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基于Windchill的产品配置管理研究

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概述

许多企业为了提高其竟争力和生产效率，正采取PDM技术作为产品开发，制造和销售的信息综合开发环境。通过合理的产品配置，一个企业可以满足广泛领域的用户要求，减少从定单到发货的处理时间，增加对生产过程的控制能力，提高产品质量，提供众多的产品种类。PDM和相关的产品配置管理可以用自行设计的软件和商业化的软件包来完成。结合商业化的PDM软件包和实际企业的环境，有效组织和管理企业中各种类型的数据和软件以实现商业PDM软件的用户化是企业产品数据管理关键的步骤。

1、产品结构和配置的作用和功能

产品结构管理是一个企业设计产品和组织生产的保证和标准。一般来说，产品结构意味着组成一个产品的一系列详细零件的树结构的层次表达。这个树结构包含多重含义并表达了这个产品在设计和加工过程的活动下线。产品结构和配置管理是产品数据管理的基础模块之一，它是工作流和任务管理的基础。工作流将监视和控制工程设计和制造过程。工作流实施的前提条件是PDM系统有足够的产品结构和配置管理信息资源供使用。因此产品结构和配置管理是PDM系统集成的基础和桥梁。只要正确定义和维护产品结构和配置信息后，系统才能提供正确的材料清单和必要的诸多资源如人力资源，财政状态和设计和制造中的产品对象给ERP和其它信息系统以确保企业的计划和安排的实施。产品结构和配置管理也是网络化分布式产品数据管理的必要条件。

Windchill是一个以WEB为中心的产品数据管理平台，它提供产品结构和配置的功能和工具。在Windchill中如何组织产品结构和配置管理及使它与其它信息系统交换信息是实现产品定义高度用户化的PDM系统关键的环节。

2、产品结构和配置的方法论

2.1产品结构模型和配置

产品配置意味着如何描述产品在技术文件和实际使用中的功能特点和物理特性。产品配置需要提供一定的配置规则，方法和方式来描述产品的构造。产品设计过程一般分为二步:功能设计;结构设计;和详细设计。功能设计是定义产品的基本组成结构并分解产品的功能和各个功能和子功能的结构设计;结构设计是定义基本结构和基本组成和组成零部件的下要功能尺寸:详细设计是确定所有零部件的实际结构和参数。在产品设计阶段的二种产品结构模型是产品信息在不同深度和视角的描述。对于这此结构模型，有两种配置方法:非精确配置和精确配置。两种配置展示着产品从概念到实际的演变。一个产品是由许多模型组成的，每个模型是产品信息中各个模型不同内容和程度的信息抽取和提炼。这此模型可以相互提供、交换和映射信息。产品结构模型是产品模型的一种，它反映了产品的组成信息和装配结构，它是设计过程中的一种表达模型。产品配置管理的下要功能是管理产品结构和配置，产品配置即是一种方法论也是一个实际的处理过程。它应该具有接受信息，提供服务和具有与ERP集成的能力。产品配置的下要内容包括:①创造产品家族(部件);②创造供选择的参数表;③创造基本的产品结构;④产生配置力-案;⑤和注册和保持现有的配置方案。这此配置仟务可以借助Windchill的用户化和自行设计的辅助软件的开发，即通过实施模型类型描述和树结构描述等技术途径来完成。

