包装机械产品数字化设计的集成PDM研究

　　0 引言

　　“制造业信息化工程”是国家重大攻关技术专项的主要组成部分。制造业信息化工程通过将信息、自动化、现代管理等技术与制造技术相结合，带动产品设计和制造方法与工具的创新、企业管理模式的创新、企业间协作关系的创新。实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、生产装备的数字化、社会服务和咨询的网络化，以信息化带动工业化。

　　产品数据管理系统通常称之为PDM(Product Data Management)。PDM能有效地将产品数据从概念设计、计算分析、详细设计、工艺设计、加工制造、试验验证、销售维护直至产品消亡的整个生命周期内及其各阶段的相关数据，按照一定的数学模式加以定义、组织和管理，使产品数据在其整个生命周期内一致、最新、共享和安全，为企业产品的设计与制造建立一个并行化的协作环境，为企业内部信息资源的集成构成一个基础共享平台。

　　目前，我国制造业信息化应用中存在的主要问题有：1)“信息孤岛”问题依然突出；2)现行设计流程管理相对繁杂、低效：3)异构平台难以互相利用和资源共享；4)企业的信息化工程只在局部应用，尚未贯穿于产品设计、生产、管理的多层面和全过程。

　　本文就我们和合肥工业大学联合研发的面向包装机械产品数字化设计的数据管理集成系统的研究内容、功能、特点，做一扼要阐述。

　　1 研究内容

　　根据产品研制需要。采用网络与数据库技术，以电子文档取代有形文件．按照面向产品2D／3D数字化设计的相关信息集成总体框架。建立基于工作流管理的产品数据管理平台。

　　建立产品数据信息管理模型。基于组件技术实现系统集成。

　　采用相应的数据组织管理策略，实现开放的系统体系结构，提供常用2D／3D应用软件接口，实现软件的可扩展性。

　　不同人员不同权限和数据保密管理的协同平台。

　　实现设计资源共享，缩短产品开发周期，提高产品设计水平。

　　以包装机械产品的设计与数据管理为研究对象，以企业提出的具体管理模式为实现目标，完成软件的设计、应用、调试与完善。

　　2 面向2D和3D设计的PDM集成系统结构

　　2．1 系统基本情况

　　软件体系架构是基于网络化的客户端和服务器(Client／Server)，软件开发工具是Borland公司的Delphi 7．0。数据库系统为SQL Server 2000，已封装和集成的工具有AutoCAD、Ofrice、SolidEdge。实现项目管理、数据存储和管理、产品结构与配置管理、权限管理、流程管理、版本管理和系统备份等功能。

　　本系统可实现与2D／3D设计软件(如AutoCAD、Solidege)和Office系列应用软件的应用集成。其系统总体结构如图1所示，系统软件首页画面如图2所示。

　该系统结构可以接受AutoCAD、Solidege和Office等软件输出的数据，并从各种数据中提取相关属性信息。进行分类与管理，最终合成与企业特定管理相适应的2D／3D设计文件。

图1 面向2D和3D设计的PDM集成系统结构

图2 系统软件首页画面

　　2．2 CAD软件与PDM系统的集成

　　该系统软件的另一特点是通过产品结构树的设计，将两维、三维设计图形、模型和装配体作为主要管理对象。将不同的项目产品按照其装配信息分解成组件、部件、零件和标准件，通过产品结构树的关系与算法设计，建立产品结构和数据库的联系。这样一是兼顾了不同企业产品设计管理的相似性和不同性，二是兼顾了新老设计工程师对两维、三维设计软件的不同熟悉程度。

图3 CAD软件与PDM系统的集成

　　CAD软件与PDM系统的集成原理与构成如图3所示，产品结构树模型如图4所示。

图4 产品结构树模型

　　 2．3 数据库技术

　　PDM系统一般建立在关系数据库基础上。关系模型把世界看作是由实体(Entity)和联系(Relationship)构成的。所谓实体就是指现实世界中具有区别于其它事物的特征或属性并与其它实体有联系的对象。在关系模型中实体通常是以表的形式来表现的。表的每一行描述实体的一个实例，表的每一列描述实体的一个特征或属性。所谓联系就是指实体之间的关系，即实体之间的对应关系。联系可以分为三种：即一对一的联系、一对多的联系以及多对一的联系。通过联系就可以用一个实体的信息来查找另一个实体的信息。关系模型把所有的数据都组织到表中。表是由行和列组成的。行表示数据的记录，列表示记录中的域。表反映了现实世界中的事实和值。关系数据库同层次与网状数据库比较，存在着明显的优点：

　　1)数据结构简单。可以直接处理多对多的关系。

　　2)能够一次获取多个数据记录。

　　3)数据独立性较高。

　　4)有较坚实的理论基础。

　　目前流行的关系数据库管理系统有Oracle、Sysbase、SQL Server等数据库管理系统。SQL Server是一个功能完全的数据库管理系统。它能为任何规模的企业提供比以前的管理方式好得多的数据管理方法。SQL Server 2000是一项全面完整的数据库。从借助浏览器实现的数据库查询功能到内容丰富的扩展标记语言(XML)支持特性均可有力地证明，SQL Server 2000为全面支持Web功能的数据库解决方案。此外，SQL Server 2000在可伸缩性与可靠性方面同市场上其他企业数据库系统相比具有很强的优势。无论以应用程序开发速度还是以事务处理运行速度来衡量，SQL Server 2000都是具有良好性能的数据库系统。同时SQL Server比所有其它数据库管理系统的费用低。因此本项目选用SQL Server2000数据库管理系统作为系统的数据库平台。

