1 前言
随着全球化市场竞争日趋激烈，顾客要求日趋个性化，产品需求日趋多元化，从而促使企业生产规模逐步从单品种大批量向多品种变批量的方向发展，给企业提出了新的要求。制造企业要在竞争中立于不败，必须要采用先进的制造技术与管理方法，并能快速响应市场需求的变化，而如何缩短产品从设计到投放市场的周期，将是提高产品竞争力的主要因素之一。从产品的设计、制造、销售等环节上看，要真正地缩短产品面市的时间，就必须在保证设计质量的前提下减少产品制造前的技术准备时间，产品数据管理（Product Data Management，PDM）正是解决这个问题的有效技术和管理手段。
PDM是对产品生命周期数据和过程进行有效管理的方法和技术的总称，它以计算机网络和数据库技术为基础，通过将产品、过程、数据和资源四者关联起来，从而实现产品的生命周期管理、产品数据管理、过程资源配置、工具集成等系统核心功能，同时实现对各种信息的多方式组织，如产品相关数据，产品相关过程，过程相关数据，和特定数据相关的资源等，它的核心思想是设计数据的有序、设计过程的优化、资源的共享和系统集成。
2 PDM系统的实施与应用
为缩短设计周期、提高设计质量，同时实现设计数据的电子化和集成化，公司采用了美国PTC公司的Windchill 9.0系统，该系统可以从产品数据的流程管理、生命周期管理、变更管理、组织团队管理及相关系统的集成等多方面实现真正意义上的产品数据的共享，解决企业信息孤岛问题，实现基于Windchill9.0的设计、工艺、生产加工及售后服务等的数据共享。
2.1 技术管理存在的主要问题
随着计算机技术在大连机车的广泛应用，极大的提高了设计及管理人员的工作效率，给企业带来了可观的经济效益。但是随着应用的深入，原来的技术管理方法及手段已不能满足大连机车当前特别是未来发展的需要析，主要有以下问题：
（1）电子文件管理混乱, 电子数据和纸质图纸内容不统一，无法控制电子文档的版本。现有的电子文档的正确性、完整性就不能得到保障，这就影响到工作效率的提高；
（2）由于缺少有效的工具，电子文档的共享困难，难以实现知识的复用；
（3）设计文件、图纸签审采用的是人工传递的方式，由于各职能部门地理位置分散，人工工作量较大；
（4）由于签审过程中的白图没有保留存档，容易引起审签人员的在白图上标注，没有反应在最终归档的蜡图上；
（5）部分产品使用了pro/E进行了三维设计，但最终归档的二维工程图并没有通过pro/E生成，归档的二维工程图存在和三维模型不一致的情况；
（6）由于客户对产品的个性化需求增多，产品变型设计非常普遍，但是缺乏相应的手段对变型设计进行管理；
（7）对产品BOM结构缺乏统一的管理手段；
（8）缺乏集中管理产品及产品结构数据的工具，技术部门与企业其它相关部门数据交流时效率较低。
为解决上述问题，通过对设计、实验研制和生产管理的各个环节中问题分析，以及对同行业厂所的调研，认为大连机车有必要引进一套PDM产品数据管理系统，来解决大连机车在型号设计、实验研制和生产管理等方面的问题。
2.2 PDM在实施中的关键技术
2.2.1 PDM的实施模型
PDM系统在企业中的实施模型可以用金字塔来表示，如图1所示。任何PDM实施过程中的活动都可以纳入到该模型的某一层面上。
企业的业务需求要求PDM项目的实施一定要面向用户解决实际问题，这是项目实施成功的关键。在概念层我们把企业对产品数据管理的各种需求抽象为诸多个不同的概念，而不同概念的组合就形成了PDM系统的核心功能层面。譬如，业务项的概念用于文档的管理，版本、状态的概念用于工作流的管理等等。系统集成层则使得PDM系统与其它的应用系统共享同一数据或数据链，保证数据源的唯一性，准确性和完整性。扩展应用层使得整个企业在PDM系统框架的支撑下，实现诸如并行工程、协同设计和制造、全面质量管理等先进的管理理念。在金字塔模型中，层次越低，其集成度则越低，层次越高，其集成度也就越高。而随着层次的升高，信息的粒度也就越高。信息粒度主要指所含的信息量。在最低层的概念层上，业务项、状态等所含的信息量少，而在扩展应用层的并行工程一级上，所要处理的信息量就大得多。
