PDM客户化系统的需求分析

【导读】
通过对整个产品研制宏观过程的调研分析(如图2.1所示),就企业产品工程化研制过程中的一些具体工作抽取了部分值得关注的话题,这些问题的提出对论文实现的必要性进行补充说明。问
1 产品研制过程中的主要问题
   通过对整个产品研制宏观过程的调研分析(如图2.1所示),就企业产品工程化研制过程中的一些具体工作抽取了部分值得关注的话题,这些问题的提出对论文实现的必要性进行补充说明。问题如下:
 
图2.1产品研制宏观流程图
 
   产品由很多零部件组成,企业各类人员查阅产品资料花费大量时间。如何形象地描述产品全部资料的相互关系,建立面向整个企业的全局产品信息模型,使产品各部分之间的关系一目了然。
 
   设计人员使用各类应用软件在本地产生大量电子数据(如图2.2所示),各种技术资料保存在设计人员手中,共享困难,企业的知识财富往往变成由个人保管,造成重复、丢失、遗漏以及错误的隐患。时常无法做到电子版本的及时归档,电子数据和技术资料往往分离严重,以至阶段评审时资料收集困难。
 
   业务过程控制因不够明晰、不规范,特事特办的现象广泛存在,使图样等技术资料很难准确界定过程状态。产品资料的成套性难以把握,组成产品结构的零部件信息存于不同的数据仓库,将这些数据组织起来困难,对整个产品结构信息没有唯一完整的描述。
 
   纸制介质的归档数据因为疏漏、错误等原因导致对归档数据查询的困难,影响设计的效率,试制过程中的图纸发放部分存在不严格现象,无法掌握图纸的当前状态。各类明细汇总表生成过程复杂,需要人为手动绘制,期间查找各项数据资料烦琐,易出错。导致产品开发周期长,产品开发成本高。
 
   产品结构与配置信息不准确,直接影响采购、制造和装配等部门,需要有先进的配置方法。由更改产生了不同的版本,如何保证产品配置的正确版本,需建立产品结构的版本管理和有效性原则。
 
   变更不易控制,定型后图纸变更的处理与变更结果的识别困难,不利于变更影响分析与决策。标准件库、标准零件库缺乏电子数据供设计师引用。不同的人员在使用不同版本的产品数据。不同系统间出现重复数据。项目难于监控,部门之间信息交流困难,形成所谓的信息孤岛。
 
图2.2概念化的产品数据



 
2 PDM定义
   PDM以软件为基础,是一门管理所有与产品相关的信息(零部件信息、产品结构、结构配置、文件、CAD文档、扫描图像、审批信息等)和所有与产品相关的过程(审批流程、变更流程、打印流程、通知流程、借阅流程、授权流程等的定义与监控)的技术。
 
   它提供产品全生命周期的信息管理,并可在企业范围内为产品设计和制造建立一个并行化的协作环境。从广义上讲,产品数据管理是涉及与产品相关的所有数据,包括各种动态和静态、潜在和明晰的因素。从狭义上讲,产品数据管理主要涉及与产品生产过程相关的“最直接”或“最接近”的可被数据化分析和处理的数据管理过程。
 
   PDM的基本原理是,在逻辑上将各个CAX信息化孤岛集成起来,利用计算机系统控制整个产品的开发设计过程,通过逐步建立虚拟的产品模型,最终形成完整的产品描述、生产过程描述以及生产过程控制数据。技术信息系统和管理信息系统的有机集成,构成了支持整个产品形成过程的信息系统。通过建立虚拟的产品模型,PDM系统可以有效、实时、完整的控制从产品规划到产品报废处理的整个产品生命周期中的各种复杂的数字化信息。
 
   PDM客户化系统顾名思义就是在PDM平台上进行功能升级或二次开发具有用户使用特性的软件系统。他根源于PDM平台,根据企业业务需求和用户的功能需求实现具有电子流程、特殊查询、应用集成等功能的软件客户化系统。




