1 前言
隨著全球化市場競爭日趨激烈，顧客要求日趨個性化，產品需求日趨多元化，從而促使企業生產規模逐步從單品種大批量向多品種變批量的方向發展，給企業提出了新的要求。制造企業要在競爭中立于不敗，必須要采用先進的制造技術與管理方法，并能快速響應市場需求的變化，而如何縮短產品從設計到投放市場的周期，將是提高產品競爭力的主要因素之一。從產品的設計、制造、銷售等環節上看，要真正地縮短產品面市的時間，就必須在保證設計質量的前提下減少產品制造前的技術準備時間，產品數據管理（Product Data Management，PDM）正是解決這個問題的有效技術和管理手段。
PDM是對產品生命周期數據和過程進行有效管理的方法和技術的總稱，它以計算機網絡和數據庫技術為基礎，通過將產品、過程、數據和資源四者關聯起來，從而實現產品的生命周期管理、產品數據管理、過程資源配置、工具集成等系統核心功能，同時實現對各種信息的多方式組織，如產品相關數據，產品相關過程，過程相關數據，和特定數據相關的資源等，它的核心思想是設計數據的有序、設計過程的優化、資源的共享和系統集成。
2 PDM系統的實施與應用
為縮短設計周期、提高設計質量，同時實現設計數據的電子化和集成化，公司采用了美國PTC公司的Windchill 9.0系統，該系統可以從產品數據的流程管理、生命周期管理、變更管理、組織團隊管理及相關系統的集成等多方面實現真正意義上的產品數據的共享，解決企業信息孤島問題，實現基于Windchill9.0的設計、工藝、生產加工及售后服務等的數據共享。
2.1 技術管理存在的主要問題
隨著計算機技術在大連機車的廣泛應用，極大的提高了設計及管理人員的工作效率，給企業帶來了可觀的經濟效益。但是隨著應用的深入，原來的技術管理方法及手段已不能滿足大連機車當前特別是未來發展的需要析，主要有以下問題：
（1）電子文件管理混亂, 電子數據和紙質圖紙內容不統一，無法控制電子文檔的版本。現有的電子文檔的正確性、完整性就不能得到保障，這就影響到工作效率的提高；
（2）由于缺少有效的工具，電子文檔的共享困難，難以實現知識的復用；
（3）設計文件、圖紙簽審采用的是人工傳遞的方式，由于各職能部門地理位置分散，人工工作量較大；
（4）由于簽審過程中的白圖沒有保留存檔，容易引起審簽人員的在白圖上標注，沒有反應在最終歸檔的蠟圖上；
（5）部分產品使用了pro/E進行了三維設計，但最終歸檔的二維工程圖并沒有通過pro/E生成，歸檔的二維工程圖存在和三維模型不一致的情況；
（6）由于客戶對產品的個性化需求增多，產品變型設計非常普遍，但是缺乏相應的手段對變型設計進行管理；
（7）對產品BOM結構缺乏統一的管理手段；
（8）缺乏集中管理產品及產品結構數據的工具，技術部門與企業其它相關部門數據交流時效率較低。
為解決上述問題，通過對設計、實驗研制和生產管理的各個環節中問題分析，以及對同行業廠所的調研，認為大連機車有必要引進一套PDM產品數據管理系統，來解決大連機車在型號設計、實驗研制和生產管理等方面的問題。
2.2 PDM在實施中的關鍵技術
2.2.1 PDM的實施模型
PDM系統在企業中的實施模型可以用金字塔來表示，如圖1所示。任何PDM實施過程中的活動都可以納入到該模型的某一層面上。
企業的業務需求要求PDM項目的實施一定要面向用戶解決實際問題，這是項目實施成功的關鍵。在概念層我們把企業對產品數據管理的各種需求抽象為諸多個不同的概念，而不同概念的組合就形成了PDM系統的核心功能層面。譬如，業務項的概念用于文檔的管理，版本、狀態的概念用于工作流的管理等等。系統集成層則使得PDM系統與其它的應用系統共享同一數據或數據鏈，保證數據源的唯一性，準確性和完整性。擴展應用層使得整個企業在PDM系統框架的支撐下，實現諸如并行工程、協同設計和制造、全面質量管理等先進的管理理念。在金字塔模型中，層次越低，其集成度則越低，層次越高，其集成度也就越高。而隨著層次的升高，信息的粒度也就越高。信息粒度主要指所含的信息量。在最低層的概念層上，業務項、狀態等所含的信息量少，而在擴展應用層的并行工程一級上，所要處理的信息量就大得多。
