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航空产品数据管理标准的应用解析
夏晓理 张岩涛
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1 引言
产品数据管理(Product Data Management，以下简称：PDM)是以软件技术为基础，以产品为核心，实现产品相关的数据、过程、资源一体化集成的管理技术。PDM技术继承并发展了ClM技术的核心思想，在系统工程思想的指导下，用整体优化的观念对产品设计数据和设计过程进行描述。规范产品生命周期管理，实现产品设计数据的有序、设计过程的优化和资源的共享。PDM技术已经成为支持企业过程重组(BPR)、实施并行工程(CE)和ISO 9000质量认证等系统工程的关键技术。
航空产品的复杂性和安全性要求高的特点造成其设计制造是一个工程艰巨、协作面广、管理复杂的过程。从上世纪九十年代开始。航空行业逐步采用PDM作为产品研制过程和产品数据管理的主要工具。但是PDM实施应用的复杂性，使得企业迫切需要统一的规范进行指导。从2001年开始，中国航空综合技术研究所开始对PDM系统在航空产品研制的中应用进行跟踪研究。并于2005年正式发布了航空行业标准HB 7796-2005《航空产品数据管理通用要求》，用于规范和指导企业PDM系统的应用实施，本文将对该标准在应用过程中的具体要求进行解析。
2 标准制定思路与主要内容
(1)航空产品研制的特点
随着数字化技术的广泛应用，航空产品研制生产过程呈现出新的特点。一，航空产品的单件小批量生产特性，使得整套的产品数据按批次或架次产生。需要大量的数据来表达产品定义和实现的状态和过程；二，航空产品要满足飞行、使用、维护等多方面的要求，迭代频繁，更改量大；三，产品研制的各个环节应用的不同信息系统，产生了不同类型和格式的数据。各类数据以不同格式分布在不同的位置，由各自的系统分别管理，形成了许多数据“孤岛”难以集成；四，厂、所分离造成厂、所之间信息规划不同、数据传递不畅。难以实施协同设计和并行工程。这就要求在PDM标准化过程中解决上述问题。
(2)标准的主要内容
标准从产品数据管理的对象、产品数据管理系统、PDM系统基本功能实现、PDM系统实施并保障运行等四个方面系统地规范了航空产品数据管理的通用要求。为企业从顶层规划、需求分析及选型、企业自身数据规范和组织、PDM系统初步实施及功能实现、PDM系统与企业原有平台的集成、PDM系统运行及维护等各个阶段提供了标准化支持。其主要内容包括：
1)航空企业及航空产品数据结合航空行业的特点，将航空企业划分为以产品设计为主、以产品制造为主以及设计制造一体三类，并分析了这三类航空企业对产品数据管理的不同需求。如以产品设计为主的单位对设计重用、设计过程管理及设计资料存档有较高需求，要求PDM系统能够解决设计数据和流程的管理问题。有效地管理和控制动态数据。依据上述特点，标准对飞机研制过程中所产生的结构化和非结构化数据进行了整理分类，并对各类数据的数据属性进行了规范。
2)PDM体系结构、集成框架和主要功能
标准中提出了适用于航空行业的PDM的体系结构和集成框架。其中，将体系结构分为支撑层、对象层、功能层和用户层等四层。便于企业根据实际情况进行软件配置和二次开发。应用集成框架是一个开放式的框架，便于企业集成现有工具，实现企业级的集成化产品开发平台。在此基础上，标准规定了PDM系统应具备的基本功能，包括文档管理、工作流和过程管理、产品结构与配置管理、零件分类管理及系统集成等功能。
3)PDM系统基本功能实现
为提高实用性，标准对PDM系统的基本功能如何在企业中具体实现进行了规范。如实现文档管理功能中，规范了文档对象的组织和分类、文档的版本管理、文档的标准化、文档的安全控制等要求；集成功能中规范了PDM系统与CAD、CAM、CAPP等工具之间的数据流和工作流，同时，厂所之间进行信息集成的主要内容，为实现企业级集成化产品开发平台提供了可行性方案。
4)PDM系统实施并保障运行
PDM实施是指在PDM框架下实现企业最佳运作(主要指产品开发)的过程，它是一个复杂的系统工程。标准中规范了PDM实施的初期，企业如何明确应用目标、进行需求分析和选型，以及选定PDM软件之后，具体实施PDM时的原则、实施方法与内容、与企业现存的应用软件如何集成以及PDM运行之后如何对其进行维护和管理等内容，并给出了参考性的附录。
3 标准的应用和实施
(1)产品数据的规范化
产品数据贯穿产品研制的全生命周期。为保证产品信息传递和继承的一致性，实现产品数据表达与管理的完整、精确和协调，需首先对产品数据规范化。根据产品研制要求，企业应对业务对象进行分类与编码。规范业务对象的属性表达，明确产品数据的交换要求，实现本地(异地)的业务对象属性传递及产品数据的一致性。企业可利用标准中给出的附录“飞机研制过程中产生的数据类型”按照数据的结构化和非结构化特性将飞机研制过程中的数据进行分类。对飞机研制过程中的基本信息数据、更改信息数据、版本信息数据、结构构型信息数据、飞机功能信息数据、设计信息数据、制造信息数据、质量检验信息数据、运输包装使用维护信息数据以及图样、原理图等非结构数据进行详细定义。
(2)文档管理的实现
要实现文档对象的浏览与导航、文档的分类管理、文档的版本管理和文档的安全控制等功能。需按照标准将产品文档按照研制阶段、文件内容、文件表达方式等维度进行分类并进行有效组织。使文档对象与产品对象、工作包对象关联。可采用文件夹或零部件对象等容器进行管理，并建立不同的分类结构和使用视图。图1是按照工作分解结构组织文档的示例。