 
3 PDM系统基本架构
   目前,对于PDM系统的设计实现,多是针对某种特定的商用PDM软件即PDM中间件为实施平台。一般来说,企业会首先根据自己的业务情况,进行评估预测,选择一种适合自己的PDM软件,然后选择实施商进行实施。
 
   虽然通过商用PDM软件的支持,大大减轻了PDM系统实施的难度和复杂程度,但由于不同企业的各种不同情况和背景,还需要根据企业具体情况构建企业PDM客户化系统的总体框架和建立面向服务对象提供产品数据管理服务的解决方案。
 
3.1 PDM基本框架设计
   产品数据管理系统(PDM)是一个面向工程信息管理的集成框架和集成平台,其技术发展至今,已经形成了较为固定和普遍的体系结构。一般来说,PDM系统的体系结构可分为四层,分别为用户界面层、核心功能层、核心框架层和基础支撑层,如图2.3所示。
 
   其中,基础支撑层是PDM系统运行所必需的支撑,包括计算机硬件基础、操作系统和网络环境、底层数据库管理系统等,它们为PDM系统提供了硬件和软件上的基础,同时商业化的PDM软件已经可以提供各种技术支持。因此,我们实现的重点应该集中于企业的产品生命周期过程中。
 
   核心框架层的显著特点是面向对象的管理框架,它定义了PDM系统的基本类模型,包括基本数据模型和基本过程模型,从而可以更好的为功能服务。核心功能层用来提供各种应用功能,包括系统管理、项目管理、电子仓库与文档管理、产品结构与配置管理、零件分类管理与检索、变更控制管理、工作流与过程管理等功能,另外,还提供了软件接口与系统集成管理的功能,从而可以通过与其它软件的集成更好的实现对产品全生命周期的管理。
 
   目前,很多商用PDM软件都针对这些不同的功能,开发了相应的模块,企业可以根据需要选择模块符合企业业务需求。用户界面层用来给用户提供访问系统功能的界面,现在的多数PDM软件都提供web服务,还有的提供经典端和web两种方式,并可以根据用户习惯进行客户化工作。
 
图2.3PDM系统的基本框架



 
3.2 PDM数据模型设计
   PDM系统是面向对象的应用系统,他以面向对象的方式来管理产品数据,产品的每一个零部件都是一个对象,某些零部件的属性也是对象。这些对象都是结构化的数据。最底层的对象属性才由非结构化的数据构成。PDM系统使用关系式数据库结构RDBMS或对象关系式数据库结构ODBMS去管理“Meta资料”,“产品结构”,“流程”以及“数据信息”等内容。
 
   在关系数据库中,数据的基本结构设计为二维表。表的每一行代表一个对象,表的每一列对应对象的某个属性。表的行列交叉点是表的一个单元格,可以存储一个非结构化的数据。这个数据可以是数字、字符,也可能是一个地址指针。
 
   由于关系表格无法存放结构化数据,对于具有结构化对象属性的数据,用联系表把对象结构转化为关系表。联系表用来描述对象结构数据之间的联系。在PDM系统中大多数使用者用到最多的是数据库的查询功能,由于关系式数据库技术的成熟,同时随着PDM使用范围的不断扩大和外延,更加高级功能的出现使得关系式数据库的使用更加广泛和灵活。
 
   PDM系统是以信息为第一驱动力,每一个人、组织、文档、产品结构件等信息系统元素在PDM系统中都是作为单独的对象而存在的,每一个对象都有一个类与之对应,通过类层次树来体现类之间的继承关系。
 
   一般来说,一个典型的类层次树应该包括对象和关系两个大类,其中对象用来表示PDM客户化系统需要管理的所有信息(包括资源、项目、人员、工具、流程、文档、产品结构件、供应商等)以及用来管理这些信息所涉及到的位置信息(包括数据仓库、主机、个人工作区等)及相应的管理规则等等,关系表示了对象之间的各种有形和无形的联系(包括产品结构关系、用户相关关系、普通对象之间的关系以及流程单元相关关系等)。如图2.4为一种PDM的类层次树的主要框架,其中省略了部分信息。
 
