié)構(gòu)枝葉L[1:?]具有具有L[1:?]L[1:?]具有圖2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本關(guān)系圖2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本關(guān)系Fig.2BasicrelationofproductconstructFig.2Basicrelationofproductconstruct產(chǎn)品由部件和零件組成，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)主莖在數(shù)據(jù)模型中用P_product描述，部件的結(jié)構(gòu)主莖用P-assembly表達(dá)，零件是基本的原子組成部分，其結(jié)構(gòu)主莖用自身的主要數(shù)據(jù)屬性描述。相應(yīng)的產(chǎn)品、部件和零件的結(jié)構(gòu)枝葉分別用V_product、V_assembly和V_part表達(dá)。結(jié)構(gòu)枝葉完成結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的演變歷史和相應(yīng)演變文檔管理。最后通過(guò)結(jié)構(gòu)主徑與結(jié)構(gòu)枝葉的映射關(guān)系實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)空間與產(chǎn)品版本空間的對(duì)應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)以上的關(guān)系描述方便和樹形視圖的直觀體現(xiàn)，建立分層結(jié)構(gòu)管理模型（如圖３所示）。其中結(jié)構(gòu)主莖各分類文件夾的描述對(duì)象分別為：屬性數(shù)據(jù)中維護(hù)產(chǎn)品的主要特征信息，如零件號(hào)、材料、規(guī)格、開始有效日期、截止有效日期、相關(guān)生產(chǎn)批量等；相關(guān)文件主要維護(hù)某節(jié)點(diǎn)有關(guān)的市場(chǎng)需求分析、客戶定單要求、參考技術(shù)資料、相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)說(shuō)明和更改通知單等類型的文件；主莖結(jié)構(gòu)信息維護(hù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息和關(guān)聯(lián)信息，描述組成產(chǎn)品的零部件間的幾何從屬關(guān)系和節(jié)點(diǎn)與PDM系統(tǒng)中其他對(duì)象的約束關(guān)系；結(jié)構(gòu)枝葉主要描述該節(jié)點(diǎn)下具體某版本的屬性和設(shè)計(jì)、制造以及結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)信息，反映節(jié)點(diǎn)版本的整體信息。屬性數(shù)據(jù)產(chǎn)品屬性數(shù)據(jù)產(chǎn)品/組件/零件標(biāo)識(shí)屬性數(shù)據(jù)三維文件屬性數(shù)據(jù)三維文件相關(guān)文件二維文件相關(guān)文件二維文件加工文件結(jié)構(gòu)信息加工文件結(jié)構(gòu)信息版本信息版本BOM版本信息版本BOM相關(guān)說(shuō)明文件相關(guān)說(shuō)明文件維護(hù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)枝葉關(guān)系維護(hù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主莖關(guān)系維護(hù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)枝葉關(guān)系維護(hù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主莖關(guān)系Fig.3ProducthierarchicalstructuremanagementmodelFig.3Producthierarchicalstructuremanagementmodel圖3產(chǎn)品分層結(jié)構(gòu)管理模型４．產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和功能要求，參照STEP標(biāo)準(zhǔn)part214中關(guān)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品配置的模型描述，進(jìn)行模塊的數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)。在數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中按照數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的一、二、三范式對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行規(guī)范化約束，但是同時(shí)需要兼顧的主要問(wèn)題有：a)數(shù)據(jù)的基本管理單元：在系統(tǒng)中為了體現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，以產(chǎn)品作為基本的管理單元，整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)數(shù)據(jù)是以產(chǎn)品作為提取標(biāo)識(shí)的，所以要保留必要的屬性冗余，以方便數(shù)據(jù)管理。B)數(shù)據(jù)的管理效率：整個(gè)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)都要通過(guò)結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行體現(xiàn)，數(shù)據(jù)量比較大，在數(shù)據(jù)搜索過(guò)程中必須考慮數(shù)據(jù)的提取效率，在建立數(shù)據(jù)索引時(shí)要盡可能采用組合索引，提高數(shù)據(jù)提取速度。本模塊實(shí)現(xiàn)的主要功能是數(shù)據(jù)的有效管理和提取。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理模塊作為PDM系統(tǒng)的功能模塊之一，應(yīng)該同PDM系統(tǒng)本身一樣，具有較好的開放性、重用性。因而模塊應(yīng)該在分布式網(wǎng)絡(luò)、C/S結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和圖形化用戶接口基礎(chǔ)上，盡量采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和基于組件的方法進(jìn)行模塊開發(fā)。模塊的結(jié)構(gòu)模型如圖4所示：圖4產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理結(jié)構(gòu)模型圖4產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理結(jié)構(gòu)模型系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線及網(wǎng)絡(luò)支持環(huán)境產(chǎn)品電子倉(cāng)庫(kù)個(gè)人工作空間結(jié)構(gòu)主莖管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)分類管理產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視圖管理產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與信息提取管理產(chǎn)品信息錄入修改數(shù)據(jù)分類接口管理表單定制接口管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)對(duì)象維護(hù)層結(jié)構(gòu)枝葉管理配置規(guī)則管理相關(guān)資料管理目錄管理系統(tǒng)服務(wù)層客戶端客戶端IE瀏覽PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)備份管理Fig4.ProductsFig4.Productstructuremodeloftheconstructandconfigurationmanagement結(jié)構(gòu)模型中體現(xiàn)出系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)維護(hù)層、系統(tǒng)服務(wù)層和用戶界面管理層四個(gè)基本層次。其中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與信息提取管理模塊作為系統(tǒng)服務(wù)層和產(chǎn)品數(shù)據(jù)對(duì)象維護(hù)層的中間接口；產(chǎn)品數(shù)據(jù)分類管理模塊作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)對(duì)象維護(hù)層和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的中間接口；目錄管理作為系統(tǒng)定制服務(wù)與系統(tǒng)存儲(chǔ)層的中間接口。外部所示瀏覽工具信息主要體現(xiàn)用戶界面管理層，在該層次上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)客戶端的相關(guān)功能，用戶可以通過(guò)internet（圖中虛線示意）形式在IE瀏覽器上瀏覽結(jié)構(gòu)信息，調(diào)用服務(wù)器端的服務(wù)功能向客戶提供服務(wù)。另外一種形式是自己開發(fā)的使用于局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的客戶操作工具（圖中線段連接瀏覽器的實(shí)線段所示連接）。另外系統(tǒng)除提供數(shù)據(jù)管理的分類接口以外，為方便用戶還提供了定制服務(wù)功能中的明細(xì)表定制功能，通過(guò)服務(wù)器提供的目錄管理，對(duì)整個(gè)企業(yè)的明細(xì)表模板進(jìn)行統(tǒng)一管理、使用。5．結(jié)束語(yǔ)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理是實(shí)現(xiàn)虛擬化生產(chǎn)的必要基礎(chǔ)，也是PDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框架系統(tǒng)的必要因素，因而如何實(shí)現(xiàn)本模塊對(duì)于整個(gè)PDM系統(tǒng)有重要影響。本文根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的不同類型及特點(diǎn)，實(shí)行了分類管理的粗