（机械设计及理论专业论文）基于pdm并行设计开发环境的研究与实现.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 p d m 是继c a d 之后，国家在制造业企业重点推广的一项新技术。它是管理所有 与产品相关信息和所有与产品相关过程的技术，是现代化先进制造技术的重要组成 部分。本文主要研究成果如下： ( 1 ) 充分考虑中国制造企业的实际和对分类编码系统的要求，提出了基于标 识码、特征码的柔性分类管理思想；( 2 ) 分析了产品结构的功能需求和设计目标， 建立了该系统的体系结构。研究了产品结构定义算法，最后研究了p d m 与 s o l i d w o r k s 的集成；( 3 ) 分析了配置的概念和产品配置的目标，研究了产品配置的 规贝l j 、实现方法和实现形式。最后，本文对产品结构与配置管理系统的应用和发展 前景进行有意义的展望。 关键词：产品配置，产品结构，版本管理，产品数据管理，分类编码 a b s t r a c t p d mi san e wt e c h n o l o g yw i t c hi s p o p u l a r i z e d i nm a n u f a c t u r i n ga f t e rc a d t e c h n o l o g yi nc h i n a i tc a nm a n a g ea l lo ft h ei n f o r m a t i o na n dt h ep r o c e s sr e l a t i n gt ot h e p r o d u c t s i ti sa ni m p o r t a n tp o r t i o no fa d v a n c e dm a n u f a c t u r et e c h n o l o g y t h em a i n r e s e a r c ho u t c o m e sa r es h o w i n gf o l l o w i n g ： f i r s t ，f u l l yc o n s i d e rt h er e a l i t ya n dr e q u i s i t i o nf o rc l a s s i f i c a t i o na n dc o d i n gs y s t e m ， i tp r o m o t e st h em e t h o do ff l e x i b l ec l a s s i f i c a t i o na n dm a n a g e m e n tb a s e do ni d e n t i f i c a t i o n a n dd e t a i l e dd e s c r i p t i o nc o d e s t h e n , a n a l y z e dt h ef u n c t i o nr e q u i r e m e n t sa n dd e s i g n o b j e c t i v e so ft h ep s c ms y s t e ma n dp u to u tt h ef r a m e w o r ko ft h es y s t e m m a d ea r e s e a r c ho ft h ed e f i n i n ga r i t h m e t i co fp r o d u c ts t r u c t u r e ，f i n a l l yw es t u d i e dt h e i n t e g r a t i o no fp d ma n ds o l i d w o r k s ；t h i r d ，a n a l y z e dt h ed e f i n i t i o no fc o n f i g u r a t i o na n d t h eo b j e c t i v e so fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n ，a n dm a d ear e s e a r c ho ft h ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o n r u l e sa n do fi t sr e a l i z i n gm e t h o da n dr e a l i z i n gf o r m f i n a l l y , t h ea u t h o rm a k e sa s i g n i f i c a n te x p e c t a t i o nt o t h ef u t u r e o fi t s a p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n