圖 1：PDM的實施模型
2.2.2 PDM的關鍵技術
2.2.2.1 部門和用戶管理
和其他信息系統一樣，角色（Role）管理是PDM管理部門和用戶的重要組成部分，使用PDM系統的用戶，必須具有某種角色，才能登陸到系統中，獲得系統賦予的與角色相對應的權限，通過角色的管理來保證數據庫中資料的安全性，有效地防止越權操作，使得文檔資料更加安全可靠。
主要功能應該包括：
·角色管理
·工部門和用戶的增加
·部門和用戶的刪除
·部門和用戶的查詢
·用戶向部門中的指定
·用戶的有效和無效
2.2.2.2文檔管理
文檔是PDM系統管理的基本對象，所有操作最終都幾乎可以歸結到對一個具體文檔的操作，所以文檔管理是PDM系統核心層中的核心。文檔管理的作用域主要在產品的開發過程中，而當產品的開發工作全部結束時，相關文檔就應當提交給工程數據庫管理模塊來管理了。
文檔管理的主要功能應該包括：
·文檔的建立和屬性的定義
·文檔的查詢和瀏覽
·文檔的保存和入庫
·文檔的更改
2.2.2.3產品結構管理
PDM系統以樹狀結構來表達產品零部件之間的層次（隸屬）關系。一個具體的產品結構樹對象包括了對象屬性數據，對象結構（關系）數據，描述文檔，屬性文檔等。在屬性文檔下，又包括了具有版本屬性的所有文檔。由不同層次的裝配關系對應的不同層次的BOM而組成的樹狀結構稱之為產品結構樹。
有了產品結構，PDM系統提供給用戶的功能包括：
·自動生成單層BOM和多層BOM
·自動生成所有設計報表并進行匯總統計
·可以自動輸出任意查詢
2.2.2.4流程管理
流程管理的載體是數據包，主要實現對物料、描述文檔的提交、審查、批準、發布歸檔等過程進行有效管理；同時實現產品設計過程中的各種描述文檔進行相關任務的確定和版本變更的維護等，來保證設計過程中任務的完整性和數據的一致性。其主要功能包括：
·業務流程的定義和提交
·部門判斷
·流程分解
·各任務并行處理
·發布歸檔處理
2.2.2.5CAX/ERP軟件集成和接口管理
為了將現有的CAX/ERP軟件和PDM的軟件組成一個集成系統，PDM系統必須具有軟件集成管理的功能，能將企業的各種軟件進行有機的集成，實現PDM與其它軟件之間的雙向操作。
對于其它系統和PDM系統的數據傳輸，一般采用一個共享數據庫來保存交換的數據，由各個系統對其進行分享。如CAPP系統需要PDM系統產生的BOM數據，這樣PDM系統生成BOM表的格式要與CAPP系統接受的表格式完全一樣，然后將其保存在共享數據庫中，當CAPP系統需要BOM表時，只需訪問共享數據庫，提取出相應的BOM表，就達到了數據傳輸的目的。
2.3PDM系統解決方案
2.3.1文檔管理
2.3.1.1文檔存儲
WindchillPDMLink中對于文檔有2個地方可以存儲：產品庫和存儲庫。
通常意義上說，產品庫是按型號來劃分的，產品庫中保存和管理的都是型號相關的信息；而存儲庫則是與具體型號無關的數據和信息。無論是產品庫還是存儲庫都是邏輯名稱而不是物理位置，具體方案為：
（1）產品庫：
和型號產品直接相關的設計文檔，計算說明書，工藝文檔，工裝文檔，質量
文檔
對于非標設備文檔，也放在產品庫中，因為非標設備在系統中也認為是一種產品，所以非標設備文檔也放在產品庫中，只是不同的產品在產品庫中有不同的名稱
（2）存儲庫：
存儲庫主要存放和標準件，通用件相關的文檔以及和產品無直接關系的文檔。?