图 1：PDM的实施模型
2.2.2 PDM的关键技术
2.2.2.1 部门和用户管理
和其他信息系统一样，角色（Role）管理是PDM管理部门和用户的重要组成部分，使用PDM系统的用户，必须具有某种角色，才能登陆到系统中，获得系统赋予的与角色相对应的权限，通过角色的管理来保证数据库中资料的安全性，有效地防止越权操作，使得文档资料更加安全可靠。
主要功能应该包括：
·角色管理
·工部门和用户的增加
·部门和用户的删除
·部门和用户的查询
·用户向部门中的指定
·用户的有效和无效
2.2.2.2文档管理
文档是PDM系统管理的基本对象，所有操作最终都几乎可以归结到对一个具体文档的操作，所以文档管理是PDM系统核心层中的核心。文档管理的作用域主要在产品的开发过程中，而当产品的开发工作全部结束时，相关文档就应当提交给工程数据库管理模块来管理了。
文档管理的主要功能应该包括：
·文档的建立和属性的定义
·文档的查询和浏览
·文档的保存和入库
·文档的更改
2.2.2.3产品结构管理
PDM系统以树状结构来表达产品零部件之间的层次（隶属）关系。一个具体的产品结构树对象包括了对象属性数据，对象结构（关系）数据，描述文档，属性文档等。在属性文档下，又包括了具有版本属性的所有文档。由不同层次的装配关系对应的不同层次的BOM而组成的树状结构称之为产品结构树。
有了产品结构，PDM系统提供给用户的功能包括：
·自动生成单层BOM和多层BOM
·自动生成所有设计报表并进行汇总统计
·可以自动输出任意查询
2.2.2.4流程管理
流程管理的载体是数据包，主要实现对物料、描述文档的提交、审查、批准、发布归档等过程进行有效管理；同时实现产品设计过程中的各种描述文档进行相关任务的确定和版本变更的维护等，来保证设计过程中任务的完整性和数据的一致性。其主要功能包括：
·业务流程的定义和提交
·部门判断
·流程分解
·各任务并行处理
·发布归档处理
2.2.2.5CAX/ERP软件集成和接口管理
为了将现有的CAX/ERP软件和PDM的软件组成一个集成系统，PDM系统必须具有软件集成管理的功能，能将企业的各种软件进行有机的集成，实现PDM与其它软件之间的双向操作。
对于其它系统和PDM系统的数据传输，一般采用一个共享数据库来保存交换的数据，由各个系统对其进行分享。如CAPP系统需要PDM系统产生的BOM数据，这样PDM系统生成BOM表的格式要与CAPP系统接受的表格式完全一样，然后将其保存在共享数据库中，当CAPP系统需要BOM表时，只需访问共享数据库，提取出相应的BOM表，就达到了数据传输的目的。
2.3PDM系统解决方案
2.3.1文档管理
2.3.1.1文档存储
WindchillPDMLink中对于文档有2个地方可以存储：产品库和存储库。
通常意义上说，产品库是按型号来划分的，产品库中保存和管理的都是型号相关的信息；而存储库则是与具体型号无关的数据和信息。无论是产品库还是存储库都是逻辑名称而不是物理位置，具体方案为：
（1）产品库：
和型号产品直接相关的设计文档，计算说明书，工艺文档，工装文档，质量
文档
对于非标设备文档，也放在产品库中，因为非标设备在系统中也认为是一种产品，所以非标设备文档也放在产品库中，只是不同的产品在产品库中有不同的名称
（2）存储库：
存储库主要存放和标准件，通用件相关的文档以及和产品无直接关系的文档。?
