1 引言
在竞争异常激烈的当今社会，企业的综合竞争力决定了企业的生存能力，而企业的竞争力可以归结为5项因素，即产品功能、产品质量、产品成本、产品交货期以及服务质量。如果把这5项因素比作组成木桶的5块木板，木桶所能容纳水的体积即企业的竞争力，由此可见，企业的竞争力取决于最短的那块木板。为了均衡各因素，并有效地管理产品数据及其相关过程，国内外许多企业都相继引进了产品数据管理(product data management，PDM)先进技术。目前市场上所提供的PDM系统并不是专门为注射模企业定制的，在具体的实施中大多要进行二次开发，对用户的要求也较高，系统的整体功能相对庞大，价格昂贵，这是大多数中小型注射模企业难以承受的。模具是典型的订单式生产，每副模具都可以说是一个新产品，在模具的整个生命周期中，其结构往往要频繁更改，而企业内部信息传递速度慢，信息共享程度低，如何及时、有效地进行高效沟通及数据共享，使数据和过程更加透明，是现代模具企业面临的一大问题。在保证制品使用功能的前提下，如何提高制品的质量、缩短模具的开发周期、降低生产成本是模具行业迫切需要解决的问题。
现针对某一注射模企业（以下简称为H公司）产品数据管理的需要，在以工作流为核心的PDM系统基础上，构筑一个产品结构与配置管理的平台，把与产品有关的所有信息进行分类归档，方便组织模具设计，完善模具结构，在企业内部和企业间及时方便地共享设计、制造所产生的大量存档数据和相关产品信息，有效地实现了注射模产品的文档管理功能和产品结构与配置管理功能。
2 产品结构与配置管理在注射模PDM系统中的应用
产品数据管理系统应该具有的主要功能模块有电子仓库与文档管理、产品结构与配置管理、工作流管理、工程变更管理以及项目管理等，其中产品结构与配置管理模块和工作流管理模块是PDM系统最为核心的两大模块。而在以工作流为核心的模具PDM系统中，产品结构与配置管理模块也是与其他CAX应用系统集成的纽带。产品结构与配置管理是产品数据组织和管理的一种形式，它以电子仓库为底层支持，以物料清单(BOM)为组织核心，并在特定的目标或规则约束下，向用户或应用系统配置出产品结构的各个不同视图，例如设计视图、计划视图、制造视图、采购视图等，从而实现对产品结构与配置信息和物料清单的管理。
注射模因为其本身所特有的复杂性以及模具行业典型的订单式生产特点，决定了模具的设计及生产过程不同于一般的产品，其过程是比较繁复的，所以可把每一个订单看作一个相对独立的项目。而保证项目进度的透明性有助于缩短模具设计制造的生命周期，提高企业竞争力，这就要求注射模企业必须实施专为模具开发的产品数据管理系统。H公司的模具项目生命周期如图1所示。
图1 模具项目生命周期
3 注射模PDM系统的产品结构管理模块研究
模具在设计开发时都面临一个核心问题，就是如何描述产品及其零部件的关系。由于注射模结构相对比较固定，而每一副新模具都必然会引用过去模具设计的部分成果，或把过去的模具零部件结构稍作改变并重新编组形成一副新模具。如何从宏观上掌握一副模具的整体结构，是摆在模具设计人员面前的重要问题。本系统中的产品结构与配置管理模块，包括产品结构管理和产品配置管理2个部分，其中产品结构管理的主要功能包括产品结构层次关系管理，即产品结构树管理、产品零部件所对应的所有文档管理和产品结构文档的版本管理，产品配置管理的主要功能根本上就是对物料清单(BOM)的管理，实现产品结构的多视图管理以及物料清单的自动输出，确保各个部门所需物料清单的一致性。
3.1 产品结构层次关系管理
对于注射模企业，模具通常是由一系列的零件和部件装配组合而成，而部件又是由一系列的零件及子部件装配组合而成，如此遍历下去就形成了一个类似树状的结构，称为产品结构树。在产品结构树中，根节点代表注射模产品（或部件），枝节点代表部件，叶节点则代表零件。而且在模具设计、制造过程中，由于模具结构的设计及更改会产生各类数据、文档，包括功能介绍文档、设计文档、CAD图样、产品规格说明文档、订单合同等，而这些文档数据都是依附于每副具体的模具、零部件而存在的，并且要求从产品零部件的属性中可以得到与图样相关的各种信息。