t d a n gy u g o n g ( m e c h a n i c a ld e s i g n & t h e o r y ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f c h e nl i x i n k e y w o r d s ：p r o d u c tc o n f i g u r a t i o n ，p r o d u c ts t r u c t u r e ，v e r s i o nm a n a g e m e n t ， p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，c l a s s i f i c a t i o na n dc o d i n g 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于p d m 的并行设计开发环境的研 究与实现，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作 和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。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了谢意。 学位论文作者签名：盔i ：1 6 日期：塑：臼 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：移旷导师签名： 日期：日期： 衅舭 华北电力大学硕士学位论文 1 1p d m 产生的背景 第一章引言 近几年来，随着世界经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，市场环境发 生了巨大的变化，消费者需求日趋主体化、个性化和多样化，制造商面对一个需求 多样、变化迅速且难以预测的买方市场，传统的大批大量的生产模式不再适应新的 市场形势的需要。在这种形势下，对市场需求的快速反应能力开始成为企业能否在 激烈的市场竞争中占得一席之地的重要标志。为适应市场竞争的需要，企业必须不 断地采取措施，提高企业的效率及效益。谁能在最短的时间内，把采用新技术生产 出的高质量、低成本的产品推向市场，谁就将是竞争的胜利者。于是，t q c s ( t i m e ， q u a l i t y ，c o s t ，s e r v i c e ) 成为了企业追求的目标。p d m 的产生正是建立在这个大的 背景下的。下面就对这一背景进行简要的叙述。 进入2 0 世纪末，以信息技术为主要特征的高新技术飞速发展，推动了技术进 步和经济全球化，加速了技术革新、管理革新，企业面临的商业环境和市场环境发 生了根本的改变。具体表现在以下几个方面： 1 、技术进步和高新技术的应用，信息量急剧增加； 2 、全球化市场与全球化竞争； 3 、用户对产品的需求呈现多样化和个性化； 4 、产品更新换代加快，生命周期缩短，人们对交货期的期望越来越高； 5 、生产方式的多样化。 但很多企业在技术、管理、技术与管理的协调发展以及适应新的生产模式和管 理模式等方面还存在一些问题，影响了企业的竞争能力和向现代企业的发展。这些 问题具体表现在： l 、设计手段和加工技术落后； 2 、信息共享程度低； 3 、信息传递速度慢； 4 、文档管理落后； 5 、设计方式陈旧； 6 、支撑技术不配套； 7 、应用集成系统效率不高； 8 、新的生产模式，如c i i s 、并行工程、精益生产、敏捷制造等，对信息管理 1 华北电力大学硕士学位论文 技术突出了更高的要求，不仅要求支撑技术能够支持多学科领域专家协同工作，而 且要求把产品信息的开发过程有机的集成起来，做到在正确的时间，把正确的信息 以正确的形式送到正确的人。 由于以上诸多方面对信息管理的需求，呼唤一种新的信息管理技术。产品数据 管理正是这样的一种新的信息管理思想和技术。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技术附2 】【3 】。 1 2 产品数据管理( p d m ) 系统的定义和主要功能模块 ( 1 ) 产品数据管理系统的定义 p d m 最早出现在2 0 世纪8 0 年代初期，目的是为了解决大量工程图纸、技术文 件以及c a d 文件的计算机管理问题，然后逐渐扩展到产品开发过程中的三个主要领 域：设计图纸和电子文件的管理，材料明细表( b i l lo fm a t e r i a l ，b 傩) 的管理及工 程文件的集成，工程变更请求指令的跟踪与管理。随着网络、数据库技术的不断 发展，以及面向对象技术和客户机服务器技术的应用，最近几年p d m 技术产生了 突飞猛进的发展，在国内国外的企业中得到了广泛的应用。