面向机电一体化设计，实施PDM的创新与实践

2007UFC中国用户论文集面向机电一体化设计，实施PDM的创新与实践杨建林江南电子通信研究所-1-2007UFC中国用户论文集面向机电一体化设计，实施PDM的创新与实践杨建林江南电子通信研究所摘要:主流PDM产品在机械制造业已经具备相对完整成熟的解决方案，由于电子设计平台软件（EDA）种类太多及电子行业的自身特性，在电子行业还缺少系统完整的应用解决方案。通过参与到实施TeamcenterEnterprise2005的项目当中，就过程中遇到的实际问题进行经验总结。探讨面向机电一体化设计行业，实施PDM如何走出一条创新与实践之路。关键词:TeamcenterEnterprise、机电一体化设计、JT、SolidEdge、Protel99se1行业背景军工企业经营管理的特殊性，以单件小批量生产为主，重复性差，管理复杂；军工项目的特殊性，以新产品和新技术的研制为主，项目风险大，进度和成本难以控制；行业的特殊性，决定了它无法借鉴国外的先进经验，“与国际接轨”的概念无从谈起；同时，又没有成熟的国内经验可以借鉴；必须设法尽快走出有自己特色的道路；市场的激烈竞争，使军工企业开始认识到提高管理水平的重要性，认识到提高信息化水平的紧迫性。由此根据军工企业具体特点，实施有针对性的、实用的、高水平的产品数据管理系统（PDM）是军工企业信息化系统工程的重要组成部分。在整个军工行业背景下，以电子设计为主体，机电一体化设计的电子类研究所又有其自身的行业特点。越来越多的电子组装或研发行业正在考虑实施产品数据管理系统（PDM），传统意义上PDM更多应用于机械制造行业，在电子研发行业实施PDM在技术要求和机械行业有哪些区别，是很多电子行业实施PDM系统时必须考虑的问题。笔者通过参与到TeamCenterEnterprise2005实施过程中遇到的问题并总结经验，探索出一条面向机电一体化设计，实施PDM的创新与实践之路。2电路设计为核心2.1EDA工具的集成电子行业多少都应用了结构CAD平台，但更多的应用大量不同专业设计用途的EDA，而且在一个企业往往有多种不同的EDA。EDA主要完成电子产品逻辑设计、电路设计和工程化-2-2007UFC中国用户论文集设计。EDA的集成和机械CAD的集成的区别主要表现在以下三个方面：第一设计结果文件物理存储方式不同，一般是存放在一组规定文件夹中的文件包，不同于二维CAD工具生成的单个文件或三维CAD工具生成三维装配的一个文件族；第二EDA设计中包含了整个电子设计过程完整信息，除了产生所谓电子产品BOM外，还包含了电子元器件在指定电路板上的坐标位置信息，这些信息可以看作是管理电子元器件的关键加工处理信息；第三EDA文件包中有PCB板设计图，SCH原理图，在编辑软件中浏览没有问题，但如何在PDM系统中实现和机械CAD一样的内置浏览。本项目中主要的EDA工具为Protel99se,设计结果保存在一个后缀名为DDB的文件包中。考虑PDM系统对数据的管理的可行性，通过开发运行在Protel99se平台内部的接口程序，分别提取文件包中的SCH和PCB文件作为数据项描述对应的电路原理图和电路装配图业务项，根据SCH原理图中的图号、装入号和标题栏名称自动在PDM系统创建电路装配对象以及它和上级装配的BOM关系；根据PCB装配图中的图号、装入号（即对应的原理图号）和标题栏名称自动在PDM系统中创建电路光板（不含元器件的空PCB板）的零件对象，并将空板零件对象和PCB装配图中的元器件和附加的紧固件、散热器件作为子零件对象挂接在电路装配对象下。相互间的关系如下图所描述。SCHPCBSCHPCB图一Protel和Teamcenter集成关系示意图要得到一个实用方便的PDM集成接口程序，还必须考虑到一个原理图对应多个PCB板的情形，这就需要充分利用一个元器件在原理图中都有唯一的位号这一特性，将位号的信息表示在元器件与电路装配的关系对象上，通过这个关系对象来描述该元器件在电路装配中用了几个，具体安装在哪些位号上。