隨著我國城市軌道交通的迅猛發(fā)展，新機(jī)遇要求全新動車組、城軌車設(shè)計周期短，企業(yè)信息化、精益化管理已成為提高企業(yè)核心競爭力的重要手段，傳統(tǒng)的電氣研發(fā)設(shè)計數(shù)據(jù)管理平臺存在諸多問題：（1）現(xiàn)有的電氣設(shè)計軟件基本處于孤島狀態(tài)，與其它子系統(tǒng)集成性差，數(shù)據(jù)存儲分散；（2）電氣設(shè)計過程數(shù)據(jù)通過手工備份到服務(wù)器文件夾且缺少版本管理；（3）電氣設(shè)計報表系統(tǒng)速度慢，效率低；（4）物料清單（BOM）在產(chǎn)品數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用系統(tǒng)（SAP）中靠人工逐級搭建，管理松散，且易出錯。以上問題導(dǎo)致了傳統(tǒng)的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)管理平臺已不能適應(yīng)數(shù)字化協(xié)同設(shè)計環(huán)境下復(fù)雜列車系統(tǒng)快速研制的要求，急需圍繞電氣圖紙研發(fā)設(shè)計過程，建立適合自身要求的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)管理集成平臺。
基于Windchill的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)管理集成平臺的建設(shè)，以解決電氣研發(fā)設(shè)計中存在的問題為目的，圍繞電氣研發(fā)設(shè)計過程和電氣設(shè)計輸出特點，采用二次開發(fā)實現(xiàn)電氣設(shè)計工具研發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、物料數(shù)據(jù)管理（MDM）系統(tǒng)、SAP 系統(tǒng)的無縫集成，基于研發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)公共資料管理，設(shè)計數(shù)據(jù)管理、流程管理和權(quán)限管理等功能，實現(xiàn)集成度好，流程清晰，業(yè)務(wù)順暢，使用便捷的平臺建設(shè)目標(biāo)。
1 研發(fā)平臺工具
1.1 電氣設(shè)計工具
電氣設(shè)計邏輯復(fù)雜關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)，如何在短時間內(nèi)完成龐大的圖紙繪制，要求多用戶多部門協(xié)同設(shè)計及管理，保證數(shù)據(jù)的正確性，并準(zhǔn)確完成各類報表數(shù)據(jù)整理，成為電氣設(shè)計必須面對的難題。
本文采用E3（E3.Series）作為電氣設(shè)計工具，支持多部門多用戶的協(xié)同管理與設(shè)計，設(shè)計師通過E3.Series 對項目進(jìn)行實時操作，配置的電氣規(guī)則可以檢查項目方案是否滿足設(shè)計規(guī)范，并檢查圖紙中存在的錯誤，以便進(jìn)行修改，系統(tǒng)管理員可對設(shè)計人員的權(quán)限進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，保證每位設(shè)計人員只能操作被授權(quán)的項目數(shù)據(jù)，項目數(shù)據(jù)存儲在同一數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)了項目內(nèi)部的圖紙保持實時更新，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。
項目設(shè)計中E3.Reports系統(tǒng)支持自動生成設(shè)計部的報表和工藝部的部分報表，例如線纜總表、線束表、元器件清單、線束走向表、布線表和剪線表等，以進(jìn)行圖紙正確性檢查。
1.2 研發(fā)數(shù)據(jù)管理工具
研發(fā)部門是車輛產(chǎn)品電氣設(shè)計數(shù)據(jù)電路圖、電氣BOM 以及電氣報表等及機(jī)械設(shè)計CAE/CAM/CAD 數(shù)據(jù)的源頭，數(shù)據(jù)量大且需要頻繁傳遞、交換、處理和存儲，本文采用Windchill 作為數(shù)據(jù)管理研發(fā)工具，Windchill 是一套集成應(yīng)用軟件，涉及圖文檔管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、生命周期管理、工作流程管理、工程變更管理、零部件分類及重用管理、項目管理、制造過程（工藝）管理、供應(yīng)商管理、用戶需求管理等全部產(chǎn)品生命周期領(lǐng)域。為提升整個電氣研發(fā)團(tuán)隊的溝通和協(xié)作工作效率提供軟件平臺。
