（机械设计及理论专业论文）基于pdm系统的产品结构与配置管理的研究与实现.pdf

东北大学硕士学位论文摘要 基于p d m 系统的产品结构与配置管理的研究与实现 摘要 ip d m ( 产品数据管理) 是近年来发展迅速的技术之一。它以软件技术为基础， 以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程和资源的集成化管理，现己受到我 国的高度重视。国家8 6 3 c i m s 领域已将p d m 作为软件产业的目标产品进行研究 和开发。产品结构与配置管理作为p d m 的重要组成部分，提供了一种组织、控制、 和管理数据的机制，所形成的产品结构面向产品的整个生命周期。j 本文在综合了大量企业对p d m 需求，及部分企业实施p d m 的经验的基础上， 对产品结构在组织企业生产流程中的作用进行了分析及论证，指出了产品结构在 组织企业生产中的中心地位，为企业成功实旌p d m 提出指导性建议。通过对企业 现有编码体系的分析， 并应用于大连一重设计 领域研究的严重不足， a ) 为实现配置，p d m 中所需的支撑功能模块； b ) 支持配置的产品数据模型； c ) 产品数据的存储结构： d ) 防止删除异常的引用计数机制； e )自定义属性的实现方法； 作者应用r a t i o n a l 公司的建模工具r o s e 2 0 0 0 ，结合u m l ( u n i f i e dm o d e l i n g l a n g u a g e 统一建模语言) 对产品配置管理进行建模分析，设计了所用到的全部接 口函数，并自动生成部分v b 6 0 源代码，作者还参与了大部分源代码的编写工作， 并对源代码进行最终审核。 最后，作者对一年的研究工作做出评价玎 蓄蓑嚣黼鲫阳m 糯躺糯髓躺呋引弋 自絮性 一 堡苎奎堂婴主兰篁丝苎竺壁竺! t h er e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o no fp r o d u c ts t r u c t u r ea n d c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t b a s e do np d m s y s t e m a b s t r a c t t h e p d m ( p r o d u c t d a t a m a n a g e m e n t ) i s o n eo f t h e t e c h n i q u e sd e v e l o p i n gq u i c k l y i nr e c e n ty e a r s ，w h i c h r e g a r d s s o f t w a r e t e c h n i q u e a st h ef o u n d a t i o n ，a n d r e g a r d sp r o d u c t a st h ec o r e ，t or e a l i z et h ei n t e g r a t e dm a n a g e m e n to fr e l a t e dd a t a , p r o c e s sa n dr e s o u r c e s o f p r o d u c t a n dh a sb e e np a i dm u c h a t t e n t i o nt oi no u rc o u n t r y n a t i o n a l8 6 3 c i m s r e a l mh a sa l r e a d yl o o k e du p o np d ma st h et a r g e tp r o d u c to ft h es o f t w a r ei n d u s t r yt o r e s e a r c ha n dd e v e l o p a so n eo ft h e i m p o r t a n tp a r t s o fp d ms y s t e mt h ep r o d u c t s t r u c t u r ea n dc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n tp r o v i d e sak i n do fm e c h a n i s mt o b u i l d u p ， c o n t r o l ，a n dm a n a g ed a t a , a n dt h ep r o d u c ts t r u c t u r ef o r m e di nt h i sc o u r s ef a c e st h e w h o l el i f ec y c l eo f p r o d u c t t i l i sa r t i c l ea n a l y z e sa n da r g u e st h ef u n c t i o no f p r o d u c ts t r u c t u r ei no r g a n i z i n gt h e p r o c e s so f p r o d u c t i o n b a s e do nt h e r e q u i r e m e n t so f l a r g eq u a n t i t yo f e n t e r p r i s e o np d m a n dt h ee x p e r i e n e e so f p a r to f t h ee n t e r p f i s e st h a th a v ep u tp d mi n t op r a c t i c e t h e a u t h o rp o i n t so u tt h ec e n t r a lp o s i t i o no fp r o d u c ts t r u c t u r ei no r g a n i z i n ge n t e r p r i s e p r o d u c t i o n ，a n dp r o v i d e sc o n s t r u c t i v e a d v i c ef o re n t e r p r i s e sf o rp u t t i n gp d mi n t o p r a c t i c e i nt h i sa r t i c l et h ea u t h o rb r i n g sf o r w a r da k i n do f a r i t h m e t i ct ob u i l d u p p r o d u c t t r e ea u t o m a t i c a l l yb a s e do ns e g m e n tc o d ea c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so fc u r r e n tc o d i n g s y s t e mi ne n t e r p r i s e s w h i c hw 船u s e di nt h ep d mp r o j e c to f t h ed e s i g n & r e s e a r c h i n s t i t u t eo f c h i n af i r s th e a v y i n d u s t r i e s ，a n dr e c e i v e dag o o d r e s u l t a i m i n ga tt h es e r i o u sl a c ko fs t u d yi np r o d u c tc o n f i g u r a t i o nr e a l m ，t h i s a r t i c l e a n a l y z e sa n da r g u e sf r o m af e w a s p e c t s a sl i s t i n gb e l o w ： 小t h ef u n c t i o nm o d l l l e st h a tp d m s y s t e mn e e d t or e a l i z ec o n f i g u r a t i o n ； b 、n 地p r o d u c t d a t am o d e lt h a ts u p p o r tc o n f i g u r a t i o n ； c 、n 忙s t o r a g e s t r u c t u r eo f t h e p r o d u c td a t a ； mn l er e f e r e n c e - c o u n tm e c h a n i s mt h a ta v o i dd e l e t i n ga