   事实上,类层次树反映了PDM系统面向对象设计的数据模型,同时也反应了PDM知识管理方式的一个侧面,他能够有效的组合和统管产品数据管理分门别类的对象信息,组合在一起时又能体现整个产品数据管理类的数据结构。一般来说,图2.4说明典型的PDM软件对信息的管理是基于产品结构的,这主要是因为对于制造和设计型的企业来说,产品是企业的核心,其他一切事务都是围绕产品结构来进行的,因此,PDM的产品结构组织方式在其数据模型中就占了很大的比重。
 
图2.4PDM的局部类层次树
 
   在PDM客户化系统中,为了实现产品全生命周期的管理,对象的属性定义也具有一定的特点,对于普通的产品结构件、文档对象,除了定义对象名称、描述、版本、序列、创建者、所有者、创建日期、流程状态等基本属性外,一般还要定义对象的生命周期状态属性,以表示该对象在产品全生命周期中所处的阶段,需要注意的是,该属性不同于对象的流程状态(表示对象在流程中所处的位置),两者所表示的意义不同。
 
3.3 PDM过程模型设计
   在PDM系统中,不仅要实现信息的集成,即解决“自动化孤岛”问题,实现信息的正确、高效共享与交换,在此基础上,还要实现企业过程的集成,从而将原本割裂的业务过程集成起来,强调总体流程的优化,实现面向过程的管理,从根本上缩短市场响应时间,提高服务质量和产品质量,进而提高市场竞争力。
 
 
   也有一些软件为了实现过程相关的复杂功能,单独定义了串行组件、并行组件、条件选择组件、循环组件等基本组件,主要使用与分支、或分支、与连接、或连接、循环以及数据连接弧等来实现。在PDM客户化系统中,这些基本流程单元的联结方式是通过关系来实现的,在具体的软件平台中则表现为图示化的方式,可以通过简单的拖拽或者其他直观的方式实现,如业务流程图2.5所示。
 
图2.5业务流程过程



 
4 PDM客户化的需求分析
   在明确了整个PDM系统总体架构、数据模型和过程模型的前提下需要对客户化定制的实施进行需求调研,功能分析亦或进行前期系统设计等工作,需求调研工作的目标在于服务PDM客户化系统的开发,比较全面而客观地收集、分析和提炼需求,实现其业务价值。PDM客户化定制的需求主要是实现权限分配、流程管理、光电查询、应用系统集成、变更管理、等功能模块。
 
4.1 权限分配
   所有权限分配都是在继承清软英泰TIPLM权限原则的基础上进行系统可视化和手动设置,满足企业用户的实际需求,这种通过继承可视化设置的方式就是客户化在用户界面的直接表达。实现如下所示的权限原则。
 
   1.查询:
   所有人员可以查询自己拥有的(未传递到数据仓库)对象;所有人员可以查询数据仓库中的所有文档;所有人可以查询所有的零部件;所有人可以查询数据仓库中的打印申请单;所有人可以查询项目及项目组成员。
 
   2.创建:
   项目不同角色可以创建不同的文档类型;项目不同角色可以创建不同的产品结构类型;用户组可以创建的文档类型各不相同;设计人员组可以创建装配件、零件;发展计划组可以创建项目;项目管理组可以创建角色分配;所有人可以创建打印申请单。
 
   3.更新:
   所有人员可以更新自己拥有(未传递到数据仓库)的产品数据属性信息;所有人员可以更新自己负责的并处于初始状态(未审批)的产品数据的属性信息;项目管理处可以更新项目的属性信息;项目管理处可以更新项目角色分配的属性信息。
 
   4.提交/发送:
   所有人员可以发送顾问清单;所有人员可以将自己负责的,并且处于初始状态(未审批)的产品数据提交流程;所有人员可以将自己负责的工程图纸批量提交流程。
 
