西飞产品数据管理系统设计与实施样本.doc

西飞产品数据管理系统设计与实行
侯卓兵
西安飞机工业（集团）有限责任公司

　　摘 要：本文分析了航空公司产品数据管理面临问题，阐述了西飞LCA（一种详细PDM软件）系统设计和实行中管理和安全以及抱负系统架构，重点从分类、组织、版本、关联、可视化等方面对数据管理中文档管理和产品构造管理进行了分析和阐述，在并行工程和面向制造设计方面重要阐述了关联设计、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 PDM LCA 协同设计 主模型 上下文设计
1．引言
市场经济已经把公司直接推向市场，老式管理方式、组织构造和决策准则已不能适应日趋激烈市场竞争。当前国内公司，特别是大中型公司存在着生存困境和竞争能力低严重局面，而飞机制造公司更是直接面对着国际先进航空制造公司竞争，面对瞬息万变市场变化，要想在竞争激烈国际环境中求生存、求发展，就要及时开发出满足顾客需求新产品，缩短新产品上市时间，提高产品质量，减少产品成本，具备竞争力价格，并提供优质售后服务，在顾客中享有极高信誉。PDM能为提高公司核心竞争力和生存能力提供有效技术和管理手段。
2．公司在产品数据管理方面面临重要问题
2．1 技术落后
数字化技术催发了航空产品研发技术进步，但其应用范畴、技术水平还处在较低层次，飞机研制大多还采用三维设计、二维发图形式，这在一定限度上虽然缩短了产品研制周期，特别是使设计人员从繁重体力劳动中解脱出来，但并不能解决复杂产品设计优化、零部件间干涉、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、迅速设计等方面存在严重缺陷。
2．2 管理落后
（1）文档管理落后
公司每天都要产生大量产品数据，用手工管理和维护这些数据会占用大量资源，CAD技术应用更进一步激化了先进设计技术与落后管理手段矛盾，人们但愿借助计算机把大量图纸和技术资料有效地管理起来，可以以便、快捷地依照项目、设计人、工作阶段、审批状态、日期、类型以及预先定义各类参数（例如装配关系、材料、重量、加工办法等）进行查询和获取。
（2）产品数据管理落后
飞机普通由上万项零部件构成，面对数量如此之多零部件，在原材料采购、生产筹划安排、零件制造和装配等工作中，使用手工管理很难获得精确数据，如何完整地描述这些零部件以及她们之间互有关系是一项重要而复杂工作。此外，不同部门有不同形式物料清单（Bill of Material，BOM），并且还要不断维护这些BOM一致性。再者，公司要不断地开发新产品，改进改型老产品，构造新约束关系，这也使得管理难度急剧加大。
（3）并行工程规定更高层次信息管理
老式设计过程采用是按功能部门分割串行工作法，由于没有制造、维修等人员初期介入，产品设计会存在较多错误，这些错误或缺陷在工艺审查中会得到某些纠正，而大某些则只能在其后制造和使用中才干逐渐被发现。并行工程不但规定多学科领域专家群体协同工作，并且规定把产品信息与开发过程有机地集成起来，做到对的时刻、把对的信息、以对的形式、传送给对的人、及时作出对的操作。此外，各级领导依照主管权限可以透明地调用所需信息。这是当前最高层次信息管理规定。
3．LCA系统设计及应用实行
3．1 系统管理和安全性
数据是公司财富，系统安全性是数据安全基本，LCA系统具备严密安全管理机制，依照西飞管理规范，综合考虑飞机型号研制中项目管理规定，建立了灵活、基于原则人员和组织模型，采用分布式、基于WEB管理方式，实现安全、基于方略顾客管理，使得各种角色以及权限得到了较好控制，作到了与内部其她系统信息同步。同步，考虑了在整个扩展公司中，与外部业务伙伴和价值链信息同步，信息保护和核心知识产权保护。
抱负服务器架构如图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。
ENOVIA LCA Application V5 Server
DB Server
Vault Server
File Introspection
Websphere / HTTP Server
RDBMS proprietary
RDBMS proprietary
Clash Server
RDBMS proprietary