b n o r m a l i t y ； e 、1 1 l er e a l i z a t i o no fs e l f - d e f i n ep r o p e r t y ； t h ea u t h o ru s e dt h et o o lr o s e 2 0 0 0o fr a t i o n a lc o r p o r a t i o na n du m l ru n j f l e d m o d e l i n gl a n g u a g e ) t om o d e lf o ra n a l y s i s ，a n dd e s i g n e da l l t h ea p if u n c t i o n s ，t h e n 1 1 1 堡! ! 查堂堡主堂堡丝兰垒! 墅! g e n e r a t e dp a r to f t h e s o u r c ec o d eo f v b 6 0 b y t h er o s e 2 0 0 0a n dm o d e l t h ea u t h o ra l s o t o o kp a r ti nt h ew o r ko fw r i t i n gs o u r c ec o d e ，a n dl o o k e dt h r o u g ht h es o u r c ec o d e f i n a l l y f i n a l l y ，t h ea u t h o rm a k e s ac o n c l u s i o no f t h ey e a r sw o r k k e yw o r d sp r o d u c td a t am a n a g e m e n lp d m ，p r o d u c ts t r u c t u r e ，p r o d u c tc o n f i g u r a t i o n ， c o d i n g ，v e r s i o n ，r e f e r e n c e c o u n t ，s e l f - d e f i n ep r o p e n y - l v - 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成 果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人签名： 冲；一面 j 日期：知。孑i ，1 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 p d m 概述 1 1 1 现代企业与p d m 第一章绪论 近十几年来，世界经济和技术的发展势头良好。由于社会生产力高度发达， 市场上的产品日趋丰富，消费者选择的余地日益扩大，所以对产品提出越来越高 的要求，使用户的需求呈现出差异而多变，这迫使企业跟随用户，采用多品种小 批量的生产方式，按订单组织生产1 4 】。同时面对瞬息万变的市场环境，更要求企业 不断的迅速开发新产品，以吸引顾客，这样才能保证企业在竞争中立于不败之地【1 1 。 另一方面，在现代企业中，随着计算机技术和c a x 应用程序的广泛应用，生产效 率得以大幅度提高。与此同时，企业中的产品信息呈现出爆炸性的增长势头，并 产生了新的问题。在企业中，各个部门都在用不同的c a x 系统产生着产品信息。 这些由不同系统产生的产品信息之间缺乏很好的互换性，形成了一个个“信息孤 岛”，无法高效利用它们。另外在信息查询方面，有用的信息淹没在信息海洋之中， 难以搜寻。统计数字表明，设计工程师的7 0 时间在整理、查找旧数据，创造设 计的时间只有3 0 。还有许多有关管理产品数据的问题，诸如跟踪设计所属的项 目、确保使用设计资料的最新版本等等。如果对它们处理不当，都会对工作效率 产生负面效应【”。所以，必须对企业产品信息进行重组，使企业在设计开发领域中 积累的丰富技术资料转变为有用和好用的宝贵信息资源，以其尽量利用已有的信 息资源。 p d m 系统为企业产品信息的重组提供了强有力的支撑平台。产品有关的信息 包括属于产品的数据，如c a d c a p p c a m 的文件、物料清单( b o m ) 、产品配置、 事物文件、审批信息、供应商状态等；产品有关的过程包括任何有关的加工工序、 加工指南和有关标准。使用权、安全、工作标准和方法、工作流程、机构关系等 所有过程处理的程序和数据，包括了产品生命周期的各个方面。