2.2通过模型类型描述的产品配置

产品结构模型可以分为二个等级水平:产品级、模型级和零件级。一个产品由许多的包含一定约束条件的模型类型来描述。在产品家族级有两种约束:逻辑约束和算术约束。逻辑约束定义模型结合时的规则和方法、算术约束定义物理限制区域。产品家族模型建立在模型类型描述的基础上。一组具有可顶先功能定义的部件可用模型类型来描述。一个模型类型是由许多的零部件组成的。产品可以由从模型类型中选择适当的功能属性的零部件和产品结构来描述。即产品可被认为是有一定量的顶先定义的模型类型组成的，而在构建产品时需选择恰当的模型类型属性和约束值。产品的一此属性是组成它的零部件特性的表达，而另一此特性是是这此零部件属性的计算集合和演绎。然血一个产品或部件在真实世界无限的属性应该在模型世界被精心地用有限的属性来归纳。一个产品模型可以用一组表达属性和属性约束的数据段来描述。它可被描述为:模型类型名称(属性名、数据类型、约束区域[区域]…)，它包含属性名、数据类型和约束区域。举例说，一个护罩模型可被描述为Cup(Size real, One of[12;14;16;18;26;32], Material, Text, One of[Cupper, Alluminium, plastic]...etc.)。每一个属性定义的数据类型为性型、实型、布尔、字符等。约束限制包括是否和如何这个在括号内的属性被选择。约束包括陈述配置过程中属性约束限制的常规定义的约束限制和被选择的约束值间约束的内部约束。不同的约束限制如表1所示。包含能被用户和设计者选取和决定的属性称为功能属性。因此产品配置过程可以理解为被约束模型和特定功能的选取。

模型类型的属性和约束的数据表设计如表2所示。因为每个模型类型有不同量的属性，模型类型定义的数据需保存在二个数据库表中。模型类型的下表记录模型号、模型名和属性数量，它提供配置的索引和关键词，辅表记录属性和它们的约束，是否一个属性是对用户决定和设计选择是敏感的则用“功能”将其标记，用真和假来定义。Lang型字符串用来表达‘domain’子段以保持数据记录的一致性。实际的属性值通过数据‘Datatype’和字符操作运算血得到。模型类型属性记录量的可变性为添加和修改属性提供柔性，下表和辅表通过它的模型号来建立联系。下表和辅表是关系数据库表。表2-2记录每一个属性和它的约束的详细信息，表2-3记录模型被采用的属性间的内音日约束和相应的值。

模型类型定义和配置框架如图1所示。模型类型定义和配置保存在电子创车中。用户可以在设计的Java Applet中通过选择选项和输入适当参数输入新的模型类型。模型类型翻译器将转换这此参数成模型类型定义并保存在数据库中。模型类型定义以模型的下表和副表方式保存。这此表可以用模型类型数据库Java Applet来演示和修改。用户还可在设训的Java Applet上通过选择适当的模型类型，参数和配置规则配置，输出产品和零件的配置。模型类型修改和维护单兀为调性软件适应于新的开发要求提供柔性环节。

图1 模型类型定义和配置框架

产品信息码在产品模型配置和参数选择过程中将被产生。当产品类型、模型类型被选择，下要的参数和结构被设计它的产品信息码就被确定，它将提供产品模型等级水平、设计和制造过程中的特性的基本信息，同时它是产品信息集成的一个信息索引。一个产品或零件的信息码的基本段描述如表4所示。

每一个产品和部件有唯一的产品信息码。产品信息码表达它的基本特点和关键索引内容。它在Windchill中以零件或产品的‘Number’记录。Windchill能容易地搜讨，浏览和操作它。Windchill搜索贞包含两个搜索工具:关键词搜索和属性搜索，每一个搜索工具具有特别的特性和特点。搜索器通过使用适当的操纵符和匹配符将以精确或灵活的方式来匹配搜索条件和准则。用户同时可以用搜索器通过使用适当的操纵符和匹配符查询到类似工作能力，特性和材料等的同一组部件和零件。通过产品模型配置，产品信息码将依据它的下要参数，配置信息而产生。相反地，当一个产品信息码被浏览和分析时，它的下要特性、功能、参数等根据其结构字段组成而能被抽取和表达出来。所以，当我们配置一个产品结构时，除了选择模型类型和参数而产生新的产品配置外，还可从己有的保存的产品配置中选择部分和全部有用的数据。