但是正由于p d m 技术应 用非常之快，它的功能在不断扩大，所以人们还没有给出一个统一的认识，给出的 定义也不同。 主要致力于p d m 技术和计算机集成技术研究与咨询的国际咨询公司c i m d a t a 给 出的定义是：“p d m 是一门管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程的技 术。” 1 9 9 5 年9 月g a r t n e rg r o u p 公司给出的定义为：。p d m 是一个使能器，它用于 在企业范围内构造一个从产品策划到产品实现的并行化协作环境 ( c o n c u r r e n t a r t t o p r o d u c te n v i r o n m e n t ，简称c a p e ，由供应、工程设计、制造、 采购、市场与销售、客户等构成) 一个成熟的p d m 系统能够使所有参与创建、交 流以及维护产品设计意图的人员在整个产品生命周期中自由共享与产品相关的所 有异构数据，如图纸与数字化文件、c a d 文件和产品结构等。” 目前，比较为大家认同的是这样的定义：产品数据管理( p d m ) 以软件为基础，是 一门管理所有与产品相关的信息( 包括电子文件、数字化文件、数据库记录) 和所有 与产品相关的过程( 包括工程流程和更改流程) 的技术。它提供产品全生命周期的信 息管理，并可在企业范围内为产品设计与制造建立一个并行化的协作环境【4 l 【”。 ( 2 ) p d m 的主要功能分析 p d m 系统为企业提供了管理和控制所有与产品相关的信息以及与产品相关的过 程的机制与功能。p d m 软件产品种类繁多，不同的软件商提供的p d m 系统，在功能 2 华北电力大学硕士学位论文 上都要一定的差异。p d m 的功能有两种划分方法，一种是按面向应用与系统支持的 功能划分，将其分为电子仓库、面向用户的使用功能( 包括文件控制、变更控制、 配置管理、设计检索与零件库和项目管理等) 和实用化的支持功能( 包括通知与通 信、数据转换、数据传输、图像服务、系统管理等) ；另一种是按软件功能模块划 分，可划分为电子仓库和文件管理、用户管理、工作流与过程管理、产品结构与配 置管理、零件分类管理、工程变更管理、项目管理、集成工具等，前五项功能是p d m 系统应具备的基本功能。除了以上的六大基本功能外，p d k l 系统也不同程度的提供 了扫描与成像，浏览与圈阅功能。这些功能更好的完善了p d m 的作用1 7 】。 1 3 系统整体设计 p d m 的体系结构可分为三层，它们是用户接口层、中间层、系统支撑层。9 i 。系 统整体框架结构如图1 1 所示。 1 、用户接口层 用户接口层向用户提供交互式的图形接口，包括图标化的浏览器、各种菜单、 对话框等，用于支持命令的操作与信息的输入输出。通过p d m 提供的图视化用户接 口，用户可以直观方便地完成管理整个系统中各种对象的操作。它是操作p d i d 各种 功能的手段、媒介，处于最上层。 2 、中间层 中间层是整个p d m 系统的核心，它向下提供对操作环境和数据环境的支持，向 上提供对多种操作接口的连接和事务处理支持。中间层可划分为接口与协议层、组 件管理与访问控制层、应用系统层等3 个子层。 ( 1 ) 接口与协议层主要为组件管理与访问控制层提供透明的数据接口、数据结 构和交互协议，以屏蔽异构的底层环境，如为数据库连接提供o d b c ，j d b c 等数据 库驱动等。 ( 2 ) 组件管理与访问控制层主要为系统中的分布式应用提供服务。在该层中， 组件管理实现对系统中所有组件对象的管理；访问监控对客户端的请求进行侦听， 接受客户端访问请求并对请求的合法性进行判别，从而决定是否提供相应的操作服 务；数据控制负责对合法的访问请求进行定向，并对中间数据提供缓存、备份等服 务。 ( 3 ) 应用系统层构建在组件管理与访问控制层之上，是产品数据管理系统的功 能层，它对产品数据以及这些数据的处理流程进行管理，提供产品结构与配置管理、 过程与工作流管理、设计检索与零件库管理、权限与用户管理、系统管理等功能， 并提供通用的电子仓库与文件管理和多用户之间的电子通讯和邮件转发支持。 3 华北电力大学硕士学位论文 3 、系统支撑层 以目前流行的关系数据库系统为p d m 的支持平台，通过关系数据库提供的数据 操作功能支持p d m 系统对象在底层数据库的管理。 j 亟西亟垂 1 4 本文的主要任务 图1 1p d m 系统整体框架结构 本文主要对系统的底层数据库以及系统应用层的产品结构与配置管理做详细 设计。产品结构管理是p d m 核心模块，并通过b o m 表向其它应用系统提供数据接口， 它可作为独立模块运行，加快企业的信息化步伐。中间层o d b c 协议、数据控制、 组件管理等主要通过p o w e i b u i l d e r 9 0 开发环境和操作系统及数据库软件 s q l s e r v e r 2 0 0 0 来提供支持。