0 引言
产品全生命周期管理(Product life cycle management，PLM)是指管理产品从需求、规划、设计、生产、经销、运行、使用、维修保养、直到回收再用处置的全生命周期中的信息与过程。产品数据管理(Product data management，PDM)是一项管理企业产品生命周期内与产品相关数据的技术。PLM是PDM的继承与发展，是PDM功能及范围的全面拓展，是从产品整个生命周期去考量。PDM技术又是PLM技术的核心组成部分。产品全生命周期管理是企业信息化的关键技术之一，对企业提高其市场竞争力具有重要意义。产品结构管理又是产品数据管理的核心内容，产品结构的完善是产品设计的主要目标之一。同时，产品结构的修改也是产品设计过程中的主要活动。在许多设计过程中设计人员通过产品结构直接将表达设计结果的模型文件组织起来。此外，产品结构所表达的产品功能单元之间的关系本身就是非常重要的产品设计数据。因此，不论是在PDM还是在PLM中，产品结构管理都是一个核心模块。
1 产品结构管理的主要内容和开发原则
1)产品结构树管理。产品结构树是PSM中通行的管理产品构成的方式，也就是用树形视图的形式来建立、表示及管理产品的零部件结构层次。产品结构树具有直观性和方便性，层次清楚，极大地方便了用户浏览、查询及管理产品的结构信息。
2)图文档管理。与产品相关的图纸、文档种类多，数量大，比如产品的设计图纸、产品的工艺卡片、相关设计规范以及产品的BOM表、产品说明书等等，这些图文档的管理也是产品结构管理的一个重要内容，好的图文档管理方法能够使用户方便快捷的查询需要的信息，大大提高管理效率，节省操作时间。相反，如果图文档管理方法不得当，图文档管理混乱，查询不便，工作效率低，这与企业产品信息化的初衷是不符合的。
3)集成技术。产品全生命周期管理是一项复杂工程，由多个模块有机的集成在一起共同实现。企业在应用PLM进行产品结构管理(PSM)时涉及到的一个重要难题是异构系统之间的集成，包括PLM系统与PLM系统的集成，PLM系统与CAD系统的集成，PSM与PCM(产品配置管理)系统的集成，PSM与ERP系统的集成等等。
不同的企业由于产品不同，企业的规模、管理模式以及发展的思路也不一样，他们对于产品全生命周期管理系统的具体要求肯定存在差异。因此，产品全生命周期管理系统本身还具有一定的专用性。系统开发人员开发时应对企业用户的具体需求做全面的调研，做出合理的构建方案，以实用够用为开发原则并留有二次开发的接口，能随时根据企业的需求变化进行升级和改进。具体到本系统而言，一是建立完善的产品信息模型并提供友好的管理界面，二是对企业主打的产品零部件模型、图纸文件进行规范化、标准化处理，三是为其他管理模块提供完备数据信息和功能接口，以用于二次开发。
2 产品结构管理的关键技术
2.1 产品结构模型的构建方法
产品信息模型是在企业模型的范围限定下，根据一定规则对产品对象进行抽象的、结构化的表达。产品结构管理的首要步骤就是确定产品的信息模型。一般产品信息与过程集成的实现方法有两种，即基于产品的过程控制与独立于产品的过程控制。由于本系统的用户流程复杂多样，许多流程并不完全围绕产品结构执行，此外整个信息系统的设计、实现过程中有模块化的需求，为了保证产品模型的有效性和实用性，在本PLM系统中，采用分离模型的方法，产品信息模型与过程模型解耦，为过程模型提供功能接口。
本系统采用四维空间<S，D，T，V>来描述产品的信息模型。四个维度分别为产品结构(Structure，S)、表达方法(Describe，D)、生命周期的信息类型(Type，T)以及版本(Version，V)。利用这四个维度去快速定位所需要的信息内容或者信息索引。例如，要获取部件m的第n个版本的装配图，可以利用参数<S=m，D=图树模型+特征模型，Type=设计（装配图），V=n>来获取相应的装配图索引，通过检索接口获得具体的装配图文件。
2.2 CAD软件集成方法