·标准件库：存放和标准件相关的文档
·通用件库：存放企业通用件的相关文档，如通用件的二维图，相关技术说明书等
·质量文档库：存放和产品无直接关系的指导性的质量文档
·工艺文档库：存放和产品无直接关系的工艺文件
·一般文档模板库：存放质量文件，设计文件，工艺文件，计算说明书的模板
2.3.1.2文档分类
文档分类是为了实施后方便资料的使用者快速查询和按照不同的审批流程，按照文档的用途和基本功能将文档划分成若干大类，每大类文档又按照具体内容细分为多个二级分类，每个二级分类有可以细分为具体类型的文档。
Windchill PDM Link采用类型管理器和属性管理器对文档进行分类管理，采用这种方式，系统不需要进行编程开发，而是通过交互式的界面操作就可以实现文档的分类管理，这种方式简单易学，用户经过短暂的培训，就可以自行创建自己的分类文档，非常适合用户自行增加或修改文档类型。其操作界面如图2所示。
图2：文档管理
2.3.1.3文档查询与检索
Windchill系统提供了多种检索机制，以满足客户的需求
（1）基于文档属性的查询
用户可以根据文档的类型、所属部门、或产品代号，型号等基本属性，进行快速的检索，以获得所需的数据。（强烈推荐采用属性查询的方法）
（2）基于文档存储地点的查询
Windchill提供了直观的存储方式。用户可以在系统中直接点击相应的文件柜或文件夹来获得相应的信息，而不需要了解文档物理的存储地点。保持系统的透明性。
（3）基于文档关联性的查询
在Windchill系统中，可以在文档之间、文档与产品结构之间可以建立对应的关联。用户可以通过关联的展开获得所需的信息。如通过产品结构树来获得零部件的模型文件、图纸等。文档的关联查询包括结构层级、参考、结构用法、相关进程、所有版本、版本历史记录、小版本历史记录、生命周期历史记录、另存为历史记录。
2.3.2产品结构管理
产品结构是指由零部件、文档及相关变更通过相互关联形成的树状结构，它是在产品开发的过程中自然形成的，体现了以产品结构为核心的各种信息的管理。
产品结构树上的每一节点只能与一种工具集成，这一点可以根据需要加以选择，其它文档按参考关系与零部件关联。有两种方式将零部件产品结构信息录入到PDMLink系统中：
（1）手工方式：
在系统中手工建立零部件；
零部件对象可以与CAD图档建立关联关系，实现以产品结构为核心的产品数据管理。
（2）集成方式
可以通过CAD工具直接将零部件及其属性和产品结构关系导入的Windchill系统中。
所创建的零部件数据，能够完整表达企业产品结构，能够满足产品数据查询/检索的要求。
2.3.2.1产品结构编辑管理
为了能够更好地对产品结构的改动进行标识，Windchill系统提供了图形化的产品结构批注功能。以便设计人员对产品结构的更改进行批注，并作为附件和原始产品结构进行挂接，从而帮助后续签审人员对产品结构更改的直观察看。
这样的产品结构批注工具（见图3），通常被用作产品结构编辑的工具使用。通过批注，可以对现有的产品结构进行增减、删除、修改等操作的标识，这些修改标识能为变更提供指导，而不会在变更执行前生效，影响原有的BOM。变更执行后，自动生效。一般来说，只有对产品结构就有修改权限的工作人员，才能看到自己对产品结构进行编辑的中间结果，即批注内容，而其他工作人员，看到的始终是批准生效的产品结构信息。
2.3.2.2多视图管理
在产品形成的过程，BOM表现出多态的特性，产品设计BOM形成后，工艺路线定义过程会形成工艺合件，而在产品制造时考虑毛坯，工艺中间件需要生成制造BOM用于组织生产。
PDM BOM视图管理功能提供了管理产品结构多重视图的能力，其中包括建模、设计、计划、制造以及维护等视图。用户可以结合企业的实际情况进行定制。例如，一名工程师可能要用设计视图，而一名工艺规划人员则会用到工艺视图。借助 BOM多视图管理功能，企业可以建立和维护多重产品结构视图，以支持不同角度的观察。