2.3产品配置中的产品结构树的描述

产品配置树用来描述产品配置的级联关系。每个树枝表达可装配的部件，的树叶表达独立的零件。这种图形化的显示方式表达了零件间的层次关系。通过构建产品配置树，管理者和设计者可以在适当的树结构支流浏览所需的信息而不必考虑信息具体的物理存放地点。于贞先详细设计的零件间的关系是可用树结构来描述的。在Windchill中产品结构的树结构描述如图2所示。产品的结构信息以树枝和树叶来描述。产品的非结构信息将由‘described’和’reference来记求和附加，它们包含着详细的原始文件。产品的树结构信息能通过Infor Engine，用户化报告的中性文件和XMI转换到其它信息系统中。

图2 在Windchill中产品结构的树结构描述

产品配置管理仍然采用原有的设计制造数据库为它的基础信息构架，其树结构视图为它的组织核心，材料清单为它的外部表现。Windchill的零件和产品对象描述实际的工程零件和产品的特性并建立它们与其它零件和产品间的结构关系。零件和产品对象包含表达它们间属性、结构、参考和具体描述的关系。创造的产品结构和配置方案在Windchill中以树结构方式注册和储存，它们习等以适当的访问权限和排列等级储存在不同的子目录和分目录中。

2.4由树结构和模型类型描述相结合来完成产品配置

图形化方式的树结构表达使得配置建模更加容易和直观。对十更加复杂的模型表达和配置，就需要编程和实施PDM软件的用户化。模型类型定义适应十粗约的产品配置并由此产生的部分产品信息码段为在树结构和模型类型的产品结构配置提供进一步的配置信息。基十树结构的产品配置管理适应十大多数详细设计阶段和精确产品配置。产品信息码提供表达产品零件和产品特征，是提供搜寻索引的唯一性标志。成熟的产品配置将依据它们的功能特点按一合理的安排被储存在Windchill系统适当的子目求中，每一个模型类型储存在工程数据库中以备将来的产品配置之用。成熟的released零件和产品的配置可以被浏览和查询，它们的属性，BOM和其它有用信息可被集成到新的产品配置中，在Windchill中表达的结构树和在数据库中表达的模型类型定义间的联系媒介是产品信息码。一此参数化部件是顶定到一定程度而其关键的参数位在制造和装配前需要被详细确定。在模型配置以后，一此参数计算、优化设计图形产生将由外部的参数化设计和CAD软件完成。参数表和一此常量表保存在设计制造数据库中。

3、在Windchill环境下的产品配置管理的实施

用传统软件建立的CAD模型，制造经验数据库和电子商务信息储存在不同地理位置的设计制造和商务数据库中，功能设计、知识管理和数据挖掘技术和相应软件也从单机版向网络化协同设计方向演变和集成。原始的设计、制造和其它商务信息仍然由专门的CAD，CAM,ERP和OA软件创造和修改。集成式产品配置框架如图3所。Windchill通过info Engine,XML用户化报告的中性文件与原有设计制造数据库交换信息，在产品配置用户终端产生的产品信息码为搜索引擎提供索引。实体模型、图纸、文件、和产品图像可用Windchill的可视化服务工具浏览和标记。

图3 集成式产品配置框架

3.1在Windchill中的产品数据管理和产品配置管理

在产品开发过程中，产品结构和组成它们的零件由不同的方式来描述。我们可以用Windchill配置定义工具来操纵它的显示方式。在配置定义工具中有二种配置分类方式:最近、基准时和有效性。我们可以在生命周期中以不同的视图显不产品的结构。对设计工程师血言，产品结构是由许多零部件组成。角制造部门则从产品是如何被装配血成来看问题的。同一个产品可以用设计视图和工程视图来显不。系统管理员还可定义其它的视图以达到特殊的视图表达目的。零件和产品原始的模型和图形由不同的CAD完成。除了用于组织零件和产品结构外，它还可在企业中作为标准零件和特殊零件库的组织工具。