本文的主要任务有： 1 零部件分类管理的设计与实现。首先根据先进的分类编码思想，在我国 j l b t 4 - 1 系统的基础上，提出标识码和特征码的概念，并开发出基于标识码和特征码 的产品信息分类管理系统，即柔性分类管理系统。对于零部件的编码，作者开发出 一系列的工程向导，这样用户可以根据具体零部件的特征信息，依次选择零部件所 属的类别，系统将自动生成零部件的编码。其次讨论设计任务的分解模式、产品开 发过程以及零部件的两种发布方式。根据上述设计思想，作者在程序中分别实现对 设计任务的分解，各个设计任务都被保存到数据库中，然后每个设计人员可以查询 到自己的设计任务并按照产品开发过程实现对设计任务的开发，然后可以根据具体 4 华北电力大学硕士学位论文 零部件的特征信息，对零部件进行分类编码，最后在零部件库或产品结构树中进行 发布。接下来探讨工程变更和零部件版本的创建、增加与删除。最后实现依靠属性 信息对零部件的查询，搜索到企业需要的具体零件。 2 产品结构管理的设计与实现。首先构建面向产品全生命周期的产品结构模 型，通过此产品结构模型，使得产品生命周期的各阶段都能采用统一的产品信息模 型，同时可以通过视图控制法来对产品结构的各种不同划分进行管理和描述，可以 准确快速地为各部门提供不同形式的物料清单( b o m ) ，实现材料清单的统一所以， 作者对产品结构的概念作一定的扩展，它在基本产品结构概念的基础上扩展其中每 一个节点所包含的信息，这些信息覆盖了在产品全生命周期内不同部门对产品信息 的需求。也就是说，是通过产品结构来组织企业中与产品相关的所有信息的，产品 结构是企业信息数据的组织核心。其次分析产品结构树的模型以及构建产品结构树 的算法，从而实现产品结构树。产品结构树的算法采用深度遍历树的递归算法。最 后研究p d m 与s o l i d w o r k s 的集成。p d m 通过s o l i d w o r k s 的a p i 获取产品设计信息 主要包括两个部分：i 、利用v c + + 生成动态链接库，实现对产品信息的读取，这个 动态链接库可以作为s o l i d w o r k s 的一个插件，在s o l i d w o r k s 方便的调用，从而实 现信息的读取。2 、利用动态链接库导出一个函数，在这个函数中实现了对产品信 息的读取，这个函数可以被p d m 程序像调用w i n d o w sa p i 一样调用，将其集成在p d m 程序中，从而在p d m 中可以实现信息的读取。 3 产品配置管理。首先分析产品配置的概念以及产品配置的目标。其次分析产 品模板的概念以及产品模板与产品结构、产品配置的关系。再次讨论产品配置中的 版本管理、产品配置的规则及其实现和产品配置的过程模型及实现过程。最后讨论 明细表的概念及其管理。作者在程序中实现根据配置规则自动配置产品和手动配置 产品两种方法，然后根据产品结构视图生成b o m 表，生成的b o m 表能够做到将特定 产品的物料清单按照自制件、定购件、标准件这种分类方式划分成几个表，分别输 出给不同的部门使用。 4 数据库设计。数据库系统是计算机系统的重要组成部分。几十年来，数据库 技术的发展经历了由层次数据库、网状数据库、关系数据库到面向对象数据库系统 的发展。目前大多数p d m 系统还是采用关系型数据库。本文采用s q l s e r v e r 2 0 0 0 作 为底层数据库。 数据库设计是建立数据库及其应用系统的技术。具体的说，数据库设计是指对 于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库系统及其应用系统， 使之能够有效的存储数据，满足各种用户的应用需求( 信息要求和处理要求) 。按照 规范设计的方法，考虑数据库及其应用系统的开发全过程，数据库设计分为需求分 析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施、数据库运行和维 5 华北电力大学硕士学位论文 护六个阶段。 本文建立数据表和联系表，分别用来存储结构单元对象的信息和建立零件、部 件之间的关系。在关系数据库中，各个表可以设置主外键联结，然后根据需要建立 各种视图，得到自己需要的数据，以完成所需要的功能。 6 华北电力大学硕士学位论文 第二章产品结构与配置管理功能需求分析 2 1 产品结构及配置管理概述 2 1 1 引言 产品数据管理的主要功能模块有文件管理、产品结构与配置管理、工作流程管 理等，其中产品结构与配置管理是p d m 系统的重要组成部分，它以电子仓库为底层 支持，以b o m 为其组织核心，把最终定义产品的所有工程数据和文件联系起来，实 现产品数据的组织、管理与控制，并在一定目标或规则约束下，向用户或应用系统 提供产品结构的不同视图和描述，如设计视图、装配视图、制造视图、计划视图等。 