·標準件庫：存放和標準件相關的文檔
·通用件庫：存放企業通用件的相關文檔，如通用件的二維圖，相關技術說明書等
·質量文檔庫：存放和產品無直接關系的指導性的質量文檔
·工藝文檔庫：存放和產品無直接關系的工藝文件
·一般文檔模板庫：存放質量文件，設計文件，工藝文件，計算說明書的模板
2.3.1.2文檔分類
文檔分類是為了實施后方便資料的使用者快速查詢和按照不同的審批流程，按照文檔的用途和基本功能將文檔劃分成若干大類，每大類文檔又按照具體內容細分為多個二級分類，每個二級分類有可以細分為具體類型的文檔。
Windchill PDM Link采用類型管理器和屬性管理器對文檔進行分類管理，采用這種方式，系統不需要進行編程開發，而是通過交互式的界面操作就可以實現文檔的分類管理，這種方式簡單易學，用戶經過短暫的培訓，就可以自行創建自己的分類文檔，非常適合用戶自行增加或修改文檔類型。其操作界面如圖2所示。
圖2：文檔管理
2.3.1.3文檔查詢與檢索
Windchill系統提供了多種檢索機制，以滿足客戶的需求
（1）基于文檔屬性的查詢
用戶可以根據文檔的類型、所屬部門、或產品代號，型號等基本屬性，進行快速的檢索，以獲得所需的數據。（強烈推薦采用屬性查詢的方法）
（2）基于文檔存儲地點的查詢
Windchill提供了直觀的存儲方式。用戶可以在系統中直接點擊相應的文件柜或文件夾來獲得相應的信息，而不需要了解文檔物理的存儲地點。保持系統的透明性。
（3）基于文檔關聯性的查詢
在Windchill系統中，可以在文檔之間、文檔與產品結構之間可以建立對應的關聯。用戶可以通過關聯的展開獲得所需的信息。如通過產品結構樹來獲得零部件的模型文件、圖紙等。文檔的關聯查詢包括結構層級、參考、結構用法、相關進程、所有版本、版本歷史記錄、小版本歷史記錄、生命周期歷史記錄、另存為歷史記錄。
2.3.2產品結構管理
產品結構是指由零部件、文檔及相關變更通過相互關聯形成的樹狀結構，它是在產品開發的過程中自然形成的，體現了以產品結構為核心的各種信息的管理。
產品結構樹上的每一節點只能與一種工具集成，這一點可以根據需要加以選擇，其它文檔按參考關系與零部件關聯。有兩種方式將零部件產品結構信息錄入到PDMLink系統中：
（1）手工方式：
在系統中手工建立零部件；
零部件對象可以與CAD圖檔建立關聯關系，實現以產品結構為核心的產品數據管理。
（2）集成方式
可以通過CAD工具直接將零部件及其屬性和產品結構關系導入的Windchill系統中。
所創建的零部件數據，能夠完整表達企業產品結構，能夠滿足產品數據查詢/檢索的要求。
2.3.2.1產品結構編輯管理
為了能夠更好地對產品結構的改動進行標識，Windchill系統提供了圖形化的產品結構批注功能。以便設計人員對產品結構的更改進行批注，并作為附件和原始產品結構進行掛接，從而幫助后續簽審人員對產品結構更改的直觀察看。
這樣的產品結構批注工具（見圖3），通常被用作產品結構編輯的工具使用。通過批注，可以對現有的產品結構進行增減、刪除、修改等操作的標識，這些修改標識能為變更提供指導，而不會在變更執行前生效，影響原有的BOM。變更執行后，自動生效。一般來說，只有對產品結構就有修改權限的工作人員，才能看到自己對產品結構進行編輯的中間結果，即批注內容，而其他工作人員，看到的始終是批準生效的產品結構信息。
2.3.2.2多視圖管理
在產品形成的過程，BOM表現出多態的特性，產品設計BOM形成后，工藝路線定義過程會形成工藝合件，而在產品制造時考慮毛坯，工藝中間件需要生成制造BOM用于組織生產。
PDM BOM視圖管理功能提供了管理產品結構多重視圖的能力，其中包括建模、設計、計劃、制造以及維護等視圖。用戶可以結合企業的實際情況進行定制。例如，一名工程師可能要用設計視圖，而一名工藝規劃人員則會用到工藝視圖。借助 BOM多視圖管理功能，企業可以建立和維護多重產品結構視圖，以支持不同角度的觀察。