Windchill還提供開放的開發(fā)接口，為研發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與各設(shè)計工具及公司其它系統(tǒng)集成提供技術(shù)保障。
1.3 公司級產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理工具
將SAP定位為公司級產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的核心，所有其他信息系統(tǒng)的構(gòu)建均以SA為基礎(chǔ)進(jìn)行。SAP的許多新產(chǎn)品，包括企業(yè)核心組件ECC（ERP Central Components），全部構(gòu)筑在Web 應(yīng)用服務(wù)器（WebAS）平臺之上。WebAS 提供了開放式的結(jié)構(gòu)，使用HTML、XML等計算機(jī)語言，支持許多數(shù)據(jù)庫版本和發(fā)布，可以容納所有的數(shù)據(jù)和配置信息，同時，WebAS也提供定制功能，可以使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)語言Jav完成二次集成開發(fā)。使得其他功能信息系統(tǒng)可以與SAP集成。
2 平臺總體方案
針對電氣設(shè)計工具與其它子系統(tǒng)集成性差，數(shù)據(jù)存儲分散問題，提出了將前端電氣設(shè)計工具E3、MDM 系統(tǒng)、SAP統(tǒng)、研發(fā)電氣數(shù)據(jù)管理工具Windchill以接口方式進(jìn)行雙向集成方案，打通系統(tǒng)間數(shù)據(jù)通道，保證電氣設(shè)計工作數(shù)據(jù)流暢通，實現(xiàn)完整可靠的電氣協(xié)同設(shè)計平臺。平臺總體方案構(gòu)架如圖1所示。
圖1 平臺總體方案構(gòu)架圖
平臺集成方案圖如圖2所示。本集成平臺通過Server開發(fā)語言，Java構(gòu)建完整后端服務(wù)平臺，執(zhí)行底層邏輯運(yùn)算與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理；使用跨平臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件Apache 與開源Web 應(yīng)用容器Tomcat 組成網(wǎng)絡(luò)通信層，實現(xiàn)HTTP 請求接收、負(fù)載均衡與集群配置等服務(wù)功能。本集成平臺涉及各子系統(tǒng)或工具間集成架構(gòu)以Java 核心包為基礎(chǔ)，針對各下游系統(tǒng)或工具技術(shù)不統(tǒng)一的現(xiàn)狀設(shè)計與開發(fā)具有指向性的獨立集成模塊：如E3工具與MDM 系統(tǒng)等支持?jǐn)?shù)據(jù)交換協(xié)議（SOAP）標(biāo)準(zhǔn)，使用通用WebService方式實現(xiàn)雙向集成；對于技術(shù)相對封閉的SAP 系統(tǒng)，通過其提供的sapjco.jar 工具包實現(xiàn)遠(yuǎn)程函數(shù)調(diào)用（RFC）接口訪問，通過動態(tài)鏈接庫文件進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸；其余無法直接提供集成接口的下游系統(tǒng)，直接使用面向數(shù)據(jù)庫的SQL 進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問，實現(xiàn)數(shù)據(jù)級的集成功能。
圖2 平臺集成方案圖
3 平臺功能實現(xiàn)
電氣設(shè)計數(shù)據(jù)管理集成平臺的建設(shè)，針對電氣設(shè)計數(shù)據(jù)的管理特點，通過系統(tǒng)及工具間的緊密集成，結(jié)合Windchill 工具特有的版本、權(quán)限、流程等功能，實現(xiàn)電氣數(shù)據(jù)及版本管理、產(chǎn)品BOM 結(jié)構(gòu)管理、報表管理、歷史數(shù)據(jù)回滾功能、物料編碼管理、圖紙評審管理及工程更改管理，為企業(yè)資源計劃（ERP，EntERPrise Resource Planning）等系統(tǒng)提供準(zhǔn)確可靠的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)。