另一方面PCB装配图的明细栏中的元器件和附加的紧固件、散热器件的物料编号需要接口程序从ERP系统中直接获取，并可以通过匹配筛选的方法从ERP的分类元器件库中快速得到符合设计条件的不同性能的各种器件。-3-2007UFC中国用户论文集图二Protel99se接口程序为了让用户通过WEB界面也能方便的浏览并圈阅系统中的图纸和三维模型，项目中集成了网络版AutoVue这一强大的看图工具来实现，既可以查看结构设计的二维图纸和三维模型，同时也支持查看电路设计的各种电子图档。2.2构建符合电子行业的BOM相对机械行业产品BOM而言，电子行业BOM要复杂得多。第一：电子产品中可能涉及数千甚至上万种电子元器件，如果纳入类似机械行业产品结构管理，那么在一个电子基板下采用常规意义上的零件和装配的关系，挂接大量电子元器件子节点，这在管理上没有很大益处，而且也不能充分反应电子元器件的信息（基板上的坐标位置，元件的安装外型尺寸，接线脚，性能），很多单位通过ECAD导出电子元器件分PCB板明细清单，然后挂接到产品结构中以利后续汇总，只能是一种变通和简化的管理办法，这种做法结果是得到的产品结构树是以电路装配为昀底层的产品对象，元器件等真正昀底层的产品对象没有合理地体现在产品装配中，没有形成一棵完整的产品结构树。那么如何组织电子元器件的BOM视图，在我们实施的项目中定义一新的装配关系叫“包含电器件”来描述元器件和电路板装配的关系。PDM系统提供的BOM编辑和查看功能都是通过展开零件和装配的关系来获取产品的层次结构，也就是说通过系统默认提供的BOM编辑和查看界面只能找到由结构CAD工具描述的产品对象，当我们需要了解某个电路板装配下使用的元器件信息-4-2007UFC中国用户论文集时，我可以通过展开“包含电器件”关系来找到这些元器件。图三包含电器件关系示意图第二：电子行业模块化设计水平很高，一些基础电路和专业电路都高度模块化，可以通过接线完成不同功能组合，而且电子线路存在大量可配置的软开关，形成不同业务处理逻辑，这样就意味着一个好的电子产品，不但是一种配置，而且可以衍生出一个两两组合的爆炸产品家族，如何管理这种理论上可以扩展到几百上千种，实际上可能投产了几十种的产品家族。如何满足这种需求我们采用了TeamCenterEnterprise提供的模块化配置的功能，当然这是一种高级的运用，也是PDM系统要使用到一定程度时才能发挥作用的。第三：电子元器件在不改变设计原理的情况下，往往有多个可选择的供应商，在生产过程中根据用户订单要求和采购能力可能需要设计替代料和替代加工工艺路线，对于这种存在大量供应商替代型选配的产品BOM如何管理？换句话说内部元器件品种和实际采购清单BOM如何对应？我们采用的思路是将复杂问题简单化，要有效跟踪电子行业快速物料变更，需要从源头抓起。设计电路PCB装配图绘制明细栏的时候在EDA工具中通过接口程序直接从ERP中选好编码唯一确定的实际元器件。这样得到的元器件清单实际也就是物资的配料清单。在系统中我们充分利用TeamCenterEnterprise提供的批次有效性管理的功能，新批次的设计变化通过设计变更来保留上一版本的设计。就可以通过切换批次的参数很方便找到不同批次的设计产品BOM。3结构设计为支撑3.1二维CAD的集成一般二维CAD工具（如AutoCAD）本身只是一个平面电子图板，二维图的设计内容并不能表达产品对象的结构层次关系，需要通过绘制明细表的方式表达产品结构。所以关键是要如何得到一个快捷的明细表生成工具，并在CAD工具的使用界面中使用这一工具自动-5-2007UFC中国用户论文集分析图纸明细表的内容与后台的PDM系统进行信息交互。其中包括几个要素：自动读取明细表的内容在PDM系统中创建产品对象和对象间的关系；明细表中引用的外购标准件的物料编码及统一规范的名称需要直接从ERP系统中读取并自动填写到明细栏中。