   5.检入/检出:
   所有人员可以检入自己拥有的产品数据(所有文档、产品结构);所有人员可以检出自己负责的、并处于初始状态的产品数据(所有文档、产品结构)。
 
   6.删除:
   所有人员可以删除自己拥有的产品数据(所有文档、产品结构);所有人员可以删除自己负责的,并且处于初始状态的产品数据(所有文档、产品结构);项目管理组可以删除项目的角色分配。
 
   根据PDM关系型的特点,在系统中还需要实现包括关系型权限在内的权限管理,主要包括以下内容:
 
   1.用户与用户组
   在PDM客户化系统中,必须对所有的系统用户按其所承担的任务或角色分别进行入口控制,规定不同的访问权限,例如哪些用户可以创建、编辑、复制哪些数据和文档或者只能进行简单的浏览等。访问权限的设置和严格管理对于PDM客户化系统的正常运行具有十分重要的作用。
 
   除了对象用户以外,为了便于进行管理,PDM客户化系统中还定义了对象用户组和角色。一个用户组包括了多个用户。一个设计小组中可以包括多名设计人员;同样,一个用户也可以属于多个用户组。
 
   2.用户/用户组、角色和项目
   角色描述了有关人员在一个项目中所承担的任务。一个角色(如项目负责人)在逻辑上可以与一个或多个不同的用户或用户组相关联,同时,一个角色也可以属于不同的项目。换句话说,一个用户或用户组可以在一个或多个项目中扮演一个或多个角色。在制造企业中,典型的角色有项目负责人、检验人员、开发人员、设计人员或工艺人员等。
 
   3.规则
   在PDM客户化系统中,可以严格地规定某个用户、用户组或角色的用户权限,规定其对哪些操作有怎样的权限。通常,直接与某个用户或用户组有关的用户权限是与项目无关的。如果希望将用户权限与项目相关联,则可通过角色定义的方法来实现,因为角色必须与项目有关。
 
   PDM客户化系统利用规则来管理用户的权限。可以为用户、用户组、角色等定义不同的规则。规则有不同的结构和不同的内容,可以被用来进行不同目的的控制。每一条规则包括了一个或多个必须满足的条件。通过规则的定义,PDM客户化系统就能分配不同的用户权限。规则中的条件与一般程序设计语言里所使用的逻辑表达式相同。在定义规则时不能自相矛盾,即当定义某一条新规则时,不能与其他已定义的规则相冲突。当取消某一个用户权限时,应该对与其有关的规则或条件进行更改。




 
4.2 流程控制
   1.过程的管理
   过程管理的主要任务是对整个产品形成过程进行有序的控制,并使该过程在任何时候都可追溯。过程管理通常也被称为工作流管理。为了有效地进行过程管理,可以采取定义用户、用户组或角色的方法使过程的结构更加灵活,更加符合企业的实际情况。
 
   为了进行过程管理,首先应该确定过程的结构,其中包括所有与此过程相关的活动。过程结构描述各个活动在逻辑上的先后顺序,每一个活动都对应一项功能,每一项功能需要具体的执行者,该执行者必须具有相应的权限。下图2.6是所有过程管理的一般方法。
 
图2.6过程管理方法
 
   2.分布式过程管理
   过程管理主要用来对需要经常重复的过程(如更改过程、检验过程和发放过程等)进行管理。PDM客户化系统中的过程管理模块可以对项目组中分布在不同地点的员工和资源进行统一管理。每一个员工按其所承担的工作扮演不同的角色。角色划分的详细程度取决于企业的实际情况。
 
   分布式过程的所有经历和状态都被准确地记录下来,存放在过程历史文件和过程状态文件中,以便在需要时加以追溯。例如,从过程状态文件中可以查询到该过程在任何时刻的执行情况,哪些步骤已被执行,周转文件夹的状态如何、目前位于何处,哪些用户正在访问哪些工作文档等。
 