（图片）

将文档在生命周期的不同状态进行标识，确定文档的使用范围和权限。文档的每一次变化可设置为不同的版本，涉及版本变化的，应保留文档的历史版本变动数据。航空行业可按照相应的航空行业标准对文档版本进行管理，并通过对文档的访问控制实现文档的安全控制。
(3)工作流程管理的实现
工作流程管理用于定义和控制产品数据的定义、审批、发放和更改等流程。通过电子化方式使任务分配、审核、审批等自动进行，既可管理产品生命周期的全过程，也可管理某一具体过程中不同状态间的转换(如工作状态、预发放状态、审批状态及发放状态)。在工作流程中，需要将信息和具体的任务相关联，来加快工作流程的进度。
为对工作流程进行有效管理，需将工作流程按照其基本构成单元划分为多个过程。通过对某类数据对象的多个过程的有序组合。可建立一个完整的工作流程。可将典型的工作流程定制为模板。通过细化工作阶段、定义负责人员、表决方式、完成状态、产生数据等要素，实例化工作流程。
图是根据HB 7805-2006 《工程更改控制》对模板进行的细化。

（图片）

(4)产品结构管理的实现
在企业实施产品结构管理过程中，应考虑如下要求：
1)产品结构模型应能充分显示企业系列化产品目录以及产品详细配置；
2)产品结构模型应能够附加产品各类文档，实现产品数据最大程度的集成与共享；
3)对产品结构的操作(如建立、修改等)应能够按部件、系统或者区域进行；
4)产品结构与CAD模型之间、产品结构管理与文档管理之间应能实现互操作；
5)产品结构模型应有较强的过滤功能，以便建立产品结构的各种视图；
6)产品结构应能逐层实施操作与访问权限控制，确保产品结构安全性。
在实际应用中，可建立三层的产品结构模型。第一层为系列型号层，指由不同系列及型号的产品组成的一大类产品。如飞机产品，包括运输机系列及其不同型号，歼击机系列及其不同型号等。第二层为产品架次层，产品的一个架次真实地代表一种产品配置，是直接面对用户的产品清单(工程BOM)；产品架次是按产品零、部件的位置关系(即装配关系)定义；产品架次可附加文档。第三层为零部件层，建立架次与零、部件之间的链接关系；被引用零、部件可附加文档。
(5)技术状态(构型)管理的实现
PDM系统对产品结构和文档管理的能力使得它成为实现技术状态(构型)管理的理想工具。企业宜基于PDM系统平台进行技术状态管理，结合系统所提供的各功能，以满足技术状态基线定义、更改管理、文档审批发放等要求。
1)技术状态(构型)标识
技术状态(构型)标识是确定技术状态项目功能特性和物理特性。并形成文件的过程的前提，也是后续技术状态管理活动的基础。技术状态标识文件包括规范、图样、模型和技术文件(数据)等。建立技术状态标识一般包括以下几个步骤：一，从产品研制的工作分解结构(WBS)的单元中选择技术状态项目CI项，根据CI项的用途、特点和管理需要进行分类；二，根据CI项在工作分解结构中所处的位置，建立包含CI的结构树，并将CI项与各自的技术状态文件、接口文件等相关文件关联起来。三，根据业务对象的分类和编码标准，确定各CI项及相关文件的标识号。