　　3 基于PDM的产品设计数据管理集成系统分析

　　本PDM系统具有以下几个方面的功能。

　　3．1 模块化组件结构功能

　　系统构架有六个模块化组件组成。项目管理模块、我的工作室模块、流程管理模块、产品配置模块、电子资料室模块和人员管理模块。

　　3．1．1 项目管理模块所实现的功能主要有：系统权限、项目权限、项目基本信息维护、项目跟踪、项目归档等。其中项目基本信息维护包括创建项目、修改项目信息、删除和撤销项目。

　　它是由技术总监进行创建和授权，指定项目经理与项目组成员。

　　3．1．2 流程管理模块分为标准流程和项目流程。标准流程按其企业规定的管理程序文件进行实施，项目流程是每个项目具体实施流程．可能包括一定的特殊任务内容。本模块所实现的功能主要有：流程配置、新建流程、流程归档、流程删除、流程恢复、流程引用、流程查找、流程图编辑和流程图绘制。

　　3．1．3 我的工作室模块作为设计工程师的基本操作和授权层面。所实现的功能主要有：新任务实时监控、添加零部件、添加标准件、添加其他、删除节点、设计提交、归档、文档浏览、在线校对和在线签审。

　　3．1．4 产品配置模块所实现的功能主要有：新建产品、新增版本、打开配置的产品、查找配置源对象、对产品进行配置、保存归档和撤销归档。

　　3．1．5 电子资料室模块所实现的功能主要有：零件和文档的发放、产品库报表的生成、电子资料室的查询功能、资料库归类管理、零件和文档的等级设置等。

　　3．1．6 人员管理模块所实现的功能主要有：企业人员的构成、统计和查询设计人员工作情况、对各级人员进行用户权限的设置等。

　　3．2 系统特点

　　3．2．1 建立基于工作流管理的产品设计数据管理平台构架

　　采用计算机网络与数据库技术，将产品设计的相关信息有机地集成，建立基于工作流管理的产品数据管理平台框架。通过该框架能够将企业内外部信息的生产、存储和利用进行建模，从而为信息的集成和实现提供依据。

　　3．2．2实现面向产品2D／3D数字化设计的企业信息集成数据库与管理功能

　　PDM为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品相关信息以及与产品相关过程的机制和技术。作为企业信息集成的核心，在功能上应该能够满足内部信息集成和对外桥梁作用的要求，实现面向产品2D／3D数字化设计的企业信息集成数据库与管理功能。其主要功能应该包括：系统与2D／3D设计软件和Office系列应用软件的集成、项目管理、数据存储和管理、产品结构与配置管理、权限管理、流程管理、版本管理、系统备份。

　　3．2．3实现基于组件技术的系统集成，解决与其它系统的数据交换

　　基于组件技术，实现对CAD、office、SolidEdge工具的封装和集成。不但要能够实现CAD、SolidEdge图纸中的数据信息的自动提取，而且要对常用工具所产生的文件能够进行管理，解决与其它系统的动态数据交换问题，实现了2D／3D通用设计工具在系统中的无缝集成。多种类型文件在线浏览，在线校阅批注签审。

　　3．2．4实现开放的系统体系结构，提供能以常用2D／3D应用模块软件的接口

　　提供能以常用2D／3D应用模块软件的接口。使得整个系统可以与常用的2D／3D应用模块软件实现互联，实现开放的系统体系结构，实现软件的高度可扩展性。

　　3．2．5应用多层多级权限设置及数据保密管理，实现不同权限的人员对数据操作的相异性

　　产品开发需要不同的人员、角色参与其中，必须合理组织开发团队的组织视图，定义所需的角色、建立工作组、定义组员、创建用户，并将上述各种关系关联起来。不同的用户可以拥有各种不同的角色并分属不同的工作组。在建立上述组织模型的时候，还要考虑相应的权限管理。通过制定某个人员、角色、组所创建的信息对人员、角色、组的各种具体权限进行限定，从而可以方便的根据需要实现一定的数据保护功能。

　　4 结论

　　本系统集成软件针对机械产品数据流管理与共享的瓶颈．建立了面向产品2D／3D数字化设计的企业或部门信息集成总体框架和开放的系统体系结构，运用基于组件技术的系统集成，解决与其它系统的数据交换。能提供常用2D／3D应用模块软件的接口。应用多层多级权限设置及数据保密管理。实现不同权限的人员对数据操作的相异性。保证了系统的安全性。建立了基于工作流管理的产品设计数据管理平台，实现资源受控共享。

　　本系统集成软件已在我院包装与食品机械研究所应用，使用效果良好。其开放式结构可以机拓展到各种机械产品的设计应用领域。

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