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基于PDM系统的产品并行设计工作模式研究

2020-08-27张晓琳 周炜

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本方法以PDM为协同平台,将产品设计和工艺编制有机的结合到一起,实现了产品研制过程的并行化,同时也为面向制造和面向装配的设计提供了一个支撑环境,可以大大缩短产品设计制造的生产周期。

0 引言

    在设计单位,广泛推广了三维数字化建模技术,全面取代二维设计软件,并采用专用计算软件(典型部件计算等)开展工作,采用了零部件级的计算分析系统、结构强度分析与优化系统等先进的分析软件,为产品功能和性能仿真分析提供了支持。随着CAD技术应用的不断深入,设计人员生成的电子文档和图纸越来越多,为了解决电子文档和图纸的有效管理问题,设计单位实施了PDM系统,不同程度地实现了对产品结构、设计审签、数据发放、设计文档(包括CAD模型)的管理与控制。

    在制造单位,目前已使用CAPP系统,建立了基本的工艺信息模型和工艺资源库,在工艺设计集成环境中进行工艺设计、工艺管理和文件管理,定制工艺卡片模板、编制工艺文件、统计汇总工艺信息,规范了工艺设计,提高了工作效率。

    目前产品的研制过程大多仍是串行的,没有建立合理的数字化流程,面向制造的设计(DFM)和面向装配的设计(DFA)方法没有在研制过程中应用,在设计阶段较少考虑制造对设计的影响。设计完成后,制造部门才能得到产品信息进行生产准备,造成生产周期较长。

    设计、制造和试验过程缺乏早期的协同与沟通,而且也没有统一的协同工作平台从中协调控制,缺乏协同支撑工具。设计和制造之间的协同没有建立在数字化模型的基础上,协同手段还是纸介质的卡片、图纸传递,针对产品的协同修改很困难。同样,制造和试验之间协同能力也较弱,只有等试验部门得到产品后,才能开始试验材料的准备,严重影响研制周期和研制成本。

    如何提高快速研制能力,创新能力和批生产能力、具备先进的试验能力和提高产品的可靠性,是科研单位面临的巨大挑战。

1 基于PDM并行设计工作模式

    PDM系统是以企业内的产品研制、开发为应用背景,利用先进的计算机技术,在分布式计算机软、硬件环境支持下,实现对企业自主知识产权的安全保护,多学科综合设计,以及对产品研制、设计、制造等阶段的过程管理和信息管理。PDM技术是将产品研制生产模式、管理经验,与先进的计算机辅助技术(CAX)、信息技术(IT)、管理技术(MT)、系统集成技术(SIT)有机结合,构成先进的型号研制模式和技术的总称,是对传统工业的研究、设计、生产和管理模式的流程再造。

    PDM框架软件通过采用产品设计制造的过程模型、框架结构式的统一集成平台、跨平台的软件设计、共享的工程数据管理以及分布式计算机网络环境等先进技术,将产品的方案设计、详细设计、性能分析、制造加工和过程管理等多个环节,在企业内部网络环境下,实现异构计算机硬件设备和应用(软件)资源的有机集成,其宗旨是以信息技术为核心,以企业资源的综合集成为目标,从根本上改变企业传统的型号产品研制流程和生产管理模式,并为企业构建全新的、技术先进的产品设计、生产和管理综合集成的协同工作环境,从而为企业进一步提高型号产品质量,缩短型号产品研制周期,降低型号产品研制成本,增强企业对用户需求的快速响应能力,以及对企业未来的快速发展奠定坚实的技术基础。

    在PDM平台下,设计人员和工艺人员可以在异地同时浏览同一个零件模型或工程图纸,利用PDM系统提供的在线消息功能进行实时在线讨论,及时发现设计过程中存在的工艺问题。

2 信息模型及模型间关系

    信息模型主要包括PDM的人员管理模型、产品对象及产品结构模型和工作流程模型,还包括CAPP中的工艺知识库信息模型,整个信息模型以设计模型为核心。

    PDM中的信息模型:

    2.1 人员管理模型

    由于PDM系统管理的产品数据经过多个阶段,被不同部门、不同人员访问和操作,具有不同的版本状态。人员组织管理模型也称为组织一角色一权限模型,是对企业的人员组织方式、角色分配以及操作权限设置的描述,实现产品数据被适当的人、在允许的权限范围内进行有效的访问,确保产品数据管理的安全性和保密性。

    在企业的生产组织过程中,一般企业都有各种各样的岗位,其中每个岗位对应一个角色。角色是指一个企业组织中设立的岗位责任。PDM中的每个角色只在PDM实施流程控制中的某个或某几个阶段参与,各个角色的定义可以根据实际需要进行具体的调整。另外,一个成员可以同时属于多个角色。在实施过程中,根据具体情况确定的角色包括项目主管、设计师、工艺师、程序员、助理、办公室主任、财会员、检测员、库管员、采购员、工人等等。

    权限控制可以为项目中的项目、文档资料、流程等各种对象设定访问许可,保护项目中的数据不被未授权的人访问或修改。

    2.2 产品数据组织

    把与产品有关的各种数据,包括设计、工艺、分析、加工等数据和文档,有机地组织起来,并考虑到产品对象的版本,这个过程就称为产品数据组织。要对产品数据进行组织,就要建立产品数据组织模型。产品数据模型可分为产品对象的数据模型和产品结构的数据模型。

    (1)产品对象模型

    PDM是采用面向对象的技术来组织和管理产品数据,因而产品对象及数据成为PDM管理的基本数据单元。产品对象模型用来描述产品的全部数据。以制造业的产品数据模型为例,一个产品由若干零部件组成,部件由若干零件组成。一个零件由它的模型、零件工作图、设计说明书等资料来描述。许多资料由于修改还会形成多个版本。产品、部件以及零件都有各自的属性,如名称、标识号等。部件还要有组成本部件的零部件数及它们的名称等属性。零件也要有材料、重量等属性。建立的产品对象结构模型如图1所示:

产品对象结构模型

图1 产品对象结构模型

    与产品对象相关的信息还包括产品对象的版本以及数据和文档的组织结构,建立如上右图所示的组织模型。此结构中使用Item代表产品对象,用Item Revision代表此产品对象的修订版本,在Item和Item Revision中分别放入与之相关的数据和文档,如产品对象属性数据、产品结构BOM、技术需求、修订版属性数据、修订版结构BOM、设计文档、工艺文档等。这样既考虑了与对象有关的数据和文档的管理,又考虑了版本管理。

    (2)产品结构对象模型

    通常使用产品结构树的方式表示产品零组件之间的层次与隶属关系。可以对产品结构树进行任何层次的展开,树中的节点表示部件或组件,叶节点则表示零件;产品结构树上的节点有属性,可对结构树上的节点通过关系进行查询,比如零部件的名称、材料、重量、类型(外购件、自制件)等,还可以对任意设定层次的BOM表进行输出。通过电子仓库,使描述零部件的文件信息与节点上的相关零部件关联起来,从而实现对不同类型产品的数据进行管理,形成完整的产品结构化信息树。有了产品结构树,管理者即可分层展开走不同分支的方法直观地找到自己所需的数据,而不必考虑其物理位置。

    2.3 工作流程模型

    工作流程管理是指某对象在一定的规则约束下从一种状态向另一种状态转化的过程。目标对象可以是文件夹或文档。工作流程管理模型主要包含5个方面:(1)流程名称及适用范围;(2)流程中工作阶段的数量,先后次序及返回逻辑;(3)每个工作对应阶段的人员、角色、表决模式;(4)在每个工作阶段开始或结束时需要完成的特殊任务;(5)流程中每个工作阶段所对应的版本变化规则。

    在流程管理的实施中首先要对流程进行详细分析,建立合理的数据发放模型,实现对数据的提交与修改、管理和监督、文档的分布控制、自动通知等,还要对已有流程进行评估优化,剔除其中的不增值环节,确保数据流向的正确性和高效性。