产品结构配置管理基本功能包括以下几个方面：产品结构树的创建与修改；产 品零部件与相关信息( 供货商、材料、文档等) 的关联；产品零部件的版本控制和变 量定义，可选件、替换件的管理；产品结构配置规则的定义，根据配置规则自动输 出b o m ；支持对“零部件或子部件被哪些部件采用”和“部件采用了哪些零件或子 部件”的查询与文档的查询；产品结构的多视图管理；系列化产品结构视图管理”l 。 产品结构与配置管理的体系结构如图2 1 所示 图2 1p s m 系统体系结构 7 华北电力大学硕士学位论文 2 1 2 设计过程的产品数据 在工厂的产品设计过程中，将产生大量的设计数据，这些数据从设计的角度分 类则包括：各类设计图纸：包括产品总装图、部件总图、装配图、零件图等各类设 计过程产生的图纸；各类技术文档：包括设计任务书、工艺文件、技术设计说明书 等各类设计过程产生的技术文档。 以计算机文件格式分类则为：二维设计图一包括基于a u t o c a d 系统的c a d 设计 图；图像文件一包括b m p ，j p g 等常用格式；三维设计图一包括s o l i d w o r k s 等。 2 2 产品结构及配置管理的功能需求分析 根据中小企业具体的产品特点和企业的具体需求，本系统产品结构管理的功能 需求主要为：零部件库的分类管理、产品模型管理、产品结构管理、产品结构配置 及明细表管理。 ( 1 ) 零部件库的分类管理 零部件库是用来实现存档零部件的管理，它里面的零部件只有通过工程变更来 改变。零部件族管理的目的是分门别类地管理零部件，提高零部件查找效率和可重 用性，促进零部件标准化。零部件族管理的基础是零部件分类体系，这类似于一种 层次编码规则，只不过通过零部件分类编码找到的不是一个零部件，而是一批零部 件。管理者可以用增删改等方式维护零部件库的结构和增减零部件。 采用零部件库的分类管理，可以把传统的基于产品的管理模式改为基于零件的 管理模式。如图2 2 所示。该模式把借用关系的零部件改为共享关系，解决了资料 冗余和零部件相关更改的问题，并保证了数据的质量。这样便于管理、查找及浏览 产品和相关信息，提高了产品变型配置设计的效率。但由此引出的零件与部件( 或 产品) 的对应关系就是利用信息技术实现管理的难点。由此可见，产品结构管理应 该选择基于零件的管理方式，只有这样才能快速配置产品，进行产品变型，帮助企 业避免重复性的工作，节约时间。 图2 2 基于零件的管理模式 ( 2 ) 产品模型管理 产品模型( p r o d u c tm o d e l ，p m ) 是为满足客户化生产的需要和产品变型复杂等 8 华北电力大学硕士学位论文 情况提出的，产品模型是对一类产品的抽象，代表具有相似结构和功能的一系列产 品，它可以通过对现有系列产品的整理来定义。构成产品模型的基本单位是构件， 构件并不是具体的零部件，它是具有某些共同特性的零部件或多个零部件的集合。 这类零部件具有相同或者相似的功能，并且接口必须是相同，部件接口定义了如何 实现部件之间的衔接。构件实例化是零部件。产品模型通过复合构件和原子构件表 达出了产品的装配层次关系：原子构件是指不能细分的构件，它处在产品模型树的 叶节点位置，复合构件通常由下级复合构件和原子构件组成。产品模型通常包括必 选构件和选装构件两类构件：必选构件指实现产品基本功能的一类构件；选装构件 指实现产品附加功能的一类构件，其是否被选装主要取决于客户对产品的要求及产 品模型中相关构件对该构件的约束。由构件形成的产品模型事实上包括了所有可能 的配置。 产品模型是构件的集合，产品结构是未确定版本的零部件的集合，而精确b o m 是零部件版本的集合，这反映到数据结构上，零部件类是构件类的子类，零部件版 本类是零部件类的子类。零部件与零部件版本的关系在于：展示给用户的必须是零 部件的某一个具体的版本，用它来代表这个零部件，这个用来代表零部件的零部件 版本是这个零部件的缺省版本。我们可以说零部件是一个抽象的概念，它代表了一 些零部件版本的集合，而其中只有一个缺省版本作为这个零部件对外的表现形式。 ( 3 ) 产品结构管理 产品结构是零部件( 可以有多个版本) 所组成的层次结构树，可以对产品结构树 进行任何层次的展开。它是由产品装配系统图和产品零部件明细表( 包括通用件、 标准件、自制件和原材料) 等内容组成的。产品结构树中，各个节点分别表示产品、 部件或组件，根节点代表产品，叶子节点表示零件。这种图标方式反映了组成产品 的各个零部件之间的层次关系。每个零件、部件对象都有自己的属性，如零部件的 标识号、名称、版本号、数量、材料、类型( 自制件还是外购件) 、创建的时间日期、 设计者、审核人等等。零部件有了属性，就可以按照单个或多个属性进行单独或组 合查询。 产品结构树在任务的执行过程中不断被丰富，各个节点存放有设计任务书、产 品图纸、工艺规程、计算说明书、工装图档等技术文档，便于不同需求的用户快速 访问。用户可以根据产品类型、子类型、产品、部件、组件、零件等来定义和修改 产品结构树，并将产品结构数据存放到数据库中。