0 引言
產(chǎn)品全生命周期管理(Product life cycle management，PLM)是指管理產(chǎn)品從需求、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、經(jīng)銷、運(yùn)行、使用、維修保養(yǎng)、直到回收再用處置的全生命周期中的信息與過程。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product data management，PDM)是一項(xiàng)管理企業(yè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)與產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)的技術(shù)。PLM是PDM的繼承與發(fā)展，是PDM功能及范圍的全面拓展，是從產(chǎn)品整個生命周期去考量。PDM技術(shù)又是PLM技術(shù)的核心組成部分。產(chǎn)品全生命周期管理是企業(yè)信息化的關(guān)鍵技術(shù)之一，對企業(yè)提高其市場競爭力具有重要意義。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理又是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的核心內(nèi)容，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的完善是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)之一。同時，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的修改也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的主要活動。在許多設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)人員通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)直接將表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果的模型文件組織起來。此外，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)所表達(dá)的產(chǎn)品功能單元之間的關(guān)系本身就是非常重要的產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。因此，不論是在PDM還是在PLM中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理都是一個核心模塊。
1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理的主要內(nèi)容和開發(fā)原則
1)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹管理。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹是PSM中通行的管理產(chǎn)品構(gòu)成的方式，也就是用樹形視圖的形式來建立、表示及管理產(chǎn)品的零部件結(jié)構(gòu)層次。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹具有直觀性和方便性，層次清楚，極大地方便了用戶瀏覽、查詢及管理產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息。
2)圖文檔管理。與產(chǎn)品相關(guān)的圖紙、文檔種類多，數(shù)量大，比如產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙、產(chǎn)品的工藝卡片、相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范以及產(chǎn)品的BOM表、產(chǎn)品說明書等等，這些圖文檔的管理也是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理的一個重要內(nèi)容，好的圖文檔管理方法能夠使用戶方便快捷的查詢需要的信息，大大提高管理效率，節(jié)省操作時間。相反，如果圖文檔管理方法不得當(dāng)，圖文檔管理混亂，查詢不便，工作效率低，這與企業(yè)產(chǎn)品信息化的初衷是不符合的。
3)集成技術(shù)。產(chǎn)品全生命周期管理是一項(xiàng)復(fù)雜工程，由多個模塊有機(jī)的集成在一起共同實(shí)現(xiàn)。企業(yè)在應(yīng)用PLM進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理(PSM)時涉及到的一個重要難題是異構(gòu)系統(tǒng)之間的集成，包括PLM系統(tǒng)與PLM系統(tǒng)的集成，PLM系統(tǒng)與CAD系統(tǒng)的集成，PSM與PCM(產(chǎn)品配置管理)系統(tǒng)的集成，PSM與ERP系統(tǒng)的集成等等。
不同的企業(yè)由于產(chǎn)品不同，企業(yè)的規(guī)模、管理模式以及發(fā)展的思路也不一樣，他們對于產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)的具體要求肯定存在差異。因此，產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)本身還具有一定的專用性。系統(tǒng)開發(fā)人員開發(fā)時應(yīng)對企業(yè)用戶的具體需求做全面的調(diào)研，做出合理的構(gòu)建方案，以實(shí)用夠用為開發(fā)原則并留有二次開發(fā)的接口，能隨時根據(jù)企業(yè)的需求變化進(jìn)行升級和改進(jìn)。具體到本系統(tǒng)而言，一是建立完善的產(chǎn)品信息模型并提供友好的管理界面，二是對企業(yè)主打的產(chǎn)品零部件模型、圖紙文件進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化處理，三是為其他管理模塊提供完備數(shù)據(jù)信息和功能接口，以用于二次開發(fā)。
2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理的關(guān)鍵技術(shù)
2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建方法
產(chǎn)品信息模型是在企業(yè)模型的范圍限定下，根據(jù)一定規(guī)則對產(chǎn)品對象進(jìn)行抽象的、結(jié)構(gòu)化的表達(dá)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理的首要步驟就是確定產(chǎn)品的信息模型。一般產(chǎn)品信息與過程集成的實(shí)現(xiàn)方法有兩種，即基于產(chǎn)品的過程控制與獨(dú)立于產(chǎn)品的過程控制。由于本系統(tǒng)的用戶流程復(fù)雜多樣，許多流程并不完全圍繞產(chǎn)品結(jié)構(gòu)執(zhí)行，此外整個信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)過程中有模塊化的需求，為了保證產(chǎn)品模型的有效性和實(shí)用性，在本PLM系統(tǒng)中，采用分離模型的方法，產(chǎn)品信息模型與過程模型解耦，為過程模型提供功能接口。