p d m 使全新的数 据能为全部有关用户，包括从工程师、n c 操作人员到财务人员和销售人员均能按 要求方便存取。p d m 能够管理从设计到加工的开发全过程的产品数据，将所有与 产品相关的信息和所有与产品信息相关的过程集成到一起。它将数据库管理能力、 网络的通信能力和系统的控制能力相结合，提供了产品全生命周期的信息集成化 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 管理，并支持一个并行化的产品开发协作环境”6 1 1 2 2 。 1 1 2 p d m 的发展现状 随着网络技术、数据库技术和o o 技术的发展，p d m 技术在全球范围内得到 了广泛的应用，其应用领域已经由原来的机械制造扩展到包括机械、电子、汽车、 航空、航天以及非制造业等十分广泛的领域。汽车工业已经在全球范围内开始实 施p d m 技术( 如福特、通用等) ，航空航天工业用p d m 技术对企业进行重组( 如 波音、麦道等) ，非制造业( 如交通、商业、电子出版等) 应用p d m 技术的增速 度也十分迅速。据致力于p d m 和相关计算机集成技术的国际咨询公司美国 c i m d a t a 公司公布的调查报告，1 9 9 5 年全球p d m 软件与服务市场规模为6 8 4 亿 美元，1 9 9 6 年达8 5 0 亿美元，1 9 9 9 年将近2 0 亿美元，2 0 0 0 年达到2 8 6 亿美元， 估计到2 0 0 1 年可达4 0 亿美元，并预测从2 0 0 1 年到未来五年内，将以4 3 的年增 长率增长。1 9 9 6 年到2 0 0 5 年的软件与市场规模如图1 1 所示。近几年来，我国也 图1 1p d m 市场投资发展趋势 f i g 1 1t h e t r e n d o f i n v e s t m e n t d e v e l o p m e n t i n t h e p d m m a r k e t 很重视p d m 的开发和应用工作，国家8 6 3 c i m s 领域已将p d m 作为软件产业的 目标产品进行研究和开发，并相继在一些c 1 m s 试点企业中推广和应用p d m 技术， 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 已取得了良好的效果【1 1 。 1 1 3 p d m 的功能 p d m 是一组集成的应用，是一种使能技术。它有助于工作小组、部门、科室 或企业在整个产品生命周期内对产品数据和开发过程实施管理，可以在产品设计、 生产、市场营销、和支持上提高工作人员的工作效率和过程运行效率。目前，作 为体现p d m 技术的软件系统来说，其应包含的基本功能仍然众说不一。c i m d a t a 公司结合多年来对各种p d m 系统的评测以及与p d m 用户和供应商的探讨，认为 p d m 系统应由三部分组成：电子数据存储、用户功能集、使用功能集。 电子数据存储功能是p d m 系统的最基本功能，是实现其它功能的基础。p d m 的电子仓库能管理企业现存的电子文档，还能够捕捉新生成的电子数据。捕捉的 方式有两种，一种是将p d m 命令嵌入到产生数据的其他应用系统( 如c a d 软件、 字处理软件、表格软件、出版系统或专用软件) ，另一种是将应用系统的命令嵌入 到p d m 系统中。电子仓库主要管理如下的两类信息f 】l 】： ( 1 ) 归档数据：由不同的应用系统产生的由电子仓库控制存储在文件系统 之下的数据，如各种标准，c a d 模型、c a e 数据、维护记录以及操作手册等。 ( 2 ) 元数据：管理数据的数据，包括管理和控制归档数据的数据以及维护 系统运行的各种管理数据，元数据存储在数据库中并支持p d m 系统的各种功能。 用户功能集主要是为了让用户充分利用p d m 系统的数据存储，检索和管理的 能力，通过图形化的用户界面与用户进行信息交换，执行用户指定的操作。不同 的用户使用用户功能集的不同子集。用户功能集具体分为五类【1 1 2 4 】： ( 1 ) 文档管理； ( 2 ) 过程与工作流管理； ( 3 ) 产品结构与配置管理； ( 4 ) 分类检索管理； ( 5 ) 项目管理。 实用功能集是为实现p d m 系统的用户功能所提供的底层支持功能，它直接与 操作环境交互，并把它的功能与用户隔开，通过裁剪可使系统工作在不同用户的 各自特定的环境中，这部分功能主要包括以下五类【i l 】： ( 1 ) 通信和通知服务； ( 2 ) 数据传输； 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 ( 3 ) 数据转换； ( 4 )图像服务； ( 5 ) 系统管理。 