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一、引言
产品数据管理（Product Data Management, PDM）是九十年代初期才迅速发展的一门新兴技术。PDM系统在文档管理、变更控制、配置管理与信息跟踪等方面得到了广泛的应用，并作为支持计算机集成制造系统、并行工程、虚拟制造等先进制造系统的使能技术与工具 。PDM不仅能够管理与CAD有关的数据，并且能够管理企业产品生命周期其它阶段的数据，同时也能管理产品开发过程。PDM可以保证把正确的信息在正确的时刻采用正确的方式传递给正确的人，是现代化企业进行信息化建设的极其重要平台。
目前全球范围内商品化PDM软件有近百种，国内有很多单位研究开发了适合国内情况的PDM系统。但是PDM应用于具体企业的产品管理时，如何采用科学的实施方法建立具体企业的产品数据管理系统体系结构、处理企业中PDM系统与其它应用系统的关系、如何建立企业的信息模型、如何建立企业产品开发的流程模型、如何建立类属模型、以及根据具体企业的需求扩展商用PDM系统提供的类模型等，是使PDM在企业发挥作用的关键。
本文以齐齐哈尔铁路车辆（集团）责任有限公司（齐车公司）的铁路货车产品设计为应用背景，提出了基于Windchill的铁路货车产品PDM体系结构。建立了流程模型、数据模型和Windchill PDM系统功能扩展模型，完成了铁路货车产品文档管理、版本管理、工作流程管理、BOM表的生成与管理等各项功能。
二、PDM系统体系结构
图1所示为基于Windchill的铁路货车PDM系统的体系结构。铁路货车PDM系统是齐车公司作为铁路货车产品开发并行工程项目的子系统开发实现的，系统采用Windchill为产品设计及其过程管理提供了必要的跨平台的软件支撑环境，该体系结构共分为四层，底层是异构分布的计算机硬件环境、操作系统、网络与通信协议、数据库；第二层是Windchill基础构架，包括Web机制、数据处理逻辑、对象模型、基础类库、Windchill基本服务；第三层是基于基础构架的Windchill应用组件，主要是文档管理、工作流程管理、产品结构管理、配置管理等；第四层是应用系统层，包括CAD、CAE、Word等产品开发应用软件。
计算机硬件环境与操作系统层包括Windows、Solaris等异构分布的硬件平台与相应的操作系统，网络环境主要是采用TCP/IP协议，通过Intranet连接各参与部门进行各种信息的交换，如图像、声音、图形、文本、报表等。数据存储以对象关系数据库Oracle8i作为框架的底层支持库。这样的系统利于与企业的ERP结合，既可以基于底层的Oracle数据库开发，也可以直接利用Windchill系统提供的权限管理、Web机制、高性能搜索等服务，同时，也实现了企业信息系统底层平台的统一，减少了异构系统间接口带来的庞大工作量。
Windchill基础构架层是PDM的集成框架，该构架包括Web机制、数据处理逻辑、对象模型、基础类库、Windchill基本服务等，为其上层的Windchill应用组件与应用系统提供了直接的应用基础。
Windchill应用组件层是在基础构架层之上的PDM功能，主要是文档管理、工作流程管理、BOM视图管理、产品结构配置管理等，它们直接实现PDM的各项功能，针对应用实施的客户化工作也主要是对这些组件功能的应用和扩充。
应用系统层是PDM体系结构的最上层，包括 CAD/CAE/CAPP软件和Word等应用软件，这些应用系统通过多种方式与PDM系统集成。对于Word等类似的文档编辑工具，以及ANSYS和Pro/Cast等分析模拟工具主要采用封装的方式集成，而Pro/E和Windchill则可通过Intralink实现的集成。 （图片）
图1 铁路货车PDM系统体系结构 三、PDM系统的流程模型与数据模型
铁路货车PDM系统体系结构确定以后，实现PDM系统首先需要确定PDM系统的数据流程和PDM系统的范围、组织、产品数据、管理数据、管理界面等数据模型，最终确定PDM系统的扩展功能。铁路货车产品开发有数十年的历史，积累了大量的图纸资料，同时，铁路货车产品开发具有较强的继承性，因此，铁路货车PDM系统流程与数据模型需要充分考虑对历史资料数据的管理。本文采用统一建模语言（UML）进行系统流程与数据建模。
1.PDM系统流程模型
图2所示为铁路货车PDM系统流程的用例（Use Case ）图，包括新产品开发过程、工程更改、BOM管理、文档管理、系统管理五个部分，从图中看出，PDM系统不仅管理产品信息，还管理产品开发过程；对数据的生成、发布、修改等相关工作流程进行管理与控制，提供对象的状态、版本及其工程更改过程管理等功能。（图片）
图2 铁路货车PDM系统流程模型 2.PDM系统的数据模型
图3所示为铁路货车PDM系统的数据模型，包括产品开发过程中的单据、产品数据、组织及人员、PDM系统的兼容性、界面和资料管理等，根据需求分析的结果为每一部分建立类模型，使PDM系统的实现在总体模型支持下进行，从而保证数据的一致性和合理性，最终，把windchill提供的类与这些模型的类图比较，并进行类的扩充，完成扩充后的铁路货车PDM系统功能。从图中看出，针对铁路货车产品开发的继承性、制造性需求，系统对BOM、文档资料（包括纸质资料）的数据定义了模型。（图片）
