1 重型裝備制造企業PDM系統的需求分析
1.1 重型裝備制造企業的基本特點
重型裝備制造企業屬于典型的多品種、小批量離散制造業，與流程型行業及批量生產的離散制造業相比，具有自身鮮明的特點，這些特點也造成了其企業信息化建設路線上的不同。
重型裝備制造企業通常都是面向訂單組織生產的機械制造企業，產品主要是大型成臺套設備。成臺套產品都是由成千上萬個零件組成，相關性強，重復性低。產品結構比較復雜，專用程度高。產品類型非常多，而每種產品的批量較小。產品設計、工藝設計涉及多組織，業務交叉，流程復雜且準并行，物料基礎數據龐大且換發頻次高，數據傳遞批次多，業務協同和數據同步難度大。產品生產工序周期長，技術復雜，涉及冶煉、鑄造、鍛造、焊接、熱處理、機械加工、裝配等幾大專業領域。企業生產設備的布置不是按產品布置而是按照工藝職能進行布置的。例如機械加工是按車、磨、刨、銑等專業設備來安排機床的位置。在組織生產時，每個零件的工藝流程都可能不一樣，而且可以進行同種加工工藝的機床有多臺。每個零件的加工路線靈活多變，即使同一種零件的加IT路線，加工機床，加工方法都不一定一樣。零件的質量和生產效率很大程度依賴于加工工人的技術水平、工藝方法及裝備精度，自動化主要集中在單元級，例如數控機床等。
基于重型裝備制造企業的特點，其PDM系統的需求與傳統PDM系統相比有其自身特點，具體體現在：
(1)傳統PDM核心數據模型架構存在缺陷，不具備定義完整制造過程的數據結構：結構化數據和圖文檔數據之間的事務一致性較難保證：BOM數據的變更處理非常困難，難以管理各種變更及變更的后續處理：與CAD軟件集成方式別扭等等。
(2)重型裝備行業的業務運作的主要信息載體是物料，各業務系統都是圍繞著物料不斷添加表達制造過程的數據。
1.2 系統建設目標
重型裝備行業的PDM系統應從技術支撐能力和功能實現上滿足企業內部技術準備業務相關的信息化總體需求，為企業構造數字化技術準備業務體系支撐平臺和企業級協同化產品研發平臺。其主要目標如下：
(1)改變重型裝備行業現有基于訂貨代號的產品數據管理模式，在系統內實現以物料為數據組織核心的產品數據全面管理模式。奠定面向制造的種、項、件管理基礎，能夠構造并輸出全面的BOM數據，確保產品數據有序、統一、準確、單源。逐步實現產品工程研發知識的自然沉淀。
(2)強化任務管理功能，從目前較為獨立的任務管理和工作流管理過渡到面向項目、基于流程、任務驅動的業務過程管理。從而實現技術準備業務管理過程、執行過程、變更過程的協同，控制進度計劃，確保準時交付。
(3)打破傳統PDM與CAD集成的方式，重構二維CAD軟件與PDM系統集成方式，實現工程圖形數據與工程管理數據分立維護、集成展示，并初步建立起3D CAD軟件與PDM系統集成模式。通過CAD設計工具與PDM管理過程的深度集成，杜絕設計源頭數據的冗余與錯亂，確保設計數據源頭單源、準確，避免錯誤放大擴散。
(4)實現基于數據庫平臺的工藝設計數據編制和管理、工藝文件圖形版展示的雙軌制的工藝處理方式。
(5)強化信息生命周期的有效性控制，細化系統權限控制的力度和范圍，優化系統容錯方式和錯誤跟蹤與追溯機制，實現對系統安全的全面、精確控制。保證各種訪問許可之間的一致性，確保設計數據不被有意或無意的破壞。
(6)增強產品數據監控與分析能力，統一考慮產品數據技術狀態、相關人員工作負荷、產品數據關聯關系等內容。對產品、過程、用戶進行可視化查詢與分析，實現產品數據運行的狀態管理可視可控，數據關系梳理關聯有序，為管理者提供決策輔助支持。
(7)通過規范系統業務操作、細化基礎數據管理、強化變更過程控制，使產品數據的有效性控制從事后和事中校驗，轉化為事前控制。任何“備注”信息均不能作為系統處理依據，確保產品數據在設計過程和變更過程中的有效性得到嚴格控制。消除電子數據與紙質數據可能會發生的不一致問題。
2 數據框架設計
PDM系統的數據框架既包含業務數據，也包含業務過程以及控制過程，因此系統的數據框架應該是全關聯的全業務數據框架。全業務數據框架包含物料框架用于描述業務數據，項目框架用于描述工作分解，任務框架用于描述業務過程，安全框架用于描述訪問管控。
(1)物料框架
重型裝備企業的核心業務運作的主要載體是物料，技術準備所生成的業務數據和生產制造所需要的數據包括：組成最終產品的所有物料及其相互裝配關系；制造過程中消耗（使用）的所有物料及其相互裝配關系；每項物料的制造方法、加工過程，以及關聯物料之間的漸次加工的相互邏輯關系與形態變化，組合加工、工裝匹配、開坯、焊縫等特定物料變化的完整的數字化產品數據：物料所關聯的技術文件。
