0 前言

    长期以来，许多制造企业的开发一直沿用传统的串行设计方法，即遵循“需求分析-概念设计-详细设计-工艺设计-加工制造-试验验证-设计修改”的基本流程。尽管在大批量生产模式中，这一方法曾经起过重要的作用，但是随着工业信息化的发展，串行设计方法就暴露了越来越多的缺点[1-2]。“并行工程”作为一种全新的设计理念，已得到国内外广泛重视。产品数据管理(PDM)作为支持并行工程的集成框架技术，能够使企业提高设计效率，缩短产品上市时间，提高设计与制造的准确性和一致性，更好地管理工程变更和项目控制。实施PDM已成为制造企业信息管理的需要，更是企业赢得未来市场竞争的战略需要[3-6]。

1 PDM的实施

    以国内的一家大型纺机生产厂一山西经纬纺机厂为例。尽管该厂的现代化程度较高，但仍然存在一些问题。

    1)产品开发方式、产品设计及工艺技术不完善。产品在设计初期不能全面考虑设计下游多种因素，这必然造成从设计到制造到设计修改的大循环，导致设计改动量大、开发周期长、成本高。随着该厂产量的逐年增加，这种设计方法阻碍了新工艺、新技术的研究。

    2)产品数据及资料文档管理存在不足。没有建立产品数据管理系统，在缺乏有效数据管理的情况下，大量设计数据分散在网络中各台计算机里。这些数据极易发生丢失、缺损的现象。同时，设计人员查询检索图档极不方便，常常出现设计人员找不到自己以前设计图纸的现象。

    由此可见，从PDM的功能和制造业的发展要求及市场需求来看，实施PDM是非常有必要的。

    PDM的体系结构分为4层[7-8]，分别是用户界面层、应用组件层、核心服务层和底层平台层。应用组件层是PDM实施的核心部分，也是用户主要面对的模块。而产品结构与配置管理在各大功能模块中占核心地位，它是联系其他模块的纽带。产品结构最初由设计部门设计者决定，反映的是CAD系统开发的设计视图，以树状表示，能很好地表达产品的组成。产品结构树的根节点代表产品，枝节点和叶节点分别表示部件和零件，是PDM中信息流动的载体和骨架。

    PDM系统通过对附加在结构树上的数据以及数据流进行管理和控制将企业中的各个系统有机地组织在一起，实现了企业中信息的集成、过程的集成和人的集成，这对于企业的信息化过程来说是非常关键的。

    在PDM之前制造业信息化进程中最具影响力的一大信息平台是ERP。它是对企业级资源的管理，以生产经营、计划管理为主线，经过将近半个世纪的发展，功能不断扩展，目前已包括物料清单、生产计划大纲、主生产计划、粗能力需求计划、物料需求计划、车间作业管理、库存管理、财务管理、客户定单管理、人力资源计划等功能。它同PDM的功能都在不断地扩展，形成了许多交叉功能，例如零件分类、物料清单、产品的结构、产品配置、组件信息等如图1所示。这些功能归结起来都属于产品结构管理。产品结构管理是当前两大信息平台重叠最多的部分，它既是ERP的核心也是PDM的核心。而ERP只要服务于生产制造。在ERP系统中，作为核心的产品结构定义了零件和零件在车间的装配过程，主要反映产品信息的规划视图，是面向材料和生产过程的。PDM系统主要服务于工程设计，产品结构管理主要面向产品能力和配置，反映的是CAD/CAE/CAM开发的设计视图。产品结构是ERP系统和PDM系统集成的纽带，见图1。

图1 PDM和ERP的联系与集成

    产品结构管理的目标是为了得到产品是否按预期的目标执行所须的信息[9]。它主动控制设计过程的中间数据及文档的显示、查询、追踪产品数据。使设计及管理人员在每一时刻都能访问到正确的和相关的信息。产品结构管理对产品数据的一种典型使用是以各种BOM表的形式形成产品结构的多方面视图。如设计视图、装配视图、制造视图、计划视图等。换句话说产品结构管理以电子仓库为底层支持，以材料明细表(Bill of Material，BOM)为其组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，实现产品数据的组织、管理与控制，并在一定目标或规则约束下，向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述[10-11]。

    所以PDM系统实施的关键就是实现产品的结构管理。

    为了实现产品结构及配置管理，首先要创建产品零件结构树，产品结构树是整个PDM系统的主体部分，根据产品的装配方式生成零件至部件，乃至于整个产品的树状结构关系是产品结构设计的一条有效途径。在产品结构树中，每个零件、部件对象都有自己的属性，如零(部)件的标识码、名称、版本号、数量、材料、类型等，见图2。在PDM系统中查询零(部)件时，可以按照单个或多个属性进行单独或联合查询，以获得零件的详细情况，如按照类型为“借用件”的属性查询就可以得到相关部门关心的借用件信息。图2中表示了产品零部件之间的层次关系及每个节点包含的相应属性。通过这样的产品结构树图，根据查询条件，可以迅速地找到所需的数据；还可以自由选择结构树的分解层次数，展开自行设定的零部件，在需要时可以输出相应的材料明细表(BOM，Bill of Material)。