    在PDM中,目标对象可以是文档或零部件。文档包括任务书、表格、设计文档标准等,零部件是数字化模型,包括图形、图像等。建立流程模板后,指定每一步骤的具体执行人,提交对象进入流程,流程开始执行。当对象处于流程中时,其他用户不能对文件进行编辑修改,可以查看其目前所处的步骤和状态,包括提交、等待审查及已发布,用不同颜色和形状的图标表示。当流程结束,文件发布后,任何用户对文件只能浏览。

    当零件设计完成时,通过数据发放使其状态冻结,即从不确定的状态过渡到确定的状态。在工作流中可以定义多个任务及相应的顺序,并指定每个任务的执行人,当一个任务结束后,流程自动转到下一个任务。可以实现作业流程的设计、使用和察看。图2是某零件的设计审批流程模型。

某零件的设计审批流程模型

图2 某零件的设计审批流程模型

3 PDM平台下并行设计工作模式的实施

    在产品设计阶段,成立包括工艺、标准、校对、审核等人员在内的项目组,对产品结构树的各个节点由系统管理员进行合理的权限分配。其中,只有该节点的所有者具有编辑、删除等权限,而项目组其他成员,如工艺、标准、校对、审核等人员只具有浏览权。这样,项目组成员即可在PDM平台下开展并行、协同工作。如:设计人员和工艺人员可以在异地同时针对某一零部件图纸进行在线讨论,及时发现设计中存在的工艺问题。使产品设计中存在的各种问题隐患在设计阶段得到有效遏制。

    3.1 对象权限设置

    在实施初期,首先由系统管理员在PDM系统下建立产品结构,如图3所示:

产品结构

图3 产品结构

    其中,型号项目只有设计单位具有权限修改,工艺项目只有工艺单位具有权限修改。同时针对项目下的各个节点,也可以分配不同的权限,如图4所示:

分配不同的权限

图4 分配不同的权限

    3.2 并行设计的实现过程

    首先以设计人员的身份登录PDM系统,根据自己的权限选择对应的项目,然后进行设计,当设计完成后,形成一个版本提交给系统管理员,系统管理员将该设计文件拖到工艺项目组中,那么当工艺人员登录到PDM系统后,就可以看到发送过来的设计图纸,工艺人员根据图纸就可以编制工艺。当工艺人员认为设计图纸有问题时,可以通过在线消息的方式与设计人员进行交流,也可以在设计的图纸上进行批注,然后提交给对方,直到达成一致意见。具体过程为:

    (1)设计人员、工艺人员分别登录PDM系统。

    设计人员1以用户duanzb登录到PDM系统中:

设计人员登录

图5 设计人员登录

    其他工艺人员也可同时登录,进行各自的任务操作,并可进行通过在线消息进行讨论和发电子邮件,也可以进行协同工作。

与设计人员交流

图6 与设计人员交流

    (2)设计人员针对自己具有权限的产品项目进行设计。设计完成后提交给系统管理员。然后设计人员仍可以进行其他产品的设计。

    (3)系统管理员将该产品的相关图纸传给工艺项目中去,具体方法为将该设计产品的节点直接拖到工艺项目中去。

    (4)工艺人员接收到后,对其进行工艺编制。根据工艺需要检查设计图纸是否合理,如果合理,则进行工艺编制。如果不合理,则通过在线消息或邮件的方式与设计人员进行交流,双方也可以在设计图纸上进行批注,直至合乎要求为止。

工艺的编制

图7 工艺的编制

    (5)最后工艺人员利用PDM和CAPP集成环境完成工艺的编制。

4 结论

    通过基于PDM和CAPP集成环境,可以将设计数据和工艺数据集中到同一的产品结构下,有利于保持产品数据的统一管理,便于查阅,而且有利于产品研制过程的并行化和建立合理的数字化流程。并行设计工作模式,打破了厂所之间的地域和时间限制,可以大大缩短产品研制的生产周期。

责任编辑:程玥
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