通常的产品结构树如图2 3 所示， 表示了零部件之间的层次关系和每个节点的属性。 9 华北电力大学硕士学位论文 图2 3 产品结构树 产品结构树的建立要根据企业的管理模式来决定。有的企业把一个系列的产品 用一棵树表示，也有的企业把一个产品用一棵树表示。产品结构的层次也要根据企 业的产品复杂程度决定，多者7 - 8 层，少的也要2 3 层。 ( 4 ) 产品结构配置及明细表管理 产品配置管理是p d m 系统的重要功能，版本管理是产品配置的基本工具。产品 是由指定版本的零部件组合而成，通过各种零件以及零件的各种版本配置得到不同 的产品结构，使产品对象的版本不断变化。在产品设计过程中为了充分考虑加工条 件和用户需求的不同往往会同时设计多个版本在制造部门，由于某种原材料的短 缺、加工条件、供货周期等条件的限制，实际用于制造的零部件并非都是采用同一 个版本，而选择一个加工成本、交付时间等符合当前实际条件的设计版本。 市场经济要求企业生产出的产品必须满足用户的相应需求。因此企业要在激烈 的市场竞争中取得有利的地位，必须由传统的面向生产的制造向面向用户的制造转 变，用户需求是企业产品生成的信息源头，也是企业追求的目标之一。当某个用户 有某种产品的需求时，企业要能够利用产品结构之闻的约束和配置规则等相关算 法，实现个性化的产品交型配置，以组织企业的生产，满足并快速响应顾客的特殊 需要。 b o m 表是从产品结构生成的j 它是产品结构在某一时刻的快照( 以后产品结构可 能会变，但8 0 m 不会，也不应该随之变化) 和视图( b o m 表中只是产品结构上部分零 部件的汇总) 。b o m 表一旦生成就可以作为格式亿文档进行管理，因此b o l d 表的查询 可以利用对象查询实现。 由产品结构生成的b o m 是精确b o m ，b o m 作为企业进行设计、生产、管理的核 心，不同部门有不同的形式和要求。这种针对不同的部门对b o m 表的项目进行取舍 与重新编排叫做b o m 表的多视图管理。这种b o m 多视图能为企业各个部门利用b o m 1 0 华北电力大学硕士学位论文 表提供最大的方便。由产品结构树生成各种明细表如图2 4 所示。 图2 4 由产品结构树生成各种明细表 华北电力大学硕士学位论文 第三章零部件分类管理的设计与实现 3 1 零部件的分类管理概述 3 1 1 成组技术 成组技术的核心就是识别和利用事物的相似性，按照一定的原则，将具有相似 性的事物分为一类，从中找出该类中的典型事物加以研究，总结出该类事物存在的 内在规律，或制定出处理他们的一般原则和方法，以便在以后遇到该类事物时能够 避免不必要的重复劳动1 1 1 1 。 3 1 2 零件族概念 根据对世界机电产品品种数量的分析，属于小批量生产的产品，在2 0 世纪6 0 年代占5 0 左右，而在8 0 年代已上升到8 5 。据统计，我国机械制造企业属小批量 生产的企业己占总数的9 5 左右。 在多品种小批量生产中，不同行业的机械产品中大约3 4 的零件在功能、形状、 尺寸、材料等固有特征上存在着相似性。这些具有相似性的零件通常称为零件族。 对零件族的管理可以借用成组技术的思想进行。零件族中的零件一般在设计、工艺、 加工上也具有相似性，针对这些相似性的研究，产生了根据工艺相似性对零件分组， 制定适合于一类零件的典型工艺的成组工艺；把加工工序具有相似性的所有零件集 中起来成批加工的成组加工；为一个或几个工艺过程相似的零件族，组织成组生产 而建立的成组生产单元；由计算机控制的以数控机床和加工中心为基础，适应多品 种中小批量少产的自动化制造系统即柔性制造系统等概念。将上述思想应用到生产 上，可以把零件的小批量生产转化成按零件族分类的、一族或多族零件的、成组加 工的大批量生产，使得小批量生产也能得到大批量生产的效率【1 l l 【”l 。 3 1 3 零件分类管理 零件分类管理的主要目的是对已有设计信息( 包括产品及其相关的文件信息) 进行归类管理，为最大限度地重用现有设计成果开发新的产品提供支持。依据成组 编码思想，将零件依标准的或相似的工艺规程、根同的属性、相近的设计思想等原 则进行分门别类，形成分类层次结构树。这里的“零件”可以是实际的零件，也可 以是不可再分的产品、部件、组件等。由于历史的原因，不同的企业各有自己的分 类方法。零件分类的方法要考虑到企业的分类习惯和适应分类变化的柔性。 华北电力大学硕士学位论文 3 1 ，4 零部件分类管理的功能结构 ，t 、。j 摹鲥蝴理 。一 。 ， ” ” +“ 1 i ， i ” 零部件编码零部件管理军部件版奉譬理 目录结构维护 图3 1 零部件分类管理系统的功能结构 3 2 柔性成组编码系统 成组编码描述法最早是捷克斯洛伐克金属切削机床研究所的v l j o s o 编码系统， 后来在此系统基础上，演变出许多编码系统，如德国的o p i t z 系统，日本的k k 一3 系统以及我国的j l b m - 1 系统。