图2 产品结构树特点及属性

    产品结构可以用图表缩进的方式来表现，最典型的就是产品的装配BOM，它是产品结构树的另一种表现形式。如图3所示，在I-DEAS中产品的结构树通过阶层来体现从属关系，是I-DEAS在设计产品时用来建立产品结构树的工具图标面板。通过建立产品(父节点)，建立组(部)件和添加零件等一系列操作就可以建立起面板左部所示的面向装配的产品结构树。

图3 产品结构的装配BOM2 产品结构管理中的版本控制

    经纬纺机厂PDM系统是在I-DEAS软件基础上进行二次开发的，将仅在设计部门运用的产品结构管理扩展到企业的各个部门。以I-DEAS软件中的产品结构的版本管理为例，这里介绍一下具体情况下的产品数据管理系统是如何进行版本的控制的。

    在I-DEAS中零件每一次迁入库(用来存放和共享零件的)中时，软件的数据管理系统给零件分配版本号1。在以后的操作中每一次零件被迁出修改后再迁人时版本号自动加1。版本号是用户自动追加的，用户不能修改。系统将保存零件的版本直至用户删除。

2.1 删除零件的某一版本

    产品开发中产生的零件的多个版本。用户只有在项目经理和系统管理员没有限制删除权限，零件的旧版本没有被其他模型文件引用，或处于装配体的结构中，或被二维视图使用，或锁定的情况下删除零件版本。而且用户可删除的零件版本有：特定零件的所有版本、特定零件的指定版本、装配体及其子件的某一版本。

2.2 复制、引用旧版本零件

    通过I-DEAS的版本管理机制，用户可以复制或引用零件的旧有版本。这在设计过程的某些时刻，如类比设计时是很有利的。系统允许用户可以得到一个零件的本地复件，也可以引用特定的版本。

2.3 创建零件的新版本

    有时旧零件是新零件设计的起点。在零件基本形状一致的情况下，不必浪费时间来重新创建零件的基本几何形状。设计师可以通过改变、增加旧零件的特征来创建新零件。但由于旧零件已经处于发布状态，设计师不应当改变原始零件，而必须在已经发布零件的基础之上重新去创建一个新的设计。

    要创建零件的新版本，必须首先建立与原始零件的最新版本的引用关系。相应的，新版本的版本识别号是原始零件的版本号加1。另外，零件或装配体的新版本被创建后，相应的二维详细制图需要重新转化生成。

2.4 增加零件的修订版号

    I-DEAS的版本管理中还有增加零件的修订版号的功能。还有件号和版本号之外的零件识别标志。通常是产品设计开发达到一定的程度时用于标记中间过渡版本。零件在完成最终设计之前可能会有好几个修订版号，如A版、B版、C版等。与零件版本号不同，用户可以施加、修改修订版号，对产品设计过程中的不同版本进行管理。

    版本控制界面如图4所示。

图4 版本控制界面

3 小结

    产品结构管理的实现，如产品结构树的建立和BOM的自动生成保证了复杂产品信息的内容的有序编排，零部件和相关信息变化之间的关系紧密关联，保证产品设计开发小组对全部数据操作的及时性、一致性、可追踪性和正确有效性。该PDM系统的特点在于根据企业现状定制，实现了与I-DEAS的集成，针对性地解决了企业所遇到的困难。系统的实施加速了数据在各个部门的流动，实现了信息的快速提取和有效共享，适应了当前良好的纺机市场。在企业的初步运行情况证实了本系统的实用性和可行性。

参考文献：

[1] 张春华．张蕾．基于uc二次开发的CAD数据管理技术[C]．制造业信息化工程的关键技术及应用．北京：机械工业出版社，2001．
[2] 袁平鹏．BOM一致性维护[J]．计算机辅助设计与图形学学报，2002(1)：33-36．
[3] 张炜，祝勇仁．基于CAD的PDM技术的研究与应用[J]．轻工机械．2006．24(1)：1-5．
[4] 姚丽华，沈国强，张国煊．与PDM集成的协同环境中数据安全模型的研究[J]．机电工程。2007．24(7)：45-46．102．
[5] 徐忠华，程方玉，王强．等．基于领域本体的PDM系统工程更改管理模型[J]．机电工程．2006，23(12)：62-63．
[6] EPPINGER S D，WHITNEY D E, SMITH R P．et al．A Modelbased Method for Organidng Tasks in Product Development[J]．Research in Engineenng Design, 1994，6(1)：1-13．
[7] PIMMLER T U．EPPINGER S D．Integration Analysis of Product Decompositions．The ASME Sixth International Conference on Design Theory and Methodology[C]．Minneapolis：ASME，1994．
[8] SMITH R P．EPPINGER S D．A Predictive Model of Sequential Iteration in Engineering Design[J]．Management Science．1997．43(8)：1104-1120．
[9] 玄光男．程润伟．遗传算法与工程设计[M]．北京：科学出版社．2000．
[10] 童秉枢，李楚明．产品数据管理(PDM)技术[M]．北京：清华大学出版社．2000．
[11] 彭卫平．吴庆呜．陈立平．PDM应用系统产品配置管理方法的研究[J]．中国机械工程．2004．15(4)：317-321．