西飞产品数据管理系统设计与实施

1西飞产品数据管理系统设计与实施侯卓兵西安飞机工业（集团）有限责任公司摘要：本文分析了航空企业产品数据管理面临的问题，阐述了西飞LCA（一种具体的PDM软件）系统设计和实施中的管理和安全以及理想的系统架构，重点从分类、组织、版本、关联、可视化等方面对数据管理中的文档管理和产品结构管理进行了分析和论述，在并行工程和面向制造的设计方面主要论述了关联设计、主模型、上下文设计以及DMU等技术。本文还对异地协同研制飞机中产品生命周期管理技术进行了探讨。关键词：产品数据管理PDMLCA协同设计主模型上下文设计1．引言市场经济已经把企业直接推向市场，传统的管理方式、组织结构和决策准则已不能适应日趋激烈的市场竞争。当前我国企业，特别是大中型企业存在着生存困境和竞争能力低的严重局面，而飞机制造企业更是直接面对着国际先进航空制造企业的竞争，面对瞬息万变的市场变化，要想在竞争激烈的国际环境中求生存、求发展，就要及时开发出满足用户需求的新产品，缩短新产品的上市时间，提高产品的质量，降低产品的成本，具有竞争力的价格，并提供优质的售后服务，在用户中享有极高的信誉。PDM能为提高企业的核心竞争力和生存能力提供有效的技术和管理手段。2．企业在产品数据管理方面面临的主要问题2．1技术落后数字化技术催发了航空产品研发技术的进步，但其应用的范围、技术水平还处在较低的层次，飞机研制大多还采用三维设计、二维发图的形式，这在一定程度上虽然缩短了产品研制周期，特别是使设计人员从繁重的体力劳动中解脱出来，但并不能解决复杂产品的设计优化、零部件间的干涉、机构运动仿真、曲面描述、复杂零件数控等问题，特别是对衍生型号在知识重用、快速设计等方面存在严重的缺陷。22．2管理落后（1）文档管理落后企业每天都要产生大量的产品数据，用手工管理和维护这些数据会占用大量的资源，CAD技术的应用更进一步激化了先进设计技术与落后管理手段的矛盾，人们希望借助计算机把大量的图纸和技术资料有效地管理起来，能够方便、快捷地根据项目、设计人、工作阶段、审批状态、日期、类型以及预先定义的各类参数（例如装配关系、材料、重量、加工方法等）进行查询和获取。（2）产品数据管理落后飞机通常由上万项零部件组成，面对数量如此之多的零部件，在原材料的采购、生产计划的安排、零件制造和装配等工作中，使用手工管理很难获得准确的数据，如何完整地描述这些零部件以及他们之间的相互关系是一项重要而复杂的工作。另外，不同部门有不同形式的物料清单（BillofMaterial，BOM），而且还要不断维护这些BOM的一致性。再者，企业要不断地开发新产品，改进改型老产品，构造新的约束关系，这也使得管理的难度急剧加大。（3）并行工程要求更高层次的信息管理传统的设计过程采用的是按功能部门分割的串行工作法，由于没有制造、维修等人员的早期介入，产品的设计会存在较多的错误，这些错误或缺陷在工艺审查中会得到部分的纠正，而大部分则只能在其后的制造和使用中才能逐渐被发现。并行工程不仅要求多学科领域专家群体协同工作，而且要求把产品信息与开发过程有机地集成起来，做到正确的时刻、把正确的信息、以正确的形式、传送给正确的人、及时作出正确的操作。另外，各级领导根据主管权限可以透明地调用所需的信息。这是目前最高层次的信息管理要求。3．LCA的系统设计及应用实施3．1系统管理和安全性数据是企业的财富，系统的安全性是数据安全的基础，LCA系统具有严密的安全管理机制，根据西飞的管理规范，综合考虑飞机型号研制中项目管理的要求，建立了灵活的、基于标准的人员和组织模型，采用分布式、基于WEB的管理方式，3实现安全的、基于策略的用户管理，使得各种角色以及权限得到了很好的控制，作到了与内部其他系统的信息同步。同时，考虑了在整个扩展企业中，与外部的业务伙伴和价值链的信息同步，信息保护和核心知识产权的保护。理想的服务器架构如图1所示，电子仓库可以在ENOVIA服务器上、也可以在任何异地服务器上。图1PDM服务器理想架构3．