1 1 4 p d m 的体系结构 当前的大多数p d m 产品均采用多层体系结构，从功能角度可分为四个层次： 用户界面层、应用软件层、核心模块层、和系统模块层吲【1 1 】，如图1 2 所示。 用户界面层 f 应用软件层j l 核心模块层 系统模块层 w i n d o w sg u i 孛专专孛南卤南南专 l产品数据集成环境 u 削斟幽l 】 +丁丁丁一 。一 对象关系数据库操作解释器 、r 1r 对象关系数据库管理系统操作系统应用程序 上上 多种平台( 操作系统、网络、硬件) 图1 2p d m 体系结构 f i g 1 2 t h e s y s t e ms t r u c t u r eo f p d m 用户界面层向用户提供一个人机对话的窗口界面，通过用户界面，系统可以 获取用户的输入数据，并向用户显示其关心的产品数据视图。 应用软件层由一系列对产品数据进行操作的应用软件模块和p d m 系统中所采 用的底层操作系统中的一些实用程序一起组成。其中，产品数据集成模块，项目 管理模块，产品结构管理模块，工作流程控制模块均是p d m 系统中实施产品数据 管理的应用子模块，系统管理主控模块和电子邮件是操作系统中或在其上进行功 能增强修改后的的使用程序。而其它的c a d 、c a p p 、c a m 等对产品数据进行生 成、编辑、处理的商品化c a x 软件或自行开发的应用软件，经集成后也成为应用 软件层的重要组成部分。 变苎盔兰堡圭主堡丝苎 塑二童堑堡 核心模块层将不同的应用软件对产品数据的处理请求进行中间转换，转换成 系统模块可以接受的信息。p d m 系统中的数据库管理系统可以是不同公司的产品， 但只要该产品进行数据查询的数据库语言符合s q l ( s t r u c t u r eq u e r yl a n g u a g e ) 标 准，那么核心模块层就能将应用软件层对产品数据进行存储或修改的数据库操作 请求转化为标准的数据库s q l 操作指令。实际上核心模块层是应用软件层和系统 模块层之间的缓冲层，使得应用软件和数据库的关联性减少，为基于p d m 的应用 系统的移植和开放性提供可能。 系统模块层提供对数据库的各种访问、操作系统实用程序的运行、网络数据 的存取等功能。该层使系统对具体的硬件平台透明【l l 】。 1 2 变型设计与产品结构配置 1 2 1 变型设计 对企业生产活动的大量调查表明，产品设计制约着包括技术准备( 试制、工 艺、工装、采购) 在内的产品生产周期。为了实现快速响应市场需求，进行快速 响应产品设计是重要一环。实现快速响应设计的关键是有效开发和利用各种产品 信息资源。利用现代化计算机技术、信息技术、和通讯技术迅猛发展所提供的对 信息资源的高度存储、传播和加工能力，人们主要采取三项基本策略，以达到对 产品设计需求的快速响应。这三项策略，一是重用产品信息资源，进行变型设计； 二是虚拟设计制造，利用数字技术加快设计过程；三是远程协同，分布设计。概 括起来，就是信息资源化，产品数字化，设计网络化。企业在长期的生产活动中 积累和蕴藏了大量的极其宝贵的产品资料( 图样、文件、数据、经验、标准、规 范等) ，对这些信息进行重组使之资源化，再通过对成熟产品的变型设计，就足以 支持能快速响应市场需求的产品设计。 从机械产品设计的角度看，通常可分为新颖性新型设计和适应性变型设计两 大类。新型设计基于全新的工作原理，采用较新颖的结构方案，设计出创新的机 械产品。这类设计需要经过从确定设计要求到完成全部技术文件的整个设计工作 进程。变型设计基于已有的工作原理，采用基本不变的结构方案，只按功能需求 对具体结构进行调整，以产生适应性的变型产品。这类设计工作原理不变，仅对 局部结构或零件进行更新设计。 从企业的产品信息资源在设计活动中的可重用角度考察，新型设计涉及的可 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 重用资源较少，它的实现过程需要耗用可观的企业资源( 人力，物力、财力、和 时间等) ，以验证与完善产品结构；变型设计在原有的产品的基础上，按市场需求 进行结构重组，它的实现过程可以最大限度的重用企业已有的成熟产品资源，具 有很强的灵活性和适应性。