   针对企业和用户需求情况,结合客户化流程能表达的特点和功能,需求分析阶段主要提出以下功能需求:
   (1)电子审批流程及电子签审:实现任务分配、文档审批、工程变更、打印管理、权限申请等流程的电子化。规则:

   ①可以按项目角色、组织结构指定流程参与人员;

   ②可指定半数通过、全数通过等多种表决方式;

   ③实现在图文档中自动签名,签名内容为打印体文本或图片。

   (2)设计资料的归档发布流程:提供流程实现设计资料的归档发布。规则:
   ①在流程中转换设计资料的状态和存放位置;

   ②提供简单的归档发布流程。

   (3)权限申请流程:用户可以根据需要,申请对权限规则允许范围之外的对象进行操作。规则:
   ①可参照当前纸质文件借阅审批过程;

   ②根据项目或者文档密级不同审批过程不同。

   (4)流程监控:对流程运转情况进行全程记录,提交者及监控人员可以实时查看流程运转情况和进度。规则:
   ①提供图形化的流程进度追踪界面;

   ②对已完成流程任务、正在执行流程任务、未完成流程任务以不同颜色显示。

   (5)流程任务指派:在规则允许的前提下,用户接收到任务后,可以将任务指派给其他人。规则:可以选择被重新分配的人员。

   (6)打印流程管理:提供打印管理的定义、标识和相关流程,并进行管理。规则:
   ①通过打印申请单控制打印;

   ②传输打印图样到指定的打印目录;

   ③图纸归档后,打印时不需要向设计者申请;

   ④打印用途包括白图打印、底图打印类型;

   ⑤对打印的历史进行标识和记录。




 
4.3 光电查询
   PDM客户化系统中对涉及光电产品数据信息的查询也是极为重要。如何有效,快速的定位到光电产品的数据信息也是衡量PDM客户化系统是否实施成功的关键所在。根据调研情况,整理了光电查询分系统的需求可以归纳为:
 
   1.按光学系统图组织光学零部件
   光学设计人员登录系统,可以直接查找某个项目或者所有项目的光学系统图,并且通过光学系统图方便的查找该项目的光学零件。

   2.按原理图组织元器部件
   电气设计人员登录系统,可以直接查找某个项目或者所有项目的原理图,并且通过原理系统图方便的查找该项目中的原理图对应的组件使用的元器件。
 
4.4 应用系统集成
   1.不同应用系统的集成
   将各种不同应用系统集成为一个有机整体,是PDM客户化系统的核心任务之一。只有在与不同应用系统紧密集成的基础上,PDM客户化系统才可以实时地对应用系统中的产品数据进行管理。在实际应用中,PDM系统与CAD系统、ERP系统以及其他CAx系统的集成的深度是不同的,所以采用的集成方法也不一样。
 
   PDM/CAD集成:PDM系统与CAD系统的集成深度最深,通过PDM/CAD系统集成接口可以实现一些新的产品建模方法(如基于事物特性表的产品建模方法、面向装配的产品建模方法、基于主结构的产品建模方法)。
 
   PDM/ERP集成:PDM系统与ERP系统的集成主要涉及到两个系统之间的信息实时共享(如设计人员利用PDM系统查阅ERP系统中的零部件价格和库存信息)。PDM/CAX集成:PDM系统与CAX系统的集成要求比较低,主要是CAX文档在PDM系统中的注册、浏览和编辑等。
 
   2.PDM集成接口方法
   接口通过用户对话来控制PDM系统与各应用系统之间的通信。在与CAD接口中利用一个进程(宏)调用CAD系统。该进程首先读出数据交换文件,其中包括工程图的元数据。然后,CAD系统利用这些信息找到相应的工程图文件并填写工程图标题栏内容。利用远程过程调用可以开发出相当灵活的接口,建立了程序或程序构件之间的通信联系,通过所调用函数的参数表或数据交换文件进行数据的传输。
 