图3：产品结构批注工具
2.3.3流程管理
2.3.3.1流程固化
Windchill提供流程模板编辑工具，可以方便的将当前企业的业务过程，通过图形化的方式进行定义。
模板包括生命周期模板和工作流模板。
（1）生命周期模板。生命周期建立一组状态，用于确定对象的成熟阶段，例如“正在工作状态”、“审批状态”和“发放状态”等。
（2）工作流程模板。工作流模板可以应用于每个状态，以建立该状态内将发生的特定事件和任务。工作流模板的组成有任务与任务组节点、条件判断节点和自动机节点，以及节点间连接符组成。通过不同类型的任务节点、条件判断节点和自动机节点的相关连接与组合，可以形成企业各类不同业务过程的描述。
形成的工作流程模板，可以通过Windchill进行有效性验证，避免流程模板定义过程中的死循环、没有结束条件以及条件表达式参数错误等问题，保证流程模板的可执行性。
工作流程模板见图4。
图4：工作流程模板
2.3.3.2流程进度管理
工作流程管理员可以用PDM平台提供的图形方式，监视和管理正在进行的工作流程，并能审查已经完成的或人为中止的过程，以及工作流程和活动的详细信息，可以指明某个活动当前的状态，它什么时候开始、什么时候结束、它的时间段，参与人员以及变化值。可以加快、跳过、暂停和恢复、或者中止某些过程的活动。将实际的任务进度采用如图5所示的方式进行直观地显示，简化业务主管工作人员的使用。
图5：流程进度管理
2.4PDM系统实施效果
系统配置方面，我们在完成WINDCHILL9.0标准环境的配置、服务器最新标准件库的创建的同时制订了最新的PRO/E设计环境、三维模板及二维图框标题栏，既符合了国内设计生产施工的需求，又能满足技术引进、国际合作的需求，并制订了相应的二维出图规范、产品数据管理业务规范等企业标准。UAT测试阶段，利用庞巴迪机车转向架的设计数据对WINDCHILL9.0所有标准功能及针对我公司二次开发的所有操作功能进行了测试，在不断发现问题、解决问题甚至修改方案的过程中完成了大连机车WINDCHILL9.0一期的搭建工作。在实施阶段，首先为设计师进行了使用操作培训，编写PDM用户手册、培训教材、操作规范等，指导其完成自身的数据管理工作。目前，WINDCHILL9.0服务器已经管理包括HXD3电力机车在内的30余种已归档车型的相关数据。
另外，此次PDM实施，在升级PRO/E的同时，我们又引进了MODELCHECK，利用其功能实现对Pro/E三维模型和Pro/E二维工程图在入库检入前的规范性检查，保证检入服务器的数据都是有用、准确的数据，进而保证后续BOM汇总数据的准确性，为后续工作提供一个统一、准确的基础数据。
为创建符合公司现状的企业资源管理库，我们在WINDCHILL9.0系统内实现了CAPP文件的签审流程、实现了PBOM对EBOM的完全集成、实现了材料定额在PDM内的汇总及管理，真正实现了工艺系统对设计数据的完全集成。目前包括所有相关车间及工艺处在内的工艺系统人员已经完全可以在KMCAPP内完成其相应工作，在克服传统手工工艺设计的缺点、提高工艺编制的效率的同时推进工艺设计的最优化、标准化、智能化，同时实现了设计数据的统一来源，并最终实现工艺数据的PDM管理。
3 结论
通过企业级的PDM系统实施，可以为公司各个信息系统及部门提供集成、共享的基于单一产品数据源的基础数据平台，实现产品相关数据的统一管理，从产品全生命周期管理的角度提供快速处理更改、以及控制从概念到设计直到制造生产和售后服务整个动态产品开发过程的产品数据管理，有效解决企业信息孤岛问题，为实现企业设计数字化、制造装备数字化、生产过程数字化、管理信息化，奠定重要的基础。
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