可见变型设计可以在原有产品的基础上迅速推出能满 足不同用户需求的新产品，占领市场，增强企业的竞争能力。 变型产品具有以下特点： ( 1 ) 灵活。根据市场需求，灵活地推出多种相应的产品，要善于“变”。 ( 2 ) 迅速。为适应市场需要，推出产品要快。 ( 3 ) 低廉。在保证功能和质量的前提下成本要低，或确切的说，性能价格 比要低。 在变型产品的设计过程中应贯彻标准化、通用化、和系列化的原则，以提高 产品质量，降低成本，得到多品种多规格产品。标准化指使用要求相同的零件、 产品或工程，按照统一的标准进行设计。通用化是指在同一类型、不同规格或不 同类型的产品中，提高部分零件或部件彼此相互通用的程度。系列化是指产品根 据生产和使用的技术要求，经过技术和经济分析，适当加以归并和简化，将产品 的主要参数和性能指标按一定的规律进行分档，合理地安排产品的品种规格以形 成系列。 变型产品设计的基本方法有相似设计和模块化设计。 相似设计是相似理论在设计中的应用。系统相似，尺寸与性能参数皆成一定 比例关系的纵系列产品为相似系列产品。相似系列产品不是按单个产品设计的， 而是首先选定某一中档的产品为基础，对它进行最佳方案的设计，确定其材料、 参数、和尺寸，然后再按系列设计原理，即通过相似理论求出系列中的其它产品 的参数和尺寸。前者称为基型产品，后者称为扩展型产品。 目前，产品的系列化设计成为广泛应用的设计方法之一。它的优点是： ( 1 ) 系列产品的不同规格仅仅是基于一种规格变化形成的，这就大大节省 了产品的开发周期和成本，提高了产品的性能可靠性。 ( 2 ) 系列产品在满足用户需求的前提下，遵循适当的参数变化规律，可以 提高不同规格产品的生产批量，从而使产品的质量稳定、成本下降，这对生产企业 和用户都是有利的。 ( 3 ) 对生产和销售企业来说，系列产品便于库存管理；对用户来说，系列 产品的使用规定和方法相同，方便了使用。 在进行系列化设计时，首先要进行市场调查和用户访问，并在此基础上进行 基型产品设计。基型产品的选择首先要注意它的代表性，它应是所有形式中最通 6 查苎查兰堡圭兰竺丝苎 篁二兰堕笙 用的，基型产品的典型结构应能很方便地用到同系列其它产品中去。总之基型产 品设计是发展产品系列的基础，其设计过程应遵循科学的设计方法，并注意其扩 展的可能性和方便性，注意提高其方便性，注意提高其标准化、通用化的程度， 注意尽可能提高其设计质量。有了基型产品后，便可确定相似种类和系列各参数 或尺寸间的公比相似比。一般生产者希望产品规格少、批量大，即要求公比大； 但使用者却希望规格多，能较好地符合使用要求，即要求公比小。因而确定相似 比时须兼顾生产和使用的要求，并尽量选用标准公比和标准数列。在此基础上， 便可确定系列中的各扩展型的参数和尺寸。 模块化设计是近年来发达国家普遍采用的一种先进设计方法。它的核心思想 是将系统按功能分解为若干模块，通过模块的不同组合，可以得到不同的品种、 不同的规格的产品。在机械产品中，所谓模块就是具有同一功能和结合要素，但 性能和结构不同，却能互换的单元。模块化设计的原则是力求以少数模块组成尽 可能多的产品，并在能满足用户要求的基础上使产品精度高、性能稳定、结构简 单、成本低廉。显然，为了模块的互换，必须提高其标准化、通用化、规格化的 程度。模块化设计首先用于系列产品设计中。 采用模块化设计产品有以下优点： ( 1 ) 更新换代较快。新产品的发展常是局部的改进，若将先进技术引入相 应模块，比较容易实现。这就加快了产品的更新换代。 ( 2 ) 可缩短设计和制造周期。用户提出要求后，只须更换部分模块，或设 计制造个别模块即可获得所需产品。这样设计和制造周期就大大缩短了。 ( 3 ) 可以降低成本。模块化后，同一模块可用于数种产品，增大了该模块 的生产批量，便于采用先进工艺、成组技术等，还可以缩短设计时间，从而降低 产品成本，提高产品质量。 ( 4 ) 维修方便。必要时可只更换模块。 模块化设计对产品的功能划分及模块设计进行了精心研究，这就保证了它的 性能，使产品性能稳定可靠。 当然，模块化设计也有缺点：由于考虑模块的互换性和适应性，常使系统比 较复杂，结构外形不够协调，各部分功能配合不是最佳等。 由此可见，模块化设计用于生产批量较小的系列产品时特别有效。 在进行模块化设计时，应以用户的需要为根据，通过市场调查及技术经济可 行性分析，确定产品的系列型谱。如何合理划分模块，是模块化产品设计中的关 键问题。模块种类少，通用程度高，加工批量大，对降低成本较有利。但从满足 产品的各种功能和性能，提高整个模块化系统的柔性考虑，又希望模块种类多些。 