2)技术状态控制
规定和标识CI数据状态，一般包括工作中、预发放、审批中、发放、设计冻结、定型和作废等。PDM系统自动赋予CI在产品开发各阶段的状态。按HB 7807—2006及相关规定，确定CI及相关文件的类别，在PDM系统中定义其审批、更改等工作流程。通过PDM的更改管理，对工程更改、偏离和超差的审批过程进行控制，跟踪CI及其相关技术文件的更改，确定受影响CI的有效性，必要时进行CI换版或建立新的CI。
3)技术状态纪实
技术状态纪实应具有技术状态的实时记录、查询和报告的能力。对当前和历史的偏离和更改都应有完整、准确和可追溯的记录。根据产品研制需要，通过PDM系统实现技术状态管理信息的纪实，输出相应报告。报告内容包括：通过批准的CI和技术状态文件标识号及相关信息；ECR、ECP审批情况，ECO贯彻情况；技术状态审核的结果，包括不符合的状态和最终处理情况；对CI的关键、重要的偏离和超差审批和处理情况；CI更改情况，基线中的项目清单和更改后的项目清单。
4) 技术状态审核
在PDM系统中，按HB 7807—2006的要求定义审核活动流程，进行技术状态审核工作。产生的相应文档和审查数据均应纳入PDM系统中进行管理。审核活动数据大致包括技术状态审核计划、审核资料清单和审核会议记录、审核报告和结论等。
(6) 系统集成的实现
PDM系统集成是指在PDM集成框架的基础上，使PDM系统能与企业其他业务应用系统以及各类工具实现数据和过程的协同，并提供统一的用户工作环境。系统集成的范围一般包括与CAx(如CAD、CAE CAM、CAPP)、各类典型业务系统(包括ERP、MES、CRM、电子商务、企业门户、项目管理系统和档案管理系统等)以及其它用户应用系统的集成。集成包括应用接口级集成、数据集成和业务逻辑流程集成等多种层次。在集成过程中，应首先分析明确PDM系统及相关集成软件之间的数据流和业务流，然后通过软件定制或二次开发实现。例如，CAPP系统与PDM系统之间的数据流包括CAPP系统需从PDM系统获取EBOM及相关零部件信息，并能将工艺文档及相关信息提交PDM，并利用PDM系统功能实现审签控制和文档管理，为PDM系统提供相应浏览工具和文档审签工具。
3 结束语
PDM系统将为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品相关的数据信息的机制和框架，为实现在分布式环境中的产品数据共享和异构计算机环境提供一种集成的应用平台。因此，实施PDM是一个庞大的系统工程，迫切需要依据PDM标准，结合企业实际情况，系统地、逐步地、规范地实现PDM的应用。本文是基于航空行业产品数据管理标准，结合行业更改控制、技术状态管理、文档管理制度等其他相关标准，为企业实施PDM标准提供了很好的借鉴。 4/23/2011

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