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客车制造企业PDM应用系统的开发 |
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作者：武汉第一技术学校 高海宝 |
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1. 引言
在客车制造企业的产品开发中，许多企业利用cad/cae/cam/capp等技术成功实现了整车的数字化定义、整车结构的模拟和优化分析，极大地提高了客车的设计质量和设计速度。但是在开发过程中设计部门和工艺部门也逐渐积累起了数量庞大的、以电子形式存在的图纸和文档。这些图纸和文档的共享程度低、数据传递速度慢、业务数据难以集成、数据的管理水平落后，这直接导致了研发中一些失误，制约了企业进一步缩短产品的研发周期。为了解决这个问题，该企业决定采用PDM来对产品信息进行有效的组织和管理，通过PDM的实施来构造一个企业信息共享的环境。
PDM以产品为中心，通过计算机网络和数据库技术，把企业设计过程和生产过程中所有与产品相关的信息和过程集成起来统一管理，使产品数据在其生命周期内保持一致、最新和安全，为工程技术人员提供一个协同工作的环境。目前，PDM已成为企业降低成本、缩短产品的设计与制造周期、准确的捕捉市场、提升客户的满意度的重要工具，成为提升企业竞争力的重要手段。
2. 主要问题的分析与解决
PDM系统的开发和实施是一个非常复杂的系统过程。必须要考虑到被实施企业的实际特点，结合该企业的产品特点、经营模式和现有的、可实施的计算机技术，从PDM的基本思想入手，建立企业PDM系统的基本框架，然后在此基础上分阶段的实施具体工作。
2.1. 对客车产品和其开发流程的特点进行分析
相对于其它产品，客车产品以下特点：
1. 客车产品特点
1) 客车产品零部件种类多，数量多；集成化、模块化程度更高，例如作为一般汽车制造企业所专门生产的发动机系统、燃油供给系统、制动系统、变速操纵系统等被整合成一个底盘系统，作为了整车中的一个组件。
2) 客车产品种类多，内部结构变化多，同样一种大类的客车(主参数为车辆的长度)，根据用户的需要会衍生出普通型、豪华型、城市客车等系列车型，相应的动力系统、内部饰件和空调系统等也会有变化。
3) 大部分客车产品的生产纲领属于小批量生产，还有部分产品是按照用户需求单台设计生产。但同时它又是一种系列化的产品，可以充分利用原有的产品数据，减少新开发的工作量
4) 客车产品的技术更新快，对新技术的应用要求高，同时作为一种和人民生命安全有紧密联系的产品，国家对客车产品的安全性、环保性也有严格的规定。如国家就强制要求总质量超过12吨的客车必须安装abs系统。
2 客车产品开发流程的特点
1) 层次性强，层次间数据交流量大 客车产品从概念设计、外形工业设计、总体布置、零部件设计、工艺设计等层次分明。上一层的设计必须兼顾考虑下一层，而但下一层设计完成时又需要返回上一层去检查工艺性以及匹配性。
2) 继承性强 目前的情况下，在一个新的客车产品中，超过90％的零件和工艺技术是通过继承和吸收以往的技术资料得到的，真正的完全的创新不到10％。在同种型号的客车车型之间零部件的借用非常普遍，
3) 涉及学科众多 客车设计涉及汽车、机械、电气、液压和气动、动力、人机工程等，所产生的与产品相关的文档类型也很多。
4) 客车产品更新快，用户的需求多样化，产品开发的周期短。
3 客车产品文档类型
1) 文本文件：描述产品性能的、以文字描述为主的文件。如设计任务书、产品说明书等。
2) 数据文件：描述产品的以数据为主的文件。如三坐标测量报告、有限元分析文件、nc加工代码文件等。
3) 图形文件：描述产品及其零部件的二维、三维图等由cad绘图软件生成的文件。
4) 表格文件：描述具有类似属性的零部件和结构关系。如材料明细表(bom)。
5) 多媒体文件：为了某种特殊用途，为了方便用户生成的声音文件、视频效果图等。
2.2 确定企业的产品开发方式和流程