变苎查兰堡主堂垡堡壅苎二兰丝笙 设计时必须从产品系统的整体出发，对功能、性能和成本各方面进行全面分析， 才能合理确定模块的种类和数量。划分模块的出发点是功能分析。根据产品的总 功能分解为分功能，功能元，再求解相应的功能载体功能模块，然后具体化 为加工单元生产模块。模块化产品的设计中还要考虑模块如何组合，组合产 品的种类，以求用较少类型模块组合成更多不同功能和性能的变型产品。值得注 意的是，先进的模块系统不但可采用计算机辅助设计，而且可用计算机进行管理， 通过计算机辅助管理能更好地体现模块化设计的优越性【】。 1 2 2 产品结构配置 p d m 系统的产品结构与配置管理模块提供了产品结构重组的桥梁。产品结构 管理提供了一种组织、控制和管理数据的机制，所形成的产品结构是对产品的全 面描述，是面向产品整个生命周期的。产品结构管理应该具备有零部件定义、产 品结构创建、产品结构维护和产品结构信息报告等功能，以各种视图对企业的产 品进行描述，同时能提供有效性服务。 复杂的产品往往由多个相关的零部件装配而成，产品及其零部件的各种技术 细节则通过相应的文档来描述。在产品的全生命周期中，各零部件及它们之间的 关系是不断变换的。这些变化与企业的产品质量、产品开发周期密切相关，而且 这些变化可能来自不同的部门( 如市场、设计、工艺、制造、采购) 以及产品生 命周期的不同阶段( 如设计、制造、或采购) ，因此，作为管理与产品相关的信息 和过程的p d m 系统，需要将企业中的所有产品( 已生产的、正在生产的、和将要 生产的) 及其变化管理起来。产品结构管理正是用于组织和管理这些关系和变化 的，它从不同的部门得到相应的数据，维护统一的产品结构并记录其变化，使得 这些不断变化、关系复杂的产品数据在逻辑上保持一致。 典型的产品结构不仅包括b o m 数据，还包括附加的属性、实例和位置信息等， 这些附加信息使整个结构变得更有价值，因为这些信息可以在制造计划之外的其 它地方使用。产品结构管理作为p d m 的核心模块之一，必须满足不同使用者对产 品结构全方位的、多层次的要求；获取并管理产品零部件信息，维护零部件之间 的关系：用表格或图形表达零部件之间的层次关系；将零部件与描述零部件的文 件( 如图形、模型、说明书、计划、工艺文件等) 联系起来，形成完整的产品信 息树，并利用产品信息树有机、直观地表达与产品有关的所有信息。这使得用户 很容易判断当产品结构变化时哪些数据会受到影响。 产品是由零部件组成的，零部件之间的存在装配关系，形状、配合和功能相 东北大学硕士学位论文第一章绪论 同或相似的零部件之间还可能存在互换或代用关系。在此，将零部件之间的装配 关系、互换关系、和代用关系统称为结构关系。同一零部件通常有不同的版本， 也就是说零部件的内部有版本关系。因此，p d m 系统的产品结构管理主要管理与 零部件有关的两种关系：零部件之间的结构关系和零部件内部的版本关系【5 钠。如 图1 3 所示。系统通过文档对零部件进行详细地描述，零部件的版本与文档的版本 对应，因此，产品结构管理与文档管理也是紧密相关的【l ”。 图1 3 零部件之间的结构关系和零部件内部的版本关系 f i g 1 3 t h es t r u c t u r er e l a t i o n sa m o n g p a r t sa n dc o m p o n e n t sa n d t h e i n n e r v e r s i o nr e l a t i o n s o f p a r t s a n d c o m p o n e n t s 产品结构可以分为完整产品结构和具体产品结构。完整产品结构包括一个产品 的所有可能的零部件，其中包括这些零部件的不同版本。具体产品结构包括构成 一个具体产品的所有零部件【l j 。 构成产品的零部件在其生命周期内必定要经历多次修改，有些零部件还会有 许多版本。为了满足不同消费水平、不同地域的消费者的需求，同一类产品会有 不同的零部件结构，有的即使用同一零部件，也可能用到它们的不同版本1 2 “。 奎苎奎堂堡主堂垡堡苎蔓二兰丝堡 利用事先建立的完整产品结构，按照满足用户所需功能的要求，设计或选择 零部件，把这些零部件按照它们的功能、某种组合规则( 如装配关系等) 和某种 条件进行编组，形成一个具体的产品，称为产品结构配置。其中的条件称为产品 结构配置条件。如以生产笔为例子，笔的产品结构由各有两种颜色的笔杆、笔帽 和笔芯构成，共六个零件。