CAD软件是现代产品设计里不可或缺的工具，产品的设计都是在CAD软件平台上进行的，设计结果也是以相应的文档格式保存。在PLM实施过程中，CAD软件的集成是一个核心问题。目前比较通行的有两种集成方法：一是直接将CAD软件集成到自主开发的PLM系统当中；二是通过集成Workgroup PDM系统实现CAD软件的集成，如图1所示。
图1 CAD软件工具的集成
方法一中，PLM服务端负责产品信息管理、版本控制等功能。PLM客户端管理本地工作区内的文件、获取本地产品信息以及与服务器的同步。一般情况下，PLM系统集成CAD软件可以分为三个层次：系统封装、接口交换、功能集成，三个层次集成紧密程度由低到高。系统封装主要特点PLM系统能够识别、存储并管理应用工具产生的文件，但是产品的设计信息只能通过CAD软件进行浏览。接口交换是通过CAD系统的开发接口实现的。通过相应的API文件，PLM系统可以从CAD系统中获取需要的信息。
方法二中，利用Workgroup PDM系统集成CAD软件，是从Workgroup PDM系统中获取产品信息。信息获取的方式共有三种：直接访问Workgroup PDM服务器，通过解析服务器文件系统获取产品信息；利用Workgroup PDM编程接口获得产品信息；通过监听Workgroup PDM系统产生的事件获取产品信息。方法二充分利用了现有Workgroup PDM功能，减少了系统开发工作量。
考虑到本PSM系统的用户CAD软件选用的是Solidworks，而Workgroup PDM与Solidworks且为同一公司产品，Workgroup PDM客户端能够以插件的形式在Solidworks环境中运行，很大程度上方便了设计人员的使用。通过对系统的实施时间和实施需要综合考虑，采用方法二与Solidworks实现集成。
2.3 产品设计管理模式
产品设计管理模式主要分为基于产品的管理模式和基于零件的管理模式。
基于产品的管理模式是以产品为单位建立独立档案，与该产品相关的所有零部件都单独归档，形成一个以产品为单位的独立体系。这样就会导致不同产品之间相同零部件的重复建档问题。基于零件的管理模式则以零件为单位建立档案，不同产品可以重复调用同一零件信息，这样就解决了重复设计与冗余数据的问题，进而能够实现产品快速配置与变形设计、相似设计。
产品设计过程所涉及到的零部件通常分为三类：一是关键零部件，它是产品的核心部分：二是普通零部件，设计工作量相对较小；三是标准件。
在实际设计研究过程中，以某一产品的设计为目标立项，同时，各个产品中会包含相同的标准件，因此采用混合管理模式。通过自定义的Toolbox建立标准零部件库以管理标准零部件。
3 系统设计
整个信息平台系统的结构如图2所示，可分为界面层、接口层、功能层和数据层四个层次，应用到的关键技术主要有：
图2 系统结构设计
1)面向对象技术。平台设计过程中采用UML建模工具，平台开发采用面向对象编程语言Java等。
2)富因特网应用程序。在产品结构管理的过程中，用户、平台之间需要大量复杂的交互行为。这种交互利用传统的web界面实现比较困难。在平台开发过程中采用Flex技术实现用户接口，并且利用插件的方式实现多种文档的在线呈现。
3)消息队列。主要用于解决与Solidworks Workgroup PDM之间的数据获取问题。
4)XML技术。平台开发中应用XML技术实现数据的存储及交换，定义了平台内部数据交换的格式，利用web服务对异构功能模块的封装等。
实现系统如图3所示。
图3 系统界面
4 结束语
产品结构管理是现代产品设计中产品数据管理的重要组成部分，在整个PLM系统中居于核心地位。本文依据具体企业数据管理的实际需求，通过对目标企业的信息化需求分析，建立了企业的产品结构管理模型，最后利用消息队列、异构系统集成等技术设计并实现了企业的产品结构管理系统。该系统面向具体企业，以实用够用为原则，摒弃了以往企业实施PDM时那种片面追求功能全面华而不实的实施方法。
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本文标题：基于PLM的产品结构管理技术研究
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