圖3：產品結構批注工具
2.3.3流程管理
2.3.3.1流程固化
Windchill提供流程模板編輯工具，可以方便的將當前企業的業務過程，通過圖形化的方式進行定義。
模板包括生命周期模板和工作流模板。
（1）生命周期模板。生命周期建立一組狀態，用于確定對象的成熟階段，例如“正在工作狀態”、“審批狀態”和“發放狀態”等。
（2）工作流程模板。工作流模板可以應用于每個狀態，以建立該狀態內將發生的特定事件和任務。工作流模板的組成有任務與任務組節點、條件判斷節點和自動機節點，以及節點間連接符組成。通過不同類型的任務節點、條件判斷節點和自動機節點的相關連接與組合，可以形成企業各類不同業務過程的描述。
形成的工作流程模板，可以通過Windchill進行有效性驗證，避免流程模板定義過程中的死循環、沒有結束條件以及條件表達式參數錯誤等問題，保證流程模板的可執行性。
工作流程模板見圖4。
圖4：工作流程模板
2.3.3.2流程進度管理
工作流程管理員可以用PDM平臺提供的圖形方式，監視和管理正在進行的工作流程，并能審查已經完成的或人為中止的過程，以及工作流程和活動的詳細信息，可以指明某個活動當前的狀態，它什么時候開始、什么時候結束、它的時間段，參與人員以及變化值。可以加快、跳過、暫停和恢復、或者中止某些過程的活動。將實際的任務進度采用如圖5所示的方式進行直觀地顯示，簡化業務主管工作人員的使用。
圖5：流程進度管理
2.4PDM系統實施效果
系統配置方面，我們在完成WINDCHILL9.0標準環境的配置、服務器最新標準件庫的創建的同時制訂了最新的PRO/E設計環境、三維模板及二維圖框標題欄，既符合了國內設計生產施工的需求，又能滿足技術引進、國際合作的需求，并制訂了相應的二維出圖規范、產品數據管理業務規范等企業標準。UAT測試階段，利用龐巴迪機車轉向架的設計數據對WINDCHILL9.0所有標準功能及針對我公司二次開發的所有操作功能進行了測試，在不斷發現問題、解決問題甚至修改方案的過程中完成了大連機車WINDCHILL9.0一期的搭建工作。在實施階段，首先為設計師進行了使用操作培訓，編寫PDM用戶手冊、培訓教材、操作規范等，指導其完成自身的數據管理工作。目前，WINDCHILL9.0服務器已經管理包括HXD3電力機車在內的30余種已歸檔車型的相關數據。
另外，此次PDM實施，在升級PRO/E的同時，我們又引進了MODELCHECK，利用其功能實現對Pro/E三維模型和Pro/E二維工程圖在入庫檢入前的規范性檢查，保證檢入服務器的數據都是有用、準確的數據，進而保證后續BOM匯總數據的準確性，為后續工作提供一個統一、準確的基礎數據。
為創建符合公司現狀的企業資源管理庫，我們在WINDCHILL9.0系統內實現了CAPP文件的簽審流程、實現了PBOM對EBOM的完全集成、實現了材料定額在PDM內的匯總及管理，真正實現了工藝系統對設計數據的完全集成。目前包括所有相關車間及工藝處在內的工藝系統人員已經完全可以在KMCAPP內完成其相應工作，在克服傳統手工工藝設計的缺點、提高工藝編制的效率的同時推進工藝設計的最優化、標準化、智能化，同時實現了設計數據的統一來源，并最終實現工藝數據的PDM管理。
3 結論
通過企業級的PDM系統實施，可以為公司各個信息系統及部門提供集成、共享的基于單一產品數據源的基礎數據平臺，實現產品相關數據的統一管理，從產品全生命周期管理的角度提供快速處理更改、以及控制從概念到設計直到制造生產和售后服務整個動態產品開發過程的產品數據管理，有效解決企業信息孤島問題，為實現企業設計數字化、制造裝備數字化、生產過程數字化、管理信息化，奠定重要的基礎。
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