本系統(tǒng)采用四維空間<S，D，T，V>來描述產(chǎn)品的信息模型。四個維度分別為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)(Structure，S)、表達(dá)方法(Describe，D)、生命周期的信息類型(Type，T)以及版本(Version，V)。利用這四個維度去快速定位所需要的信息內(nèi)容或者信息索引。例如，要獲取部件m的第n個版本的裝配圖，可以利用參數(shù)<S=m，D=圖樹模型+特征模型，Type=設(shè)計(jì)（裝配圖），V=n>來獲取相應(yīng)的裝配圖索引，通過檢索接口獲得具體的裝配圖文件。
2.2 CAD軟件集成方法
CAD軟件是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)里不可或缺的工具，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都是在CAD軟件平臺上進(jìn)行的，設(shè)計(jì)結(jié)果也是以相應(yīng)的文檔格式保存。在PLM實(shí)施過程中，CAD軟件的集成是一個核心問題。目前比較通行的有兩種集成方法：一是直接將CAD軟件集成到自主開發(fā)的PLM系統(tǒng)當(dāng)中；二是通過集成Workgroup PDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)CAD軟件的集成，如圖1所示。
圖1 CAD軟件工具的集成
方法一中，PLM服務(wù)端負(fù)責(zé)產(chǎn)品信息管理、版本控制等功能。PLM客戶端管理本地工作區(qū)內(nèi)的文件、獲取本地產(chǎn)品信息以及與服務(wù)器的同步。一般情況下，PLM系統(tǒng)集成CAD軟件可以分為三個層次：系統(tǒng)封裝、接口交換、功能集成，三個層次集成緊密程度由低到高。系統(tǒng)封裝主要特點(diǎn)PLM系統(tǒng)能夠識別、存儲并管理應(yīng)用工具產(chǎn)生的文件，但是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息只能通過CAD軟件進(jìn)行瀏覽。接口交換是通過CAD系統(tǒng)的開發(fā)接口實(shí)現(xiàn)的。通過相應(yīng)的API文件，PLM系統(tǒng)可以從CAD系統(tǒng)中獲取需要的信息。
方法二中，利用Workgroup PDM系統(tǒng)集成CAD軟件，是從Workgroup PDM系統(tǒng)中獲取產(chǎn)品信息。信息獲取的方式共有三種：直接訪問Workgroup PDM服務(wù)器，通過解析服務(wù)器文件系統(tǒng)獲取產(chǎn)品信息；利用Workgroup PDM編程接口獲得產(chǎn)品信息；通過監(jiān)聽Workgroup PDM系統(tǒng)產(chǎn)生的事件獲取產(chǎn)品信息。方法二充分利用了現(xiàn)有Workgroup PDM功能，減少了系統(tǒng)開發(fā)工作量。
考慮到本PSM系統(tǒng)的用戶CAD軟件選用的是Solidworks，而Workgroup PDM與Solidworks且為同一公司產(chǎn)品，Workgroup PDM客戶端能夠以插件的形式在Solidworks環(huán)境中運(yùn)行，很大程度上方便了設(shè)計(jì)人員的使用。通過對系統(tǒng)的實(shí)施時間和實(shí)施需要綜合考慮，采用方法二與Solidworks實(shí)現(xiàn)集成。
2.3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)管理模式
產(chǎn)品設(shè)計(jì)管理模式主要分為基于產(chǎn)品的管理模式和基于零件的管理模式。
基于產(chǎn)品的管理模式是以產(chǎn)品為單位建立獨(dú)立檔案，與該產(chǎn)品相關(guān)的所有零部件都單獨(dú)歸檔，形成一個以產(chǎn)品為單位的獨(dú)立體系。這樣就會導(dǎo)致不同產(chǎn)品之間相同零部件的重復(fù)建檔問題。基于零件的管理模式則以零件為單位建立檔案，不同產(chǎn)品可以重復(fù)調(diào)用同一零件信息，這樣就解決了重復(fù)設(shè)計(jì)與冗余數(shù)據(jù)的問題，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品快速配置與變形設(shè)計(jì)、相似設(shè)計(jì)。
產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程所涉及到的零部件通常分為三類：一是關(guān)鍵零部件，它是產(chǎn)品的核心部分：二是普通零部件，設(shè)計(jì)工作量相對較小；三是標(biāo)準(zhǔn)件。
在實(shí)際設(shè)計(jì)研究過程中，以某一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)為目標(biāo)立項(xiàng)，同時，各個產(chǎn)品中會包含相同的標(biāo)準(zhǔn)件，因此采用混合管理模式。通過自定義的Toolbox建立標(biāo)準(zhǔn)零部件庫以管理標(biāo)準(zhǔn)零部件。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
整個信息平臺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，可分為界面層、接口層、功能層和數(shù)據(jù)層四個層次，應(yīng)用到的關(guān)鍵技術(shù)主要有：
圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1)面向?qū)ο蠹夹g(shù)。平臺設(shè)計(jì)過程中采用UML建模工具，平臺開發(fā)采用面向?qū)ο缶幊陶Z言Java等。
2)富因特網(wǎng)應(yīng)用程序。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理的過程中，用戶、平臺之間需要大量復(fù)雜的交互行為。這種交互利用傳統(tǒng)的web界面實(shí)現(xiàn)比較困難。在平臺開發(fā)過程中采用Flex技術(shù)實(shí)現(xiàn)用戶接口，并且利用插件的方式實(shí)現(xiàn)多種文檔的在線呈現(xiàn)。
3)消息隊(duì)列。主要用于解決與Solidworks Workgroup PDM之間的數(shù)據(jù)獲取問題。
4)XML技術(shù)。平臺開發(fā)中應(yīng)用XML技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲及交換，定義了平臺內(nèi)部數(shù)據(jù)交換的格式，利用web服務(wù)對異構(gòu)功能模塊的封裝等。
實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)界面
4 結(jié)束語
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的重要組成部分，在整個PLM系統(tǒng)中居于核心地位。本文依據(jù)具體企業(yè)數(shù)據(jù)管理的實(shí)際需求，通過對目標(biāo)企業(yè)的信息化需求分析，建立了企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理模型，最后利用消息隊(duì)列、異構(gòu)系統(tǒng)集成等技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)面向具體企業(yè)，以實(shí)用夠用為原則，摒棄了以往企業(yè)實(shí)施PDM時那種片面追求功能全面華而不實(shí)的實(shí)施方法。
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本文標(biāo)題：基于PLM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理技術(shù)研究
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