在以工作流为核心的产品数据管理系统中，通常都是用产品结构树的形式来管理与产品有关的数据文档，产品结构树上的每个节点代表一副模具或其中的某个零部件，而每个零部件对象都有自己相对应的文档及属性，属性则应包括如零部件标识码、名称、版本号、数量、材料、类型（自制件、外协件、外购件）等在内的所有信息，这样可以使数据的管理看起来更加简明，数据层次也更加清晰，极大地方便了模具工作人员。产品结构树分为功能结构树和实体结构树。所谓功能结构树，就是依据组成模具的功能模块系统而分，例如成型零件系统（型腔、型芯、镶块等）、浇注系统（主流道、分流道、浇口和冷料穴等）、脱模系统（推杆、推管和推件板等）、排气系统、温度调节系统（冷却、加热）、侧向分型抽芯机构以及导向定位系统（导柱导向机构和锥面导向机构）等等；而在实际应用中，大多采用实体结构树，所谓实体结构树，即对模具实体存在的组成零部件进行分类，这样便于模具设计，也有利于查询。注射模的实体结构树见图2。
图2 注射模结构树
3.2 文档的组织关系
产品结构所涉及的数据涵盖了注射模整个生命周期中的设计工程数据、产品实体模型、工程图样、技术规范、工艺文件等等有关零部件的数据。这些数据的数量很大，它们包括设计任务书、设计规范、二维图样、三维模型、各种工艺数据文件、合同文件、技术手册等。就以制造部门为例，它涉及到工艺制定、毛坯加工、装配调整以及试模修模等多个环节，且这些环节也多有反复。而这一过程所产生的数据就有工艺卡、加工生产计划、试模申请单、修模报告及工艺调整等各种图文档。
系统中，产品结构与配置管理模块的文档组织采用文件夹的形式，即通过文件夹作为连接模具或零部件对象与文档对象的途径，即每个节点都有自己的文件夹，而此文件夹包含了所有与此节点相关的文档数据，包括版本的更新数据，这样就能实现通过对文件夹的不同分类管理达到对各种不同文档的分类管理的效果，如图3所示。
图3 零部件、文件夹与文档间的关系
一副模具或其零部件可以有多个不同的文件夹，因为零部件属性的多样性，一个文件夹则必定包含了多个不同的文档数据。通过建立文件夹与零部件节点间的关联指针，就可以实现对注射模产品中不同零部件的各个文档进行管理。通过这种管理方式能够更好地完成产品从设计、制造到交货的整个生命周期中的文档管理工作。
综合前两节对注射模结构层次和文档组织关系的论述，本系统建立了模具管理界面，如图4所示，页面继承了企业职工在实施PDM系统前的工作习惯，保留了资源管理器式的操作界面，降低了使用难度，并能从宏观上把握企业所有模具项目的产品结构，并可对模具结构进行基本操作（每个模具项目都有项目负责人，并由项目负责人对参与人员进行角色和权限分配，只有拥有权限的职工才可以对产品结构进行访问并进行相关操作）。
图4 模具管理界面
3.3 版本管理
通常注射模的设计过程是个连续的更改过程，一副模具在其设计过程中会不断地被修改、完善，直到模具的完成。而模具或其零部件每经过一次修改就会产生一个相应的新版本，也就是说一个文档数据可能会有多个不同的版本。图5表示了模具零部件中数据文档在其生命周期内的变化流程图。当设计部门根据文档所属项目（即模具产品）进行文档检入，系统会获取该文档所属结构树节点对象的编号，并把编号及父编号存入数据库中，把检入的文档上传到服务器中对应的文件夹中，签入的文档版本代表该文档已创建；新检入的文档要经过审核，此时设计部门人员还是可以对该文档进行检出操作，且不发生版本升级；如果已经发布的版本经制造、工艺等部门审核还需要修改，则设计部门还是要对该文档检出，且系统会保证同一时间只能有一个用户对该文档进行检出操作，防止版本升级的错乱，其他部门也不能对此文档进行引用，确保各部门在正确的时间引用正确的文档；即使是已经归档的版本，若需要进行修改同样会发生版本升级，再重新检入这一循环操作过程。
图5 版本状态变化流程图
上面已经提出，一个项目的所有文档都是依附于这个项目的产品结构树而存在的，若想不经过产品结构树而快速查询到文档并进行相关操作，就需要一个文档管理页面，图6是本系统文档版本操作的一个页面，可以按项目名称、文档名称、文档编号等方式进行查询，在该页面中，已创建工作版本，提交经审核后若要修改，则设计人员对该文档进行检出，检出后其他人不能对此文档进行引用、下载等操作，同时其他人也不能再次对此文档进行检出操作，确保一个文档不能同时被2个人检出修改，而且检出文档的状态会变为“修改中”，方便大家查看，此过程称为版本升级的加锁过程。等到该设计人员检入此文档后，版本又变为已创建，但版本号会线性增加，新检入的文档还要经过审核等循环操作过程，直到文档成为发布版本并归档。所谓冻结版本，即文档一旦被冻结，任何人不能对该文档进行任何操作，当然解冻后，该文档还是工作版本。在本系统中，勾选任一文档，可以查看其生命周期中的所有版本，并为有权限的人员提供下载功能。