3.2基于Windchill的用户化应用的基本开发过程和方法

Windchill提供丰富的用户化开发手段为其用户化和特性化服务。考虑到开发过程的简单化和Windchill版本提升问题，更多的开发过程应放在用户化、接口设计和系统集成上。即使在Windchill用户化开发方而，更多的开发要放在客户逻辑和界而的开发上血不应放在服务器端的逻辑开发上，因为Windchill版本提升下要在服务器端的服务和逻辑上改变更多。Windchill的深入开发将涉及到它的软件结构、基础类、方法和接口。Windchill的应用开发下要有两种开发方式:第一种是用Rational Rose创造应用模型并结合Windchill的UML对象模型然后提交这个Rose模型给Windchill系统生成器而产生应用扩展，其过程如图4所示，这种开发方式适应于深层次的系统集成和开发。

图4 使用Windchill系统生成器开发

另一种的Windchill应用开发途径是用户化Windchill和用Swantecafe扩展相应的对象、接口、方法和样板来满足功能需要。在Swantecafe集成开发环境，通过Java语言环境和商业Java Beans,Windchill基本对象库、方法类和GUI构件，它将产生动态的web页，同时它扩展Java服务对象模型和方法库。这种方法适应柔性添加功能的集成。产品知识智能管理、产品配置规则定义和实施可以被定义为相应的Java Beans。这样的JavaBean、能够被新版本的Windchill相集成。同时，针对特殊功能的Java Bean、可以被购买和自行开发。

3.3 WTPart类扩展定义

Windchill允许使用它的Java类进行用户化，这样即可继承它的如版本控制和生命周期管理的属性，又可添加特定的知识和规则等到新类中以满足特殊的需要。Windchill由数千个Java类组成。用户可以通过Windchill支持的API和子类建立其相应的联系。一个零件是一个产品最基本的组成要素。WTPart是Windchill中一个API子类并且具有可扩展性。通过Rational Rose建模和Windchill系统生成器，可以扩展这个子类的方法、属性和接口。被设计的WTPart扩展属性包括零件类型(标准、锻造、铸造、一般、外购…)，处理方式和成本。通过结合BOM的不同视图和零件类型和加工方法，恰当的BOM将可供不同的部门使用。-个企业中各个不同的部门处理不同的BOM相对应的事务和安排。通过结合输出的BOM中性文件和ERP中的成本估算软件，就能得到一个产品有价值的综合表达。另外，WTPart的扩展属性一成本将给我们一个直接和外向的表达并且可容易地被获取和计算。

3.4标准零件库的定义和组织

一个产品的结构在可以Windchill中描述和操作。同样标准零件和一此在不同车间使用的特殊零件也可以用Windchill的产品结构管理工具来组织。标准零件由它们的结构、用途和特征等方式等来分类。通过定义零件的通常特征的方式来定义全部的标准零件于同一个数据库中。在一般情况下，一个零件的CAD文件并不会被保存以减少磁盘的存储空间。零件的模型可由特征语言驱动程序及时产生，相应的数据信息抽取于特征描述数据库。由龄零件的特征描述数据库是字符串记录，它可以方便地通过STEP和xML方式与其它信息系统交流信息。以字符方式记录零件的特征描述比用CAD文件记录零件模型将节约更多的磁盘空间。

4、结论和进一步的研究

产品结构和配置管理是一个企业信息管理系统中一个重要的部分。合理设计和实施产品管理将大大提高产品管理系统的效率。Windchill产品管理系统上构建产品配置管理，我们可以在原有设计制造数据库的基础上构建和重用以网络为中心的新的和己存在的产品配置和信息。通过结构树，模型定义和零件类属性扩展等技术的应用，零件和产品的配置将变得更加有效和用户化。在Web环场中的产品结构配置为管理制造事务提供了更大的柔性。模型库和树结构库的相结合为快速构建产品结构提供了桥梁。进一步的研究工作将下要集中在产品信息码的完善和Windchill的高度集成性上。该PDM系统将更加紧密地围绕在Windchill上开发。模型类型的定义和模型库单兀的构建将转变为Windchill上紧密相关的一个单兀。智能知识管理模块将设计为一个WEB并与Windchill无缝连接。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/24/2008)


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