图1 PDM服务器抱负架构
3．2 数据管理
数据管理重要涉及：文档管理和产品构造管理。
（1） 文档管理
统一、安全地管理涉及3D/2D几何模型、技术文档在内各类文档，以便对文档进行检索、浏览、更改、版本控制、状态控制和发放。文档管理涉及：
文档分类及编号：文档分类可以以便顾客进行查找，可以通过度类对同一类文档采用相似管理方略，如文档成熟度控制。建立了规范保证文档唯一性文档编码体系，实现了文档电子化管理。
文档版本控制：文档版本用于控制文档有效性及跟踪文档变更历史；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：公司内部和外部成员在给定权限内可以检索、查询所需文档。此外，通过互有关联数据模型，可以根据产品构造获得所有有关设计信息，如三维模型、二维图纸、设计任务书等。
文档与产品构造关联：在产品构造树节点上，描述零部件文档与其有关零部件有机地关联在一起，实现产品数据组织、控制和管理。对于多CAD系统产生几何模型（如CATIA、UG等），按特殊文档类型进行管理，并建立产品构造和模型文档之间关联。在电子样机环境中，管理多CAD系统零部件，支持Multi-CAD数据共享、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）构建文档安全机制，安全控制可以划分层次，支持对象属性级安全控制。如顾客登录权限、顾客访问控制方略等，保证只有对的顾客和工作组才干访问对的项目中对的生命周期状态对象。
文档可视化：通过可视化Viewer和DMU功能，让整个公司顾客查看各种与产品有关文档，如Office文档、3D模型和2D图纸等。可视化功能支持产品构造浏览和展开，可以查看3D模型文档，进行剖切、测量、空间分析、打印等功能。实行产品DMU和文档可视化，各部门人员可以使用统一工具，借助网络访问不同格式数据，完毕圈阅和评审等，如图2所示。
文档成熟度：不同类型文档具备不同生命周期，如设计->校对->审核->预发放->发放。不同状态文档相应不同文档成熟度。

图2 数据成熟度和工作流程
（2） 产品构造管理
产品构造管理涉及：
零部件：产品总成、组件、零件都具备唯一零件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。支持对零部件扩展，提供与设计、制造有关描述信息。不同类型零部件及其关联各类文档共同描述产品构造上节点。
零部件版本：零部件版本用以控制零部件更改和演化，并跟踪零部件变化历史。在零件发放后，处在冻结状态。运用产品和零部件版本管理，使顾客随时查阅各状态、各版本下BOM数据。
产品构造：提供不同层次、不同对象BOM视图，管理BOM中代替件、备用件、可选件，维护产品构造从属关系。
BOM：BOM构造及其关联文档单级或多级展开、BOM构造差别比较、BOM清单输出等。
3．3 面向制造设计
并行数字化定义是面向制造设计基本，它涉及虚拟开发团队构建、支持并行工作数据环境（涉及上下文设计、关联设计、主模型）等。
（1） 虚拟开发团队
为支持型号研发，需要将型号研发提成若干项目组，并通过划分不同角色和人员构建公司虚拟组织，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。

图3 任务分派和研发上下文
（2） 上下文设计
上下文设计（如图4所示）即与其她部件在某一环境中进行设计（Design With Surrounding）。在上下文设计中载入部件时，装配约束也将同步载入。上下文设计特点是支持大装配件，某些载入设计环境，支持产品构造过滤机制（如按区域、属性、产品配备等），支持轻量化浏览，充分运用发布（Publication）机制。

图4 上下文设计
（3） 关联设计
关联设计（Relational Design）是一种建立、理解和管理“起因和影响”关系技术，贯穿整个产品生命周期。不但记录产品数据，并且可以记录数据间各种关联，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办法。
一方面，管理CAD系统丰富关联特性，一种零部件中不但保存着自身几何特性和属性信息，也保存着与其她零部件之间几何关联及上下文环境，涉及：零件模型设计根据是另一种零件某个特性，工程图与三维实体一致性，几种零件实体构成装配等；通过技术性关联管理，管理互相之间关系。另一方面，建立Top-Down上下文关联设计环境，运用发布（Publication）功能，在设计中可以采用各种优化设计办法，Top-Down即是其中一种实现并行设计办法，针对特定产品构造以便建立Top-Down上下文关联设计环境和CAD系统紧密集成。在LCA中对不同部件公共设计接口及参数进行管理，设计任务被分发执行，零件设计变更若影响到公共设计接口，将被自动传播到有关零件，保持数据一致性；此外，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模型。
在产品研发过程中，通过核心设计技术，在上下游有关设计数据之间或并行设计数据之间建立信息关联，实现某一数据更改向有关数据自动传播，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所有信息来组织数据。
主模型涉及如下信息：节点编号、节点名称、节点版本/版次、模型文档、阐明文档（Manifestation）、规格文档（Specification）等。如图5所示。
通过节点之间关联关系、节点附着对象之间关联关系，可以构成各种不同研发上下文，支持虚拟产品开发团队并行设计。