3.1 電氣數(shù)據(jù)及版本管理
（1）通過數(shù)據(jù)檢入接口，將E3輸出的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)，如圖紙、BOM、報表等自動存入各產(chǎn)品文件夾下，針對電氣數(shù)據(jù)本身的特點，利用Windchill工具定義特殊的類型、屬性與數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)，并定制開發(fā)相關(guān)管理功能，實現(xiàn)對電氣數(shù)據(jù)的集中管理，電氣數(shù)據(jù)及版本管理如圖3所示。
圖3 電氣數(shù)據(jù)及版本管理
（2）版本管理，電氣數(shù)據(jù)在Windchill中均使用字母大版本+ 數(shù)字小版本方式，每次檢入操作升級一個小版本，每次修訂操作升級一個大版本。Windchill中每條數(shù)據(jù)的所有版本信息（內(nèi)容與屬性）均由系統(tǒng)維護(hù)歷史記錄，從而解決了不定時將E3 設(shè)計文件手動備份到本地文件夾方式的問題，避免手工備份安全問題，同時為歷史數(shù)據(jù)回傳功能提供數(shù)據(jù)源。
（3）狀態(tài)管理，Windchill工具為每種電氣設(shè)計數(shù)據(jù)類型定義其生命周期模板、狀態(tài)和轉(zhuǎn)變規(guī)則。狀態(tài)屬性標(biāo)志著數(shù)據(jù)成熟度，通過流程自動驅(qū)動與手動修訂兩種方式控制狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。為實現(xiàn)電氣設(shè)計數(shù)據(jù)安全性管理提供基礎(chǔ)。
（4）位置管理，利用Windchill專門的存儲庫來分類管理所有電氣設(shè)計相關(guān)公共資料。
（5）安全性管理，通過Windchill策略管理器提供數(shù)據(jù)訪問權(quán)限的配置管理功能。對于管理對象，針對其類型、狀態(tài)、位置等屬性以及操作用戶所屬的角色、組等信息進(jìn)行訪問權(quán)限控制。提高數(shù)據(jù)安全及正確性。
3.2 產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)管理
為避免SAP人工搭建BOM方式造成的人為錯誤，提出BOM由電氣連接圖紙驅(qū)動自動創(chuàng)建與管理，產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)管理接口開發(fā)流程如圖4所示。
圖4 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理接口開發(fā)流程
3.3 報表管理
針對電氣設(shè)計工具中導(dǎo)出報表，速度慢，未存入數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理及無版本管理、存儲等問題，通過數(shù)據(jù)檢入接口，將電氣總表數(shù)據(jù)與電氣圖紙分離，并將總表數(shù)據(jù)存入Windchill 電子倉庫與數(shù)據(jù)庫，同時記錄總表數(shù)據(jù)電氣圖紙的關(guān)聯(lián)關(guān)系。在系統(tǒng)中通過開發(fā)手段固化各類電氣報表匯總邏輯，定義線表匯總模板，實現(xiàn)各類電氣報表的匯總輸出，解決了現(xiàn)有E3系統(tǒng)中進(jìn)行元器件報表匯總時，速度慢，效率低，匯總時間較長等問題。具體線表種類有：線纜信息總表、電纜清單、設(shè)備接線表、線束表、元器件清單和線束走向表。
3.4 歷史數(shù)據(jù)回滾功能
針對設(shè)計系統(tǒng)方案反復(fù)改變現(xiàn)象及設(shè)計誤操作問題，無法實現(xiàn)歷史版本的恢復(fù)問題，提出了歷史數(shù)據(jù)回滾功能，以Windchill存儲的歷史版本為數(shù)據(jù)源，供選擇并操作。
在Windchill中存儲歷史版本及用于數(shù)據(jù)修復(fù)XML文件，數(shù)據(jù)恢復(fù)時，利用E3工具API接口實現(xiàn)項目中所有設(shè)備、符號、連接器針腳、芯線、電纜對比及修復(fù)，從而實現(xiàn)自動執(zhí)行歷史版本數(shù)據(jù)與整車級圖紙合并操作，此功能使用靈活，避免重復(fù)工作，提高設(shè)計效率，接口開發(fā)流程如圖5所示。