不同的企业其产品开发的方式和流程是不同的，同一个企业对不同的产品其也有不同的产品开发方式和流程。清楚地了解企业产品设计开发方式和流程是十分重要的。目前在客车行业主要有以下几种开发方式：
可以看到，不同的产品开发流程造成的数据库的结构和数据库的容量是不同的，在第一种设计方式中，参与的人员和这些人员相应的角色都比较简单，PDM中的产品文档类型也相应较简单，而第三中设计方式就要多的多了，在数据库开发之前，开发人员必须清楚地知道被实施企业产品设计开发方式和流程，才能保证数据库的设计符合企业的需求。所以必须在PDM的项目规划阶段进行这方面的调研工作。
图1 被实施企业客车产品开发的流程
3. 系统功能需求分析及需求分析模型建立
需求分析是PDM规划实施中非常重要的阶段。需求分析的好坏直接影响系统今后运行的成败。PDM系统在企业中的实施目标可分为大小两种：
大目标：将PDM作为集成平台或集成框架，在cims、并行工程等复杂大系统中，对产品设计、工艺、制造、计划、销售、维护等环节的相关数据与产品开发全生命周期进行管理。
小目标：仅指在产品的工程设计与工艺设计中管理相关的数据及相关的过程。
经过调研和与企业相关人员的协商，该企业希望在客车产品的开发过程中管理相关的设计、工艺等数据，能方便实行零部件间的借用、查询，能对正在进行的工程项目进行管理。其PDM系统实施目标为小目标。需求模型如下：
1. 客车产品编码
原有的编码体系已经不适应于产品日益增多的需要。因此在以gb/t17350-1998专用汽车和专用半挂车术语和代号的基础上建立新的一套能涵盖所有产品范围的，便于计算机查询的客车产品编码体系
2. 零件总库的管理
按照客车车型数据库编码属性和组件、零件数据库的零件号属性之间的函数依赖关系，实现组件、零件之间的数据重用。使用户能方便地查找到与组件、零件有关的图纸、技术文档和产品数据等。
3. 图文档管理
建立一套图纸、文档的归档、存放和查询系统，使用户能够快速、方便地查找到所需的图纸和文档，能快速浏览图纸和文档。
4. 工作流程管理和项目管理
根据该企业客车研究所内部的工作流程管理的模型，建立工作流程管理。主要在审批管理和更改管理两个方面，通过计算机提交一项作业或任务给研究所的相关人员，进一步开发、编辑、审核或批准工作，对流程进行控制。
5. 产品配置管理
以产品结构树的方式反映客车车型、组件、零件之间的层次关系。在结构树的基础上查询这些零部件的其它属性，如材料、重量、供应商等信息。使描述组件和零件的文件信息与树结点上相关零件有机地连接起来，实现不同车型的产品数据管理。
6. 用户权限管理
对于各职能部门而言，不同的级别和部门的人员对PDM系统应具有不同的使用权限，以保证数据信息的安全和保密。根据各职能部门的组织结构图和人员职能分布表，
4. 系统数据库的规划和设计
4.1. 系统数据库的特点
1. 信息量大
一个客车产品包含几千个基本零件和部件．每个部件又可以由许多基本零件组成。产品信息可以是结构化的数值信息，也可以使非结构化信息，包含众多的属性、材料、特征信息，包含大量的数学模型和图纸信息。
2. 数据结构复杂
在本系统中，一份工程图至少由一条工程图基本记录(元数据)和一张图纸组成，一个用来进行数据管理的业务对象至少要有一个标识号、一个更改标记(版本号)和一个处理状态。图号被作为标识号，图号可以是一个由编码发生器生成的连续的数字编号，必要时增加前缀和后缀。版本号和处理状态通常为字符和字符串。在工程图基本记录中，版本号通常由某个初始值(如版本a)开始计数，每一次更改后该版本号加一(如版本b)。处理状态被用来标识该对象在发放以前的各种处理状态。因此数据库的数据结构都比较复杂。
3. 数据类型多样
在客车设计的进程中，设计信息随着进程的发展不断变化，设计数据版本也要随之更新和对以前版本进行保存。在客车产品中，一个零件可包括多个数据对象，如几张图纸、用光栅或矢量表示的图形、文本描述、图表和其它形式的文档。数据对象图纸则包括一条元数据记录和由该元数据记录管理的cad图或纸质工程图。零件基本记录是对零件进行管理的主要对象，那些对所有数据对象都有效的属性，如图号或名称等，被作为零件基本记录，在数据对象中，用户不得随意更改这些属性(可以采用冻结的方式)，而数据对象的专用属性，如页号、图幅或所采用的cad系统等，可由用户自己输入，图纸、文档等被存放在文件系统中，而不是在数据库中