图6 文档版本管理
本系统中的版本管理不是仅针对图样数据，而是面向产品的所有对象。从图5可以看出，零部件的设计信息会有不同的版本，而由零部件的不同版本配置出的具体的注射模结构也会不同，于是就有了产品结构的配置管理。
3.4 产品结构配置管理
产品结构配置的定义：在事先建立的完整注射模结构的基础上，依据客户所提出的功能要求，在系统中选择符合规则条件的零部件或重新设计，把这些零部件按照各自的功能以及某些约束规则（如装配关系）进行重新编组，就形成了一个具体的注射模产品，这个过程称为产品结构配置，其中的约束条件称为产品结构配置条件。很显然，产品配置管理是以产品结构为核心来配置新产品的结构，克服了以文档为核心的管理上的弊端（不清楚具体文档的所属及其版本升级过程，使产品信息中的文档看起来杂乱无章），从而有效地加速新产品结构的形成。
上面已经提出，在模具设计的整个生命周期中，其零部件必定会经过多次反复的修改，产生多个不同的版本。为了满足不同客户的功能需求，同一类产品则会有不同的结构以及不同的零部件结构，就算选用同一零部件，也可能会选用不同的文档数据版本。所以产品结构配置的结果是庞大的，人为管理这项结果的任务也是非常艰巨的，这就迫切需要产品配置管理系统的产生。
相对于其他制造企业来说，模具产品的结构较固定，一副新模具的设计制造过程也相对固定，便于在以工作流为核心的PDM系统中实施产品结构配置管理。
3.5 产品结构多视图管理
在注射模企业中，由于各个部门要求的工作任务不同，所需要的模具信息也不同，也就是说不同的部门需要不同的模具组织视图。设计部门是产生模具主要信息的来源，需要考虑实现模具功能的结构以及各个零部件之间的约束关系和装配关系，所产生的产品结构视图也反映了模具零部件的层次关系。制造部门就要根据设计部门提供的零件图来加工这些零件。为了提高生产设备的加工效率，往往是按照零件的加工方式来组织生产，如数控加工件、电加工件等。工艺规划部门要为模具的加工生产做好准备，需要通过计划产品结构视图清楚地知道那些零部件是自己生产以及生产加工工艺，所以该部门所使用的产品结构视图应当是按照零件的工艺类型来组织的，是工艺规划的结果。采购部门要为制造部门的生产加工做好备料准备，需要从设计部门提供的产品结构信息中获取需要采购的物料清单，以便及时补给库存，避免物料的积压或不足。图7显示了H公司产品结构多视图的数据源。
图7 产品结构多视图数据源
系统在对H公司的实际需求进行详细分析后，将计划视图和制造视图合二为一，称为计划BOM，它的信息主要包括模具2D/3D加工图、工艺卡以及模具的生产计划。所以本系统针对这种情况对产品结构多视图进行了开发，如图8所示，企业不同部门可以根据不同的项目进行产品结构多视图的生成。本系统还提供了BOM模板的自行配置功能，各部门可根据自身需要配置出所需BOM视图包含的属性，极大地提高系统的自动化程度。
图8 产品结构多视图配置
产品结构多视图功能的实现为模具各个工作部门提供了详细的模具数据信息，设计部门要确保提供模具最全面的零部件属性及图样，这样其他部门才能确切得到想要的信息，并根据自身职责完成信息的补充和完善。不同的产品结构视图直观地反映了模具在其生命周期内不同阶段的定义信息。在进行产品结构配置时，PDM系统会自动记录各个零部件的配置层次和它们之间的约束规则。
4 结束语
产品结构与配置管理是PDM系统的最基本功能，也是其核心功能，是企业快速响应客户订单、缩短模具设计生产周期的关键技术，它贯穿于模具设计制造的全过程。通过产品结构树，将模具或其零部件对象与其对应相关的文档数据对象建立指针关联，既保证了模具产品信息的一致性，又提高了查询的速度，极大地方便了设计工作的进行，将设计人员从繁复的设计工作中解脱出来。
在对一家注射模企业项目生命周期特点研究的基础上，结合该企业设计生产的特点，提出了产品结构树及产品多视图定义及生成方法。与此同时，根据产品结构树的定义，实现了注射模产品结构管理与文档管理的设计，为后续PDM系统平台中各个功能模块的集成和应用打下良好的基础。
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本文标题：注射模企业中产品结构与配置管理的研究
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