2数据管理数据管理主要包括：文档管理和产品结构管理。（1）文档管理统一、安全地管理包括3D/2D几何模型、技术文档在内的各类文档，方便对文档进行检索、浏览、更改、版本控制、状态控制和发放。文档管理包括：文档分类及编号：文档的分类可以方便用户进行查找，可以通过分类对同一类文档采用相同的管理策略，如文档成熟度控制。建立了规范的确保文档唯一性的文档编码体系，实现了文档电子化管理。文档版本控制：文档的版本用于控制文档的有效性及跟踪文档的变更历史；在发生工程变更时，通过工程更改控制，实现文档升版。文档检索：企业内部和外部的成员在给定权限内可以检索、查询所需的文档。此外，通过相互关联的数据模型，可以依据产品结构获得所有相关的设计信息，如三维模型、二维图纸、设计任务书等。文档与产品结构关联：在产品结构树节点上，描述零部件的文档与其相关的零部件有机地关联在一起，实现产品数据的组织、控制和管理。对于多CAD系ENOVIALCAApplicationV5ServerDBServerVaultServerFileIntrospectionWebsphere/HTTPServerRDBMSproprietaryRDBMSproprietaryClashServerRDBMSproprietary4统产生的几何模型（如CATIA、UG等），按特殊的文档类型进行管理，并建立产品结构和模型文档之间的关联。在电子样机环境中，管理多CAD系统的零部件，支持Multi-CAD数据的共享、安全机制（检入/检出）。文档安全性：为了提高文档安全性，通过P&O（People&Organization，人员和组织）构建文档的安全机制，安全控制可以划分层次，支持对象属性级的安全控制。如用户登录权限、用户访问控制策略等，确保只有正确的用户和工作组才能访问正确的项目中正确的生命周期状态的对象。文档可视化：通过可视化Viewer和DMU功能，让整个企业的用户查看各种与产品相关的文档，如Office文档、3D模型和2D图纸等。可视化功能支持产品结构的浏览和展开，可以查看3D模型文档，进行剖切、测量、空间分析、打印等功能。实施产品DMU和文档可视化，各部门人员可以使用统一的工具，借助网络访问不同格式的数据，完成圈阅和评审等，如图2所示。文档的成熟度：不同类型的文档具有不同的生命周期，如设计-校对-审核-预发放-发放。不同状态的文档对应不同的文档成熟度。状态A状态B状态C关口1关口2关口3……条件验证状态转换后的操作工作中审核中已批准已作废图2数据的成熟度和工作流程（2）产品结构管理产品结构管理包括：零部件：产品总成、组件、零件都具有唯一零件ID号和版本，零部件可以关联到多份图纸、设计规范和工艺文档等。支持对零部件的扩展，提供与设计、制造相关的描述信息。不同类型的零部件及其关联的各类文档共同描述产品结构上的节点。零部件版本：零部件版本用以控制零部件的更改和演化，并跟踪零部件的变化历史。在零件发放后，处于冻结状态。利用产品和零部件的版本管理，使用户随时查阅各状态、各版本下BOM数据。5产品结构：提供不同层次、不同对象的BOM视图，管理BOM中的替代件、备用件、可选件，维护产品结构的隶属关系。BOM：BOM结构及其关联文档的单级或多级展开、BOM结构的差异比较、BOM清单输出等。3．3面向制造的设计并行数字化定义是面向制造的设计的基础，它包括虚拟开发团队的构建、支持并行工作的数据环境（包括上下文设计、关联设计、主模型）等。（1）虚拟开发团队为支持型号研发，需要将型号研发分成若干项目组，并通过划分不同的角色和人员构建企业的虚拟组织，将其分别关联起来，形成产品研发上下文，如图3所示，便于数据共享和权限控制。设计部工装所工艺处标准规范处档案型号产品型号项目组A设计角色人员A、B研发上下文工艺角色人员C、D研发上下文......研发上下文工作任务企业各部门人员根据任务不同参与到不同的研发上下文……图3任务分配和研发上下文（2）上下文设计上下文设计（如图4所示）即与其他部件在某一环境中进行设计（DesignWithSurrounding）。