4.2. 系统数据库的设计
4.2.1. 数据库的设计步骤
在设计数据库时，一般按照收集信息、识别对象、对象建模、确定每个对象的信息类型、确定对象间的关系的步骤进行。
通过对客车产品特点的分析我们进行了信息的收集，在对这些收集信息的分析过程中，我们找出主要的对象。这些我们在2.1对客车产品的特点进行分析中已经阐述了。
在数据库中主要的对象被识别出来以后，就需要确定每个对象所包含的信息了。如对“底盘”对象，我们需要让它包含型号、外形尺寸、发动机、变速箱、制动系、燃油系等信息。
通过分析对象间的关系，建立表示每个对象之间的不同关系。用对象之间的关系来建立数据库中不同实体之间的关系模型(e-r模型)。如在制动系中要包含不同刹车种类的信息，abs刹车系统就要根据客车车型中包含的信息来定，一旦客车车型的总质量大于12吨，那么底盘中的制动系必须采用abs刹车系统，这就确定了制动系和客车车型之间的一种约束关系。4.2.2详细说明了这一模型的建立过程。
4.2.2. 实体－关系模型的建立和规范化
e-r(实体-关系)模型的组件是广泛和通用的，正确建立的e-r模型可以客观地反映其所在的业务环境，是数据库构建的基础。图2为客车产品结构的e-r模型。在这个模型中，首先反映了客车车型、底盘、车身附件、选装配置等实体之间的二元联系。客车车型和底盘、车身内饰、选装配置等实体之间是一对多的关系，即一种车型可以装有不同底盘和车身、内饰，可以选装不同的配置。在一个客车的产品结构中，一个客车车型必须安装有底盘、车身和内饰，但选装配置则要根据顾客的需要来决定。所以在客车产品结构e-r模型中，通过放置的穿过联系线的脉冲线表示在联系中必须存在一个实体， 放置穿过联系线的椭圆表示联系中可能有一个实体，也可能没有。在一些实体之间还存在约束关系，如车型要和底盘长度匹配，空调系统要和发动机功率匹配。
图2 客车产品的e-r模型(实体-关系)
在关系模型建立起来之后，我们还要对这个模型进行规范化。规范化是把有问题的关系转化为两个或多个没有这些问题的关系的过程。规范化可用作检查关系合乎需要的程度和正确性的指南。
4.2.3. 数据库的安全管理和控制
本系统提供用户名和口令级的安全。当一个用户登录时，根据其权限，访问被限定在一定的窗体、报表、表甚至表的某些列上。
作为一个多用户系统，控制的关键部分是确定必须作为一单元完成的工作界限，即与事务有关的控制类型。
5. 网络模式：客户机/服务器
网络是PDM实现分布式处理的基础。根据该企业的实际生产和办公情况，采用中央数据库，分散在企业的客车研究所和各个部门的计算机作为客户机的客户机／服务器结构(client／server)是最适合企业的分布式数据管理模式。与传统资源共享模式相比，采用客户机／服务器模式的PDM系统有多个优点。
(1)网络通信量小，响应时间短，能为用户提供更好的服务。尤其在企业网络日益庞大复杂的情况下；
(2)通过将PDM分成运行在由网络互连的服务器与客户机两部分，可以充分发挥双方功能，均衡网络负荷，建立有效的分布式处理环境；
(3)应用程序与数据隔离，使数据具有很好的独立性；
6. 小结
在PDM的实施中，前期的调研和整体方案规划是整个PDM系统成败的关键。在完成整个整体方案的基础上，建立合乎需要的、优化的数据库。另外作为企业应该认识到，PDM是一个大型系统更是一个应用的过程。根据实际情况采用网络的方案。只有扎扎实实地完成这些才能保证建立的PDM系统是适用的和高效的。(end)
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(4/25/2006) |
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