图3 铁路货车PDM系统数据模型 四、PDM系统的功能实现与模型扩展
铁路货车PDM系统流程模型和数据模型建立后，即可进行组织环境、用户、组、电子仓库等功能定制，对通过定制不能实现的功能，需进行功能扩展。对比已建立的铁路货车PDM系统数据模型和Windchill提供的数据模型，需要扩充文档类型和零部件分类的内容，形成扩充类，然后编程实现。
1.文档管理
采用Windchill文档管理功能，在Document的基础上扩展货车文档、文档类型（分类）、纸质文档等。一方面，铁路货车设计文档需要考虑有关校对、审核等方面的属性，因此，需要对文档的这一新业务对象进行定义；另一方面，根据铁路货车文档分类细致（约38种），需要进行文档的分类定义，同时，为实现对存放在系统外部的纸质文件的管理（如目录、存放地点、保存时间等的有效管理），增加纸质文件对象定义和相关属性，及对纸质文件借阅登记。经过对铁路货车PDM的文档模型扩展，可通过Windchill的文档管理功能实现文档的版本管理、权限管理、检索等。
版本管理使用Windchill的标准功能，当一个文档检入（即存入系统）后，将产生新的小版本或正式版本。通过文档在域与文件柜之间检入、检出操作实现小版本或临时版本的管理和控制，通过校订（Revise）操作实现大版本或正式版本管理与控制。
权限管理采用Windchill的标准功能，对文档在文件柜与域之间的检入、检出定义不同的访问规则，指定用户可以向哪个域中进行检入与检出，通过访问控制规则、通知规则实现对文档操作的安全性管理。
文档搜索查询比较方便，可以通过Windchill的本地搜索进行分类查询、也可以通过企业搜索进行基于属性和基于内容的检索。
2.产品结构配置管理
采用Windchill的产品数据管理功能，在Part的基础上，按铁路货车零件分类标准扩展货车零件、零件类型等，从而建立产品的结构；在此基础上，针对铁路货车产品特点进行物料清单客户化工作，建立货车产品设计BOM、工艺BOM、采购BOM、制造BOM等BOM视图，输出的BOM有标准件、自制件、锻铸件、通用件、紧固件、外购件、易耗件、探伤件等。
3.工作流管理
铁路货车产品开发通常要经过决策阶段、设计阶段、试制、试验与鉴定阶段、确认阶段，这些阶段构成了产品开发的生命周期工作流程，铁路货车PDM系统采用Windchill的生命周期管理、工作流管理和变更管理功能，实现铁路货车产品开发工作流程。如图4所示，以产品开发的生命周期为主线，将产品开发的决策流程、开发设计流程、工艺设计和测试流程分别同产品开发生命周期的各个阶段相对应，阶段跨越由升级工作流完成。用户进行工作流程中的每一步具体活动时，需要创建文档对产品的某个零部件具体描述或说明；需要审查/评审时，就启动审查/评审的工作流程，评审通过后，升级流程完成产品生命周期的阶段跨越。（图片）
图4 铁路货车产品开发工作流程 4.应用系统集成
应用集成分成三个层次即封装、数据接口和集成，在本文的系统中三类集成根据实际需要都进行了实现。对于Word等类似的文档编辑工具，主要采用封装的方式，PDM对它们的管理主要是文件级的管理，同时对必要的元数据信息进行管理，实现了分析结果和设计文档在设计人员之间及时传递，当然控制这个传递的就是工作流程管理，包括变更流程、预发布流程和开发流程。对于已有的工艺定额系统，由于采用VFP编制，而Windchill中数据统一由Oracle管理，所以在二者之间建立开发了数据接口。对于PRO/E的集成，通过PTCIntralink实现Windchill与Pro/E的集成，Intralink可以与Pro/E直接集成，完全管理Pro/E的数据，Windchill与Intralink之间可以通过映射机制直接进行数据交换，因此，实现了Pro/E和Windchill数据的双向交流。
五、结论
本文提出了基于商用PDM系统的铁路货车产品数据管理系统的体系结构，并给出了铁路货车产品PDM系统流程模型和数据模型，完成了产品文档管理、版本管理、工作流程管理、BOM表的生成与管理、应用系统封装与集成等各项功能，实现了工作流程的管理与监控，达到了对开发过程、设计数据进行有效的管理和控制。本系统的实现是做为齐车公司铁路货车产品开发并行工程项目的子系统完成的，系统在突出铁路货车PDM框架建立的基础上，着重了对文档管理、BOM管理和工作流程管理与铁路货车产品开发实际的结合，一方面，使系统在实现对电子数据管理的基础上，能够有效管理历史纸质资料；另一方面，在产品数据流转过程，能够以多视图BOM提供给相关人员。本系统是采用Windchill 4.0版进行开发的，系统在功能实现的细节和操作性上，随着具体应用的广泛和深入，将进行进一步的完善和细化。铁路货车PDM系统的建立，为PDM在企业的实施与应用提供了可供借鉴的参考思路和方法。
作者：
中国北车集团齐齐哈尔车辆（集团）有限责任公司 周来胜，李云鹏，苏晓华
清华大学国家CIMS工程技术研究中心 范文慧，葛正宇
（感谢PTC公司的李和良博士、龙国胜博士、叶方乔、孟浩然等在系统实现上的支持帮助！）
原载《CAD/CAM与制造业信息化》
3/24/2006
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