(2)項目框架
項目框架按照產品的組織形式，針對特定的項目要求，對產品的技術準備業務過程進行任務分解，分解后形成項目的WBS分解結構。項目的分解過程一方面是對產品大框架的分解過程，另一方面也是對工作任務的分解過程。分解后形成相應的任務包（即WBS節點），在任務包之下即可以展開具體的產品技術準備業務過程。
(3)任務框架
任務框架以WBS所形成的任務包作為輸入，以形成的零件、圖紙、路線等業務數據作為輸出。通過工作流程將任務對象組織起來，并對任務的執行過程進行控制和管理，從而和WBS結合起來對整個業務過程進行管控。
(4)安全框架
安全框架核心在于用戶、角色、部門的權限如何分配和控制。建立由“行政組織+產品組織+角色+時效性+流程任務+任務狀態”等要素組合控制的權限管理。即，以“行政組織+產品組織+角色”配置用戶的基本權限（組），以“流程任務”節點的任務鎖定用戶的當前執行權限（行政組織節點、WBS/BOM節點、當前執行角色），以時效性和任務狀態進一步針對性地約束和限制用戶的當前執行權限。
對應一項流程的任何一個節點的工作任務（或工作對象），已經包含了其隸屬的產品組織節點、行政組織節點、任務狀態、用戶的當前執行角色等確定權限的充分必要條件，其權限是確定的。
PDM系統主程序框架采用動態插件的方式進行實現。系統主體分為業務功能和系統功能兩大部分，另外還有和外部應用系統的集成接口。在系統功能中，主要完成權限管理、流程模板管理等支系統正常運行的、面向系統管理人員使用的功能。業務功能主要包括任務管理、變更管理以及各專業的業務操作等功能，主要面向專業技術人員的具體日常業務應用。對于設計工作和工藝工作來講，通過重構二維CAD軟件與PDM系統集成方式，實現工程圖形數據與工程管理數據分立維護、集成展示。其圖紙設計與維護過程在系統中得到控制，將原來的批量導人方式轉化為每件處理的方式。同時，優化現有的圖形版的工藝編制方式，轉變為完全基于數據庫平臺的工藝設計數據編制、管理（數據版）和工藝文件動態可視化生成展示的方式。
3 關鍵技術設計
3.1 物料結構變遷與管理
物料結構的變遷與管理實際上就是對業務數據形成過程的控制和形成結果的管理。對其管控的目的是保證數據結構的正確性，以及其與業務過程的符合性。既要保證基礎物料在業務處理過程中能夠進行正確的組織和關聯，還要保證產品結構在不同視角下能以不同的方式展示。
物料結構變遷與管理的基本思路是用種項件的方式和概念來組織物料的基本結構，用物料變遷約束來關聯物料的邏輯變化結果，用多視圖方式來管理產品結構的不同視角。
種項件方式分層次對物料進行結構關聯，種獨立于產品，項為結構關系，件為訂貨代號，并記錄裝配路徑。
物料變遷約束主要是通過關系來記錄物料的前驅和后繼，且區分前后的關系類型，如開坯關系、加工關系、裝配關系等。
物料結構及其變遷主要分為四部分來進行管控，即從設計的角度來看所構造的物料及其結構，從工藝的角度來看體現物料的形成過程及其結構，從過程管理的角度來看其與過程的關系，以及從其他視角看所需要的結構。這里，根據現有的情況，假定產品結構指的是具有裝配關系的完整產品，BOM指各種和物料相關的清單。
(1)種項件構成的產品結構
種——要素和基本屬性相同的零件，即物料。它是產品的基本組成又超越產品，在物料表（零件庫）內，擁有唯一的標識代碼(Item ID)。
項——組成產品的零件實例，針對特定產品，是“種”零件的引用。在產品結構中，每一個實際的節點就對應著一項零件，或者認為項就是訂貨代號，擁有自己唯一的標識代碼(Part ID)。
件——是生產中的實物，不在PDM系統中進行管理。
物料是產品的源頭，項引用物料，它既表達了物料相互之間的裝配結構，又反映了客戶需要的訂貨代號的格式。
訂貨代號通過記錄零件、裝配以及BOM路徑唯一確定物料結構展示。BOM路徑是通過物料ID所形成的具有上下級父子關系的結構。通過“訂貨代號+BOM路徑”的組合來唯一確定物料結構展示。種項結構示意圖見圖1。
圖1 種項結構示意圖
(2)工藝過程驅動的物料結構
產品結構上的物料是制造的最終結果，但是物料本身的形態也在制造過程中發生變化。因此，需要有效的數據結構來記錄其變化過程中的階段結果。
一個物料形成的完整過程見圖2。
圖2 物料形成過程
