产品结构管理(PDM)

发布时间:18-04-28

产品数据管理系统中的产品结构管理
 
    产品数据管理(Product Data Management PDM)是一种通过对产品数据和过程进行控制来辅助产品研发工程师和设计制造技术员达到快速研发产品的有力技术。PDM系统通过使用计算机软件手段维护并管理产品设计、生产制造过程中的一系列数据、过程和资源。PDM系统进行信息管理的主线是产品结构和产品设计,所有的信息组织和资源管理都是围绕产品结构展开的。
 

    随着企业规模的不断扩大,企业产品类型的不断增加,产品结构更加复杂多样化,企业的业务流程也变得更加复杂、细致。而传统的PDM产品中产品结构管理模块多以文件夹结构进行数据管理图文档管理,数据约束和分解粒度不足以满足行业体系所要求的流程控制、权限控制、体系控制等。产品制造企业为了能够迅速应对客户需求的改变,以及与同行业公司的竞争,他们对PDM系统中的产品结构管理(PSM)提出了更高的要求。
 
    而且产品结构管理作为PDM系统中的核心功能,更是系统中关键的一环。与传统PDM系统的数据管理方式不同,在本文中我们以流程管理方式实现,我们以产品结构管理的必要性为出发点,实现应用于流程管理中间的产品层次结构配置和层次节点的工艺设计结构配置,通过合理的设计与实现技术来增强系统性能,达到后续流程管理的需要,更好的满足现代生产制造企业的需要。
 
    本课题来源于吉林大学科研项目“面向中小型汽车零部件制造业的具有协同功能的PDM研发”,本文以中小型汽车零部件制造业的实际业务需求为背景进行研发,本文首先研究了产品结构管理在现代生产制造企业中的重要作用,之后分析了现有各PDM产品中产品结构管理模块的优缺点。
 
    提出了一种产品结构管理模型,通过此模型进行结构设计管理和产品配置管理,进行产品结构的快速变形、设计,以及对系列化产品的快速配置与搭建,实现产品层次结构配置与层次节点工艺流程结构的迅速配置,加快产品设计研发过程。本文着重对物料库的统一管理、结构管理中结构树的构建算法和存储结构、使用配置规则集进行结构继承、实现层次结构和层次节点的工艺结构配置、多视图管理功能进行了研究,最后编程实现了产品结构管理的功能:物料管理、结构管理、配置管理、工艺结构管理、多视图管理等。
 
    PDM(Product Data Management)系统,即产品数据管理系统,它以产品为管理核心,将产品相关的数据信息、工艺过程和底层资源为管理的三大要素,以产品的生命周期为主线,以软件为基础,将所有与产品相关的信息及与产品相关的过程集成而进行统一管理的系统,PDM系统是依托计算机科学技术来帮助人们管理产品数据和产品过程的有力工具。
 
    PSM(Product Structure Management)模块,即产品结构管理,它是在以产品管理为核心的PDM系统中体现产品设计研发完整生命周期的重要组成部分,它以关系数据库为支撑,以底层基础物料库为基础,定义了产品的组织结构框架,管理物料清单,并为产品工作流中的过程管理提供数据来源和其它相关资源支持,是产品设计进程的直接体现者。除此之外,产品结构管理还在定义的规则集和约束条件下快速配置同类型产品的产品结构或为满足不同用户不同阶段的需求提供层次结构树的不同应用视图,产品结构作为离散型产品数据管理的起点,跨越用户、部门与阶段,贯穿其中,是PDM系统各子系统的桥梁和纽带。
 
    简单来说,PSM管理大概涵盖以下功能: (1)产品结构的创建、配置、维护; (2)为工作流过程控制提供结构数据及图文档支持;(3)产品结构数据查询;(4)物料表、明细表管理;(5)版本管理等其它功能。
 
    考虑到产品结构管理在离散型产品制造业中的重要作用,近年来国内外众多研究机构和公司对产品结构管理展开了卓有成效的研究工作。
    1.UG公司IMAN系统中的PSM管理模块从CAD图纸中提取产品零部件逻辑组织关系,利用虚拟件建立虚拟产品结构,之后利用定义的配置规则,选择有足够供货能力、正确物料规格的零部件进行替换,进行有效性保障,甚至还可以通过定义规则保障零部件的替代等。
 
    2.PT(公司Windchill系统中的PSM管理模块为用户提供针对不同产品类型的产品结构清单,通过零部件的有效性检测为用户提供有效地产品结构变更提醒和配置变更处理。
 