   3.PDM与AutoCAD接口
   AutoCAD接口输入的对象是DWG格式的零件图或者装配图,目的是实现注册图纸和创建产品结构,输出对象是PDM系统中的完整产品结构和与产品结构相关的各种工程图档。接口功能主要分成注册图纸和创建产品结构两个部分。注册图纸部分处理的信息是DWG图纸标题栏信息,主要需实现以下功能:

   (1)根据图纸标题栏信息查询或创建产品结构对象;

   (2)根据标题栏信息创建工程图档,建立产品结构对象与工程图档的关系;

   (3)将AutoCAD文件对象注册到PDM系统;

   (4)在CAD环境中对图纸的标题栏格式及信息进行校验。
 
   创建产品结构部分处理的信息主要是DWG装配图的明细栏信息,主要实现以下功能:

   (1)根据图纸明细栏信息查询、创建、更新产品结构对象;

   (2)根据图纸明细栏信息创建当前图纸对象描述的装配件的完整或部分产品结构关系。




 
4.5 工程变更
   工程变更(Engineering Change)指的是在产品设计和制造过程中,由于企业内部或外部的需要,对产品设计或工艺进行修改的活动。在产品生命周期中,工程变更是一项必要的、经常性的活动,其原因一般在于:市场及客户的需求变化、产品性能改进的需要、设计存在差错、降低成本的需求等等,其范围覆盖了包括营销、设计、工艺、采购、仓储和制造等几乎所有部门。
 
   工程变更并不仅仅是对产品开发过程中错误的修正,同时它也是产品更新换代的源动力。目前,企业中的变更过程主要存在以下几个方面的问题:

   1.工程变更采用口头或书面的形式,使得工程更改不及时,浪费时间,并且经常造成数据错误;

   2.工程变更过程不封闭,使得信息流不连贯,缺乏反馈,也很难确定变更问题的来源;

   3.变更过程缺乏评审和监控环节,很难确定是否真正需要变更以及变更的正确性,缺乏计划和审核措施,容易出现错误的变更;

   4.变更过程容易造成产品信息的不一致,这主要是因为变更过程影响面大,包括产品结构、文档、BOM等信息,这些信息关联关系密切,如果缺乏分析和检验,更改很可能会造成产品信息的不一致。
 
   以下描述更改管理的逻辑过程和系统需要实现的指导思想:设计更改许可书进入流程的类,设计更改许可书审批完后,系统会分解更改许可书影响的文档或产品结构到提交者进行修改,提交者将文档或产品结构签出到本地进行修改,修改完后将新版本的文档或产品结构签入数据仓库,形成A2版本的文档或产品结构。主任设计师对A2版本的文档检查完后,系统将A2版本的文档或产品结构归档。然后系统将A1版本状态复位(更改执行中→已发布),最后将更改许可书归档。
 
   工艺更改许可书为进入流程的类,工艺更改许可书审批完后,系统会分解更改许可书影响的文档到提交者进行修改,提交者将文档签出到本地进行修改,修改完后将新版本的文档签入数据仓库,形成A2版本的文档。主任工艺师对A2版本的文档检查完后,系统将A2版本的文档归档。然后系统将A1版本状态复位(更改执行中→已发布),最后将更改许可书归档。
 
   整个工程变更过程就是将归档数据提取就行修改的过程,图2.7显示了从设计问题或设计缺陷到修改后再次归档的工作流,整个更改过程实际就是工作流转的过程,只是因为这个工作流比较特殊,而且企业业务需求较大,所以单独对这一流程进行设计。
 
图2.7变更关联图



 
5 小结
   在本章中,首先明确了PDM系统总体规划包括基本框架、数据模型和过程模型等。通过调研的方式明确了该企业PDM客户化系统的运作目标和产品研制过程中的流程需求,通过对PDM客户化系统的需求和功能分析,将有利于企业建立统一的产品数据源,规范的产品研制流程,完善的项目管理与控制。
 

  • 2019-01-22 09:40
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