圖5 歷史數(shù)據(jù)回滾接口開發(fā)流程
3.5 物料編碼管理
為了避免人工重復(fù)維護(hù)物料信息，實現(xiàn)物料編碼閉環(huán)管理，提出了物料編碼管理功能，設(shè)計師可根據(jù)需求由MDM或者Windchill發(fā)起物料編碼申請，MDM系統(tǒng)新物料編碼發(fā)布后，Windchill根據(jù)接收到的物料數(shù)據(jù)結(jié)合物料來源標(biāo)記進(jìn)行匹配判斷，若為電氣物料則合并MDM標(biāo)準(zhǔn)物料屬性與電氣物料特有屬性，調(diào)用E3物料編碼接收接口，自動執(zhí)行電氣物料編碼回傳操作，將編碼信息回傳至E3元器件庫。物料編碼接口開發(fā)流程如圖6所示。
圖6 物料編碼接口開發(fā)流程
3.6 圖紙評審管理
研發(fā)人員完成設(shè)計后， 在E3端完成提交Windchill工作，在Windchill中發(fā)起圖紙評審簽審流程，圖紙審批流程發(fā)起時機(jī)由用戶決定，可以針對多張圖紙發(fā)起一個審批流程（批量審批），審批過程中鎖定圖紙檢入權(quán)限及E3項目修改權(quán)限，審批通過后系統(tǒng)自動對圖紙PDF 文件電子簽名，自動發(fā)布至SAP系統(tǒng)，電氣圖紙評審流程圖如圖7所示。
圖7 電氣圖紙評審流程圖
3.7 工程更改管理
電氣數(shù)據(jù)變更管理要實現(xiàn)電氣變更的全過程記錄，包括變更原因、變更影響分析和變更執(zhí)行情況，保證變更的正確性、完整性、及時性和閉環(huán)管理。
通過基于已在Windchill中建立的有效變更業(yè)務(wù)控制手段，實現(xiàn)電氣圖紙文件變更信息和變更過程的有效管理；通過基于問題報告、變更請求、變更通知單等變更對象實現(xiàn)對變更業(yè)務(wù)的管理。規(guī)范產(chǎn)品變更及數(shù)據(jù)發(fā)放流程，提高數(shù)據(jù)發(fā)布的準(zhǔn)確性、有效性和及時性，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性，減少返工。
4 系統(tǒng)應(yīng)用效果
目前，公司應(yīng)用基于Windchill的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)管理集成平臺的軌道車輛產(chǎn)品包括城軌城際、高速動車組各兩個項目，電氣設(shè)計數(shù)據(jù)量達(dá)到4000多個。通過電氣設(shè)計工具與研發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、物料管理系統(tǒng)、企業(yè)資源管理系統(tǒng)的無縫集成，實現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)電氣設(shè)計的協(xié)同工作環(huán)境，電氣數(shù)據(jù)及版本統(tǒng)一管理，通過在Windchill中固化各類電氣報表匯總邏輯，各類電氣報表的匯總輸出在5s內(nèi)完成，BOM由圖紙驅(qū)動自動創(chuàng)建與管理，提高產(chǎn)品研發(fā)效率，提升設(shè)計質(zhì)量，逐步實現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化及流程標(biāo)準(zhǔn)化。
5 結(jié)束語
本文依據(jù)電氣設(shè)計輸出特點，以研發(fā)設(shè)計流程為導(dǎo)向，信息技術(shù)以及數(shù)據(jù)的交互傳遞和共享為手段，建立了基于Windchill的電氣設(shè)計及數(shù)據(jù)管理平臺，實現(xiàn)了電氣設(shè)計各子系統(tǒng)的無縫集成，解決了數(shù)據(jù)存儲分散、研發(fā)設(shè)計過程管控粗放等問題，遵循了客戶導(dǎo)向思維的理念，逐步實現(xiàn)研發(fā)平臺精益化。
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本文標(biāo)題：基于Windchill的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)管理集成平臺的構(gòu)建與應(yīng)用
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