在本项目中很好地解决了这些问题，通过使用清华天河PCCAD2005FORAutoCAD2005这一工具可以很方便地处理明细表，并通过PDM和PCCAD提供的二次开发得到满足业务需求的运行在CAD工具中的接口程序。其昀具特色的功能是能通过接口程序可以方便的直接选取ERP中物料库的各种分类的外购标准件自动填写到明细栏中，给使用者带来方便的同时，又准确规范地填写了对应的物料编码和物料名称。图四清华天河PCCAD2005FORAutoCAD2005接口程序3.2三维CAD的集成本项目中三维设计工具为SolidEdge16.0，集成该设计工具的主要设计过程是以SolidEdge工具软件为主，以Richclient为交互界面，通过TeamcenterEnterprise自带的SolidEdge转换接口程序，将数模文件保存到PDM数据库中，通过其独特的PLMXML技术自动将SolidEdge文件的三维装配的层级关系转化成BOM结构，同时借助JT（一种轻量化的三维文件格式）转换服务，将三维的数模文件变成轻量化的可视文件，保存到系统内以方便查-6-2007UFC中国用户论文集看。这样就可以保证企业内所有部门，可以同步了解BOM的情况，借助可视化的JT文件格式还可以使没有安装SolidEdge软件的部门通过访问WEB界面了解零部件的二维和三维的预览图。图五SolidEdge接口程序RichClient采用系统提供的默认使用方式为，将设计过程中的经常使用的零部件（包括外购的标准件和自制的通用件）保存到共享的零部件分类库中，通过使用RichClient的界面来选取拖放零部件分类库中的对象直接组合到自己设计的装配件中，然后在RichClient中打开SolidEdge进行实际的装配设计。这样带来的问题是每次装配自己所需的零部件都需要先通过RichClient选取定义装配结构，再打开SolidEdge进行真正的装配设计，远不如以前的直接将模型文件托放到SolidEdge中进行装配来的方便，况且PDM集成三维的设计是个极其复杂的系统，自然运行的速度不快，严重影响了设计效率，实际的可用性大打折扣。此问题困扰我们实施团队很长一段时间，后来通过二次开发采取了一个折中的方法，以共享的零部件分类库为数据源头自动生成对应的零部件分类的文件夹，通过只读共享的方式开放给结构设计师来使用。这样即利用了PDM系统带来的数据重用的功能，又考虑到使用SolidEdge进行结构设计的方便性与时效性。-7-2007UFC中国用户论文集图六零部件库和对应零件分类目录结构设计师通过使用分类零部件库的共享网络目录，保持原有的高效的设计方式，对设计的零部件通过使用自主开发的属性设置工具维护零部件模型文件的属性（如图号，名称，材质等）。再利用PDM系统提供的属性交换映射的功能，通过RichClient在PDM系统中自动创建具有相应属性的结构对象和产品对象间的装配关系。4机电一体化的统一机电一体化的统一表现在两个方面：产品对象设计的统一和数据管理权限的统一。-8-2007UFC中国用户论文集TeamcenterEnterprise（产品数据管理系统）Protel99SESolidEdge天河CAD系统PTIRichClientAutoCAD接口BOM浏览报表输出浏览输出（AutoVue）ERP物资管理系统图六机电一体化整体集成图产品对象的统一是指某个产品对象既有结构设计又有电路设计。以不包含元器件的PCB空板为例，结构设计师需要使用SolidEdge绘制这块板的三维模型设计用于表示该板的实际物理大小和其他盒体或机箱装配位置，PDM系统中采用了“零件和装配”的关系来描述它与父装配的关系。同时在电路设计中该电路板又是电路设计师设计的一个PCB零件对象，由新定义的“包含电器件”关系来描述了它与父装配（既电路板装配）的关系。这样同一个产品对象通过使用两种关系，在产品结构树下挂接了两次。“包含电器件”关系由电路设计师来定义，是描述该电路装配昀完整的信息。所以统计产品的装配时候，如果装配具有“包含电器件”关系，以此关系展