通过产品结构配置，按照笔杆、笔帽和笔芯的装配关 系和各种颜色组合的配置条件，可以产生八种不同的具体产品结构。如表1 1 。 表1 1 笔的具体产品结构组合 t a b l e l 1t h e c o m p o s e o f t h ec o n c r e t ep r o d u c ts t r u c t u r eo f p e n i 红杆红帽红芯红杆红帽黑芯红杆黑帽黑芯红杆黑帽红芯 l 黑杆黑帽黑芯黑杆黑帽红芯黑杆红帽红芯黑杆红帽黑芯 在产品设计的整个生命周期中，虽然产品结构有可能按各式各样的要求进行 重新配置，但产品零部件对象仍然与那些定义它们的数据保持连接关系。红色笔 杆可能与黑色笔帽和黑色笔芯配置成一个具体产品。红色笔杆也可能与红色笔帽 和黑色笔芯配置成另一个具体产品。但是在电子保险箱中，只有一份红色笔杆的 数据资料。各个配置中的红色笔杆对象都记录了指向同一份数据资料的指针【1 】。 在此提出可配置产品的概念。可配置产品指其相关零部件实现标准化、通用化、 系列化，并且其相关产品信息可检索，可以应用变型设计方法进行设计的产品。 利用p d m 系统提供方便的管理与检索功能实现可配置产品的变型设计。根据变型 设计的分类，可以定义出狭义与广义的产品结构配置。狭义的产品结构配置是指 实现了模块化设计的产品结构配置；而广义的产品结构配置是指既实现了模块化 设计，又实现了相似性设计的产品结构配置。为了更好的满足不同企业对产品结 构配置的需求，p d m 系统应实现广义产品结构配置。以下所述均指广义的产品结 构配置。 产品结构配置管理通过产品结构配置规则进行产品结构配置。产品结构配置 规则是在进行产品结构配置时选择零部件的准则。产品结构配置规则一般可分为 三类：发放状态配置规则，有效性配置规则和变量配置规则。 ( 1 ) 发放状态规则。在产品模型中，每个节点指向的零部件具有不同的发 放状态。如有的零部件已经通过了设计校审，即该零部件的结构合理性已经得到了 审核和批准，所以被校审过程自动标志为“设计发放完成状态”，或者简称为“设 计完成”。有的零部件已经通过了制造校审，即该零部件不仅通过了结构合理性的 审批，而且其工艺合理性和制造合理性也已经通过了各级审批，被校审过程自动标 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 志为“制造发放完成状态”，或者简称为“制造完成”。在“设计完成”和“制造完 成”两种状态中间还可以有多种中间状态，比如某状态下的产品结构可用于采购部 门的进行原材料的定购：又或某中间状态下的产品结构可用于进行工艺装备的设计 参照等。零部件存在一种特殊的状态，该状态不是由任何发放过程所设置的，而是 零部件一经创建，在提交审核之前就具备的一种状态“工作状态”。处于工作 状态的零部件允许修改，基于工作状态也允许配置产品结构删。 ( 2 ) 有效性规则。p d m 系统处理两种有效性：版本有效性和结构有效性。 这里所指的对象可以是文档、文件、零部件、b o m 等。p d m 系统应允许对一个对 象同时实施多个有效性原则。版本有效性指在什么条件对象的某个版本生效、在什 么条件下对象的另一个版本生效。根据条件的不同，版本有效性又可以分为两种： 时间有效性和单元有效性。时间有效性决定了在某个时间段内对象的哪个版本生 效，而单元有效性决定在某个系列号的产品或某个批次的产品中对象的哪个版本生 效。结构有效性则是指在同一个版本的内部、在什么条件下对象的某个版本生效 5 5 1 。 ( 3 ) 变量配置规则。当某个产品形成系列产品时，在不同的产品中存在许 多具有相同用途、相同名称但不同规格、不同型号的零部件。这些零部件的某些属 性具有多个可选的属性值，以适应于不同型号的产品。可以把这些属性作为变量， 根据这些变量的取值决定哪个型号的零部件入选具体产品结构。用这种配置方法进 行产品结构配置称为变量配置。在按变量配置产品结构时，必须考虑几个基本数据 对象：变量、配置条件和配置规则。配置条件是变量的取值范围。配置规则是配置 条件、配置条件逻辑运算法则以及可供选择的零部件的组合。利用这些配置规则和 配置条件构成选择表。下面是一个按变量配置产品结构的例子。如图1 4 中摩托车 的产品结构是一个完整产品结构。在此以订单中客户要求的摩托车档次和发动机功 率作为配置条件，进行发动机选择。为此建立了配置选择表1 3 。表中列举配置规 则，构成这些规则的配置条件、配置条件逻辑运算法则以及可供选择的发动机型号。 当“档次”属性值为“豪华”和“功率”属性值为“1 0 0 ”时，满足规则2