在上下文设计中载入部件时，装配约束也将同时载入。上下文设计的特点是支持大装配件，部分载入设计环境，支持产品结构过滤机制（如按区域、属性、产品配置等），支持轻量化浏览，充分利用发布（Publication）机制。产品顶层部件1顶层部件2顶层部件3零件1零件2……在上下文中打开、编辑产品顶层部件3零件1零件2图4上下文设计6（3）关联设计关联设计（RelationalDesign）是一种建立、理解和管理“起因和影响”关系的技术，贯穿整个产品生命周期。不仅记录产品数据，而且可以记录数据间的各种关联，将产品信息转化为产品知识；支持更改通报、影响分析和自动更改传播等技术方法。首先，管理CAD系统丰富的关联特征，一个零部件中不仅保存着自身的几何特征和属性信息，也保存着与其他零部件之间几何关联及上下文环境，包括：零件模型的设计依据是另一个零件的某个特征，工程图与三维实体的一致性，几个零件实体组成的装配等；通过技术性关联管理，管理相互之间的关系。其次，建立Top-Down的上下文关联设计环境，利用发布（Publication）功能，在设计中可以采用多种优化的设计方法，Top-Down即是其中一种实现并行设计的方法，针对特定产品结构方便建立Top-Down的上下文关联设计环境和CAD系统紧密集成。在LCA中对不同部件的公共设计接口及参数进行管理，设计任务被分发执行，零件的设计变更若影响到公共设计接口，将被自动传播到相关零件，保持数据的一致性；另外，在设计更改之前分析“起因和影响”，基准模型发生更改时，直观地分析和查找影响到的模型。在产品研发过程中，通过关键设计技术，在上下游相关的设计数据之间或并行设计的数据之间建立信息关联，实现某一数据的更改向相关数据的自动传播，从而实现设计更改自动化。（4）主模型采用主模型技术，支持并行数字化定义。主模型通过构建节点（Item）并附着与该节点关联的所有信息来组织数据。主模型包括如下信息：节点编号、节点名称、节点版本/版次、模型文档、说明文档（Manifestation）、规格文档（Specification）等。如图5所示。通过节点之间的关联关系、节点附着对象之间的关联关系，可以构成各种不同的研发上下文，支持虚拟产品开发团队的并行设计。7主模型对象工作任务对象工作任务对象工作任务对象图5主模型（5）DMU技术探索DMU技术是决策管理设计评审（DMDR）平台。产品设计及研发以完整的3D模型为基础，在统一的协同环境下进行设计及各类DMU仿真，实现设计和制造在内的产品研发流程的集成和畅通，确保产品质量。DMU提供各类可视化功能对电子样机进行全面的审阅、评估（截面、漫游、真实感等），提供对产品或部件间进行功能分析的手段，如：机构运动、干涉分析、拆装分析、空间分析和管理等，并对干涉检查结果进行分类管理、消除干涉的更改状态管理等。3．4产品研发中的协同在产品开发过程中，越来越多的设计数据要求能够实现异地共享和交流，在企业内部建立不同部门（包括设计、制造）之间的异地产品开发的基础和机制，提供信息共享、同步和协同环境。内部协同以WBS分解为基础、以跨部门的IPT为执行单位、借助企业支持的应用系统/模块来完成，如工作流程模块、可视化模块、3D会议、即时协同等。如图6所示。设计工艺设计工艺TaskTaskTask……IPT图6IPT和内部协同84．进一步研究和发展的方向随着PDM应用的深入和广泛，PDM的应用领域和技术正在向着PLM即企业全局信息集成的方向发展。特别像飞机这样的航空高科技产品，未来的飞机研制不可能封闭在一个企业进行，因此，异地协同飞机研制下的PDM必然向企业外延伸，PLM技术必然成为研究和应用的热点。4．1基于PPR的集成产品研发平台，必将贯通飞机产品研制的生命周期它的具体表现形式是底层的PPR-Hub数据库，中间层基于M-Hub的PPR应用平台，以及前端的PPRAppli