    3.IBM公司的PM系统中的PSM管理模块以物料库为基础,为用户提供产品结构创建、变更及可用性检测功能,同时为用户提供材料零件清单的图形化界面显示功能。
 
    4.SDRC公司Metaphase系统中PSM管理模块通过提取工艺设计中材料零件清单文件中的信息来构建产品结构并提供产品结构的多视图管理。
 
    5.天喻公司所开发的IntePDM系统中PSM管理模块以产品为中心,为每个产品创建层次结构关系,形成物料清单,并提供统计、分类功能。
 
    6.清华同方PDM系统中的PSM管理模块读取物料清单相关信息直接生成产品层次关系,进行动态维护结构,并通过配置规则快速有效配置新型产品。
 
    同时我们也发现了现有PDM系统中PSM模块中存在的问题:
    a.缺少统一的面向整个产品生命周期中间的产品结构模型,不能对产品结构进行有效性描述,无法保证产品结构在整个生命周期中的唯一性;
    b.在信息集成过程中,因侧重点不同,无法保证工艺部、采购部和生产部等不同部门在设计、采购和生产过程中材料零件明细表的数据一致性;
    c.因缺乏有效性的产品配置管理,容易导致因结构变更、零部件替换等因素导致非计划性采购,非计划性装配等;
    d.缺乏同族产品结构管理的有效方式,用户对同类型不同产品间都存在着一些特性的需求。在新老版本的更替过程中也存在着产品结构的重新构造过程,物料库中的同一物料的不同版本可能存在于产品的各个版本结构设计中,这不同产品的不同结构视图容易造成数据错误、效率低下;
    e.面对激烈的市场竞争不能快速应对客户需求,实现产品快速配置或个性化定制过程。
 
    目前大多数公司研发的PDM系统中PSM管理的重心更倾向于文件夹结构控制和权限控制,流程管理功能相对薄弱,数据约束和分解粒度不足以满足后续体系所要求的流程、权限、时间控制等,以致在数据管理的过程中出现结构信息、物料信息不一致,文件管理混乱,效率低下,通用性差等问题。因此结合汽车零部件制造企业需求和行业体系标准,如何从应用的角度出发建立企业统一的产品信息模型,有效地进行PSM管理是本文的研究重点。
 
1.2产品结构管理的研究目的与意义
    作为零部件加工制造行业运行所必需的底层核心数据,产品结构信息贯穿于产品设计、过程设计、采购、生产等整个产品生命周期过程中,是PDM系统中的重要组成部分,也是系统的核心部分。在离散型产品制造企业产品的不同研发阶段,各个部门都要从产品结构中获取相应数据信息,可以认为产品结构管理模块设计的合理与否,在一定程度上决定了企业的竞争力。
 
    在PDM系统中,产品结构是各组成部分数据共享、相互连接的纽带。因此本文重点研究了在中小型汽车零部件制造行业在PDM系统中间所需的产品结构管理功能,研究了如何构造系统内统一的产品结构信息模型,迅速构建、维护产品结构树,根据配置规则或条件实现系列化产品的快速配置,真正的将产品结构与工艺流程结合在一起。
 
    产品结构管理在PDM系统中处于至关重要的位置,PSM模块的实现就如同在PDM系统中建立了一座桥梁,将PDM系统中数据管理、权限管理、工作流管理、过程管理、基础数据源管理等各个功能部分连接起来,统一的产品结构描述打破了各子系统间的层层壁垒,实现了各功能部分之间的数据、信息共享。
 
    因此,恰当、灵活、高效地运用这个内部桥梁会提高系统事务处理速度和信息流通速度,也能加深企业内部的信息共享程度,提升研发效率,使企业能够逐步构筑数字化的产品设计研发合作平台,实现多产品开发过程和相关产品数据的有效管理,所以产品结构管理的高效应用,是PDM系统整个产品生命周期中重要的一环。
 
    产品结构管理的功能分析及其设计具有着重要的实际意义。主要表现在以下几个方面:建立统一产品结构模型,实现内部信息有效传递共享,提升产品设计研发效率;产品结构描述的唯一性,保证了产品工艺数据的一致性;保证了物料表、明细表的统一管理,避免版本数据不一致;真正意义上将产品结构和工艺控制结合在一起,使工艺流程按产品结构进行有效控制,实现产品数据管理。
 
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