從最初的原材料到最終的成品，經歷一個逐步變化的過程。每一步也會生成相應的物料，這些物料也具有自己的描述性數據，靠工藝過程驅動，靠制造過程實現。為了記錄其變化過程，可以設定如下的記錄方式：為物料分類，物料記錄其分類形式（主要是為了相關邏輯處理），并記錄其源物料。其數據關系見圖3。
圖3 物料形成過程關系
比較特殊的是開坯、焊接和合鑄，他們的物料關系比較復雜。但是，從物料形成和物料裝配的角度來嚴格區分的話，只有開坯屬于物料自身形態的變化，而焊接和合鑄嚴格上都是裝配關系，因此他們之間的關系按照裝配結構來處理，見圖4。記錄源物料這樣一個數據結構能夠滿足開坯過程的要求。
圖4 物料關系分析
(3)業務過程與物料的關系
業務過程和物料的關系是指在業務執行過程中，任務以及依據任務而生成的物料之間的關系。基本上可以分解為三個方面：項目任務WBS與頂層物料的關系，設計任務與物料的關系，以及工藝任務與工藝物料的關系。
業務過程是可以和物料分離存在的，在業務執行過程中產生了物料數據，但是物料數據不是依附于業務過程而存在。
在WBS分解的同時，即生成對應的頂層物料，而且這些物料自動構建起對應的頂層產品結構。執行流程任務時，如果是設計任務，則其任務的產出為物料。物料根據裝配關系搭建產品結構，每個設計任務對應一個物料。如果是執行工藝任務，若有工藝物料則生成對應的物料，同時將生成的工藝文檔掛接在物料上。
(4)和報表相關的BOM及多視圖
如果我們把BOM定義為一種產品構成信息以不同形式抽取而生成的輸出性的結果，那么其本身就是一種報表。是結果而沒有過程，因此不需要管理其過程，只需要按照需求輸出即可。如果產品有變化則再次輸出。
3.2 圖形分離存儲與動態拼接處理
圖形的動態拼接主要是為了實現圖紙的結構化信息與圖紙的非結構化信息的分離管理與集成展示，從而徹底解決CAD的深度集成問題。
圖形的動態拼接主要思路為結構化信息在圖形的可視化輸出、圖形與圖框和圖塊的動態組合。其核心在于各種圖形要素的位置定位以及動態插入。
結構化信息主要包括圖紙本身的描述信息和裝配圖中的參裝件信息以及技術要求、變更等信息。這些信息在動態輸出時根據繪制規則，自動將其映射為標題欄塊、明細欄塊以及技術要求塊和變更塊，并將其自動插入圖形的約定位置或者保存時記憶的位置。
然后將圖形插入圖框的特定位置，進而形成一個完整的CAD圖形。
圖形的分離存儲和動態拼接的基本實現原理是將圖紙各要素分離，記錄他們之間的邏輯關系和位置關系，然后分離存儲。在顯示圖形時，將這些分離的數據取出，按照邏輯關系和位置關系進行拼接，然后顯示。
需要分離的數據可以分解為：圖框、圖形、技術要求、變更區域。其中，圖框容納圖形，技術要求和變更區域在圖形中繪制。為了實現其能夠分離存儲，將技術要求和變更區域以及明細欄和標題欄作為塊輸入。圖形結構化分解示意圖見圖5。
圖5 圖形結構化分解
在存儲時，首先根據系統預定義的圖框信息，從規定坐標范圍內取圖形數據，然后過濾掉技術要求、變更區域等塊，剝離出來圖形信息。
然后再把技術要求塊、變更區域塊等信息提取出來。最后把圖形、技術要求、變更區域等數據信息轉變為流信息，這些信息內置了位置信息，存儲為物理文件。圖形結構化對應數據結構示意圖見圖6。
圖6 圖形結構化對應數據結構
在拼接圖形時，根據圖紙對象，獲取所關聯的圖框、圖形、變更區域、技術要求等，將這些數據以流的方式合并在一起，并從結構化數據中提取數據，填充到相應的標題欄和明細欄，從而形成一個完整的圖形文件。
4 結語
傳統PDM系統在重型裝備行業的推行一直是企業信息化領域的難點，其根本原因就是數據量大，變化多。本文探討了這兩個現象背后的實質，并給出了基于工藝過程的全新物料模型。解決了傳統PDM數據模型架構存在的缺陷，具備定義完整制造過程的數據結構。各業務系統都是圍繞著物料不斷添加表達制造過程的數據，并重構了CAD與PDM的集成關系，解決了結構化數據和圖文檔數據之間的事務一致性。
該理論和架構模型已經在某大型重型裝備制造業的PDM升級改造項目中得以實施，體現與傳統PDM系統模型相比，新系統有著巨大的優勢，為重型裝備制造企業實施PDM系統探索了一條新的可行方案。
核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/
本文標題：PDM系統在重型裝備制造業的應用研究
本文網址：http://www.guhuozai8.cn/html/solutions/14019313575.html
相關文章