图5 主模型
（5） DMU技术摸索
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3D模型为基本，在统一协同环境下进行设计及各类DMU仿真，实现设计和制造在内产品研发流程集成和畅通，保证产品质量。
DMU提供各类可视化功能对电子样机进行全面审视、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，并对干涉检查成果进行分类管理、消除干涉更改状态管理等。
3．4 产品研发中协同
在产品开发过程中，越来越多设计数据规定可以实现异地共享和交流，在公司内部建立不同部门（涉及设计、制造）之间异地产品开发基本和机制，提供信息共享、同步和协同环境。
内部协同以WBS分解为基本、以跨部门IPT为执行单位、借助公司支持应用系统/模块来完毕，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。

图6 IPT和内部协同
4．进一步研究和发展方向
随着PDM应用进一步和广泛，PDM应用领域和技术正在向着PLM即公司全局信息集成方向发展。特别像飞机这样航空高科技产品，将来飞机研制不也许封闭在一种公司进行，因而，异地协同飞机研制下PDM必然向公司外延伸，PLM技术必然成为研究和应用热点。
4．1 基于PPR集成产品研发平台，必将贯通飞机产品研制生命周期
它详细体现形式是底层PPR-Hub数据库，中间层基于M-HubPPR应用平台，以及前端PPR Application和PPR Navigator。它能使所有顾客基于统一数据源使用最新数据进行工作，以便对产品、过程、资源进行可视化浏览和关联查阅，任何数据变化都会立即反馈到所有顾客。
PPR-Hub重要由如下几某些技术来实现：
一方面是数字化产品定义技术，进行产品几何、关系、构型等定义，并生成产品EBOM。另一方面是过程定义技术，进行典型工艺过程、工艺筹划等定义，以及与产品有关联，并调用有关资源，形成产品MBOM。然后是管理产品、流程和资源三大数据源通用技术。同步，PPR-Hub还可以以插件方式嵌入到各种CAD、PDM以及OFFICE等工具软件中，以便在它们产生文档中提取属性、特性以及数据有关性等信息，并将这些信息组织起来。此外，还进行产品数据存储与恢复等等管理。
4．2 异地协同
异地协同支持整个供应链上下文设计，并通过将关联设计延伸至公司之外，实现与战略合伙伙伴和供应商协作。协同过程涵盖工作任务分解、虚拟开发团队、数据可视化等内容。如图7所示。

图7 异地协同
4．3 数据可视化
数据可视化是进行异地协同手段之一。工作内容如下：
（1）对不同产品数据源进行访问，涉及多PDM系统和基于文献系统数据源等
（2）支持Web轻客户端操作方式，使供应商通过广域网进行数据访问
（3）支持多CAD支持（Multi-CAD）、多数据格式
（4）支持可视化审视
（5）支持即时协同，如在线讨论和3D会议等
5．结束语
如果说PDM实行应用重点在工程部门，那么PLM技术所涉及领域已经超过了设计、工程部门范畴，逐渐向生产、经营管理部门渗入，PLM是产品开发过程中生成、管理和分派所有信息集成者。公司需要是全局信息集成，既涉及设计、工艺、人、财、物、产、供、销等信息，公司各个职能部门都必要共享和访问与产品模型有关信息，只有这样才干生产出适销对路产品，抓住稍纵即逝机会，尽快打入市场。

参照文献：
[1] 范玉青，当代飞机制造技术 M 北京航空航天大学出版社，
[2] 白永红，王泽玉，邱唏，飞机制造公司PDM组织与实行 J 航空制造技术，第六期
[3] 张恒喜，朱家元，郭基联，军用飞机型号发展工程导论 M 国防工业出版，