目前，上述各种编码系统不能解决企业中普遍存在 的一些问题，如：零件借用关系混乱；图文件数据检索查找复杂；产品开发费时费 力，重复开发现象严重；标准化程度太低，生产柔性不够，致使更新产品时一般性 管理费用过高，无法降低成本。每家企业在产品设计生产过程中都会遇到许多类似 的问题和麻烦。随着市场竞争的日益激烈，对产品标准化、多样化程度的要求越来 越高，企业面临的成本和速度的挑战也越来越大。这时，前面的这些问题对企业的 困扰也就显得日益突出【1 3 1 4 1 。 为了解决企业中的这些问题和满足企业的各项要求，立足于企业顺利实施p d m ， 本文着重研究了分类管理系统的体系结构，提出了标识码和特征码的概念，并开发 出基于标识码和特征码的产品信息分类管理系统，即柔性分类管理系统。 3 2 1 标识码和特征码的概念及其功能 本文按照零件的不同形状和功能特征，将分类编码分为两部分：标识码和特征 码。标识码是事物的唯一标识。相同的事物( 物料，零件等) ，不管它出现在何处均 具有相同标识码，而不同的事物则具有不同的标识码。在制造业中可将标识码用作 产品及零部件的编码，取代传统的图号，作为零部件的唯一标识并应用于企业中， 还可作为为顾客提供售后服务的标识；特征码是对事物特征信息的详细描述，但不 具备唯一性，主要供企业内部人员使用，在设计制造信息方面对零部件进行细分， 有利于企业内部人员对相似件的识别i l 扪，分类编码的体系结构如图3 2 所示。 1 3 华北电力大学硕士学位论文 图3 2 分类编码的体系结构 ( 1 ) 特征码特征码描述了零件各方面的信息，其码位长度一般比标识码长。 对产品信息分类编码来说，特征码主要描述零部件的设计、工艺信息，也可以包括 一些其它辅助信息。特征码编码规则的制定参照了现有的标准编码体系j l b m i 等 并结合企业的实际情况，即在标准编码体系基础上针对企业产品的特殊性进行了部 分修改。对于特征码的编码规则需要经过一段时间的试用期，反复修改直至满意为 止。特征码编码结构如图3 3 所示。 ( 2 ) 标识码标识码在整个编码结构中主要起唯一标识的作用，在充分满足产 品编码容量的前提下应尽可能使编码长度简短，以方便计算机处理和人工识别与维 护。标识码由基本属性和顺序码组成。对产品编码来说，基本属性可以指产品零部 件的名称大类，根据基本属性码可以方便地识别零部件，但该属性码不包含零部件 具体的加工工艺等信息。顺序码的作用在于区分产品零部件，可以按照顺序编号的 方式产生，也可以按照一定的规则产生，这种标识码具有一定的保密性，有利于对 企业零部件的维护。标识码编码结构如图3 4 所示。 图3 3 特征码编码结构图3 4 标识码编码结构 在产品信息分类编码系统中采用标识码和特征码，可有效地解决信息分类和信 息编码两个问题，它采用简短的标识码和具有一定长度的特征码，既能满足编码容 量的要求，又能充分描述产品信息，以便于在产品开发设计和工艺设计中，实现相 似信息的查询；还可以利用特征码所描述的零部件设计与工艺信息制定相似零件族 特征矩阵，方便地进行相似零部件设计与相似工艺设计，以提高设计效率和最大限 度地利用已有的设计和工艺资源。标识码和特征码的配套使用为实现企业信息化集 成提供了有效途径【1 6 l 【1 7 l 【”】。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 3 2 2 标识码和特征码编码的实现流程 在进行标识码和特征码的编码时，首先产生特征码，再产生标识码。由于特征 码己经比较充分的描述了零件的信息，在对某零件编码时，若它的特征码与己有的 所有特征码均不同，则必为一个新零件，理所当然应产生一个新的标识码；若存在 相同特征码的话，由于特征码仅是相似性描述，可能该事物在以前己编码，应进行 重码检查。重码检查首先进行特征码查重，然后比对图纸是否相同，即根据具体的 尺寸、工艺信息等。如果比较结果完全相同，则证明此零部件己编码，无需再次编 码；如果比较结果不同，则可以进行标识码的编制。只有通过重码检查证明以前没 有编码的零部件才产生标识码，据此保证标识码的唯一性。此零部件也就获得了相 应的唯一的标识p s 。标识码和特征码的实现流程如图3 5 所示。 图3 5 标识码和特征码的实现流程 3 2 3 编码管理的实现 3 2 3 1 编码规则的定制 ( 1 ) 特征码规则的定义 特征码规则的制订参考了j l b m - 1 等多种编码系统，并作了大量的修订工作， 具体的零件特征码系统结构如图3 6 所示。 图3 6 零件特征码系统结构 特征码的前两位为名称类别码，由于零件主要分为回转类零件和非回转类零件 两大类，且主要以板材和回转件为主，因此名称类别矩阵参考了j l b m 一1 系统的名 1 5 华北电力大学硕士学位论文 称类别进行分类，详细的名称类别矩阵如图3 7 所示。 ；：q 芝 2辛0 手转船舟度瓤 o 轮盘茺氟 防护董 拄兰盘芾轮潮e措i篝它 手嚣体度盘耳 1拜馨羹 t 筑套 片 玮藿母椭 1 t 基基 法兰藿聿聃节蕞压缸舵 匿 #情轩，辅 一，墙轩 螺扦一轩 螺怦 手把 2隹 黄曩拄f t 撞一芯曩h长麓 筮扦 手辑萁它 宪 钉皤l 轩摄飒扦 t 皤拄外拄冉甓艳尊旌重挂齿 3 捧 齿轮麓 齿转 齿轮 t 齿轮暑轮置音齿轮其它 鞋锥齿轮妥 一 拜形毒f 接蓐件卫蓐接头凸轮 t异瑶麦曩心俘一悔葛宦 矗套头弩虫弓j 薯件瑚凸轮轴 5 专甩黄葺它 # 枵量黄 扦叠 柱扦 蓬扦 撑丰f 簟手 t t k 垂 摇耔拄耔醋叠 曩齿量置萁它 凰 葫铲扳 室承援压董定位捩 导冉箍 7 格 扳城宪眈块矗板 篮氍连接蕾瓜 艟请瑰一嶷凸齄董墓它 二 律 f 】扳扳 薨 触 直羹苴它t霉 赢槊炎轴承崖直毫粤董 机瓤 停 。9 精蠹雕簟 毛重軎嚣壳傩籍忙立拄托身工f 台箕它 图3 7 名称类别矩阵 l 位 矗盂 一# !。 七 九 械 井靠影状加工 冉靠形拔血工平甄国爵加工 助知工 非辟糖 壤号 基车彤抗商糖薹熏基奉蓐状功复蔓露 井( 囊) 瑶 内鼍 垃孔，虚蔓) o 先 0无o 无轴线 无井早疆 无一年霹 ： 孔 无 ooo毙一舫施工 加工虹 i 辟台阶 l螺靛 非机加 簟。苇 工孔 l 垃单乎砸一毳 尊挣平孤 光精通平行。薯年锋丹平 2最奔台阶2珲糟22环曩222齄冉均奄j l 孔分平覆嚣 岛台平行尊 l 葺蕊，曲面 3健碡33惟嚣j l ，t 檀33径冉均布扎 绮置毳丹平面 疆舟考 轴冉 4 正多边蓐 l + 21 2 墙砸攘 l 稽幡 航麓无霉均布于l ；掌 非蔓对彝簟砖宣径向 叠歪 5 1 3ssi + 35花s 花t 5 孔非均市于l 3 。囊蓐琥k 5取糖 ，be 2 + 3eb扣3盥形t 齿弗 e翻黼 嘶j l 平蔺( 平行相 l 2 + 虚蓐平曲尼+ 平 t 聋曲面 7t7善种孔蛆台 窑 辘缱 3蕾抽工蕾扭工 空阿( 孚翩糖变扎 b8珲凸88珲凸8盘堪l噩威髟 室) 轴蛾平行孔 其它 g其它g薹它9 薹宅 其它羹宅9萁它 图3 8 回转类零件的形状和加工码 根据前两位名称类别码的不同，剩余码位对零件的设计、工艺信息和辅助信息 做了相应的定义。根据名称类别码的不同，剩余码位分别定义了回转类零件、非回 转类零件和饭金类零件的特征。以回转类零件的形状和加工码为例，具体码值定义 如图3 8 所示。通过以上规则的定义，系统满足了对于回转类零件的形状和加工特 征描述的要求，使企业的零件获得了良好的信息描述。 1 6 华北电力大学硕士学位论文 ( 2 ) 标识码规则的定义 柔性分类管理系统的标识码由大类识别码、名称类别码和顺序码组成，且标识 码的名称类别码同特征码的名称类别码完全相同，具体的零件标识码结构如图3 9 所示。大类识别码用于区分企业所有零部件的大类，一般企业的零部件主要分为以 下五种：自制零件、标准件、外购加工件、部件、整机。因此柔性分类编码系统分 别以字母p ( p a r t ) ，s ( s t a n d a r dp a r t ) ，0 ( o u t s o u r c i n gp a r t ) ，c ( c o m p o n e n t ) ， w ( w h o l ea s s e m b l y ) 来标识。如果企业需要添加其它的零部件大类，还可以使用其 它的字母来扩充系统的分类空间。本文对自制零件和外购加工件进行了详细研究， 标识码的顺序码要充分考虑企业的发展，由计算机自动产生，确保系统对零部件的 唯一标识作用，太短容易溢出，太长浪费资源，由于一般中小企业的零部件总数不 超过十万种，因此顺序码取四位即可满足要求。 在企业柔性分类管理系统中，编码规则定义的步骤为，首先定制特征码编码规 则，顺序依次为名称类别码1 、名称类别码2 、内部形状和特征码、辅助码。当系 统特征码规则定义完毕后，系统再进行标识码的定义，由于系统的特征码与标识码 的名称类别码完全相同，所以系统只需再定义标识码的大类识别码，而顺序码是自 动生成的，无需再进行定义。 图3 9 零件标识码结构 3 2 3 2 零部件编码的生成 根据柔性分类编码系统定义的编码规则，用户根据具体零部件的特征信息，依 次选择零部件所属的类别，系统将自动生成零部件的编码，以大齿轮为例说明，大 齿轮的结构图如图3 1 0 所示。 根据大齿轮的特征，用户可以根据定义的规则，首先选择名称类别码l 中的齿 轮类，名称类别码2 则根据1 中的选项自动刷新，然后选择大齿轮所属的名称类别 码2 的选项，编码生成系统窗口下方的特征码将会根据用户的选择，自动生成大齿 轮的编码的前两位3 0 ，如图3 1 1 所示。名称类别码的选择完毕后，点击下一步， 系统将会依次进行大齿轮特征码形状和特征码、辅助码的生成，即特征码的3 1 3 位。依次执行完毕后，柔性分类管理系统自动生成大齿轮的特征码如图3 1 2 所示。 柔性分类管理系统的特征码生成完毕后，系统自动进行重码检查。步骤为：首 1 7 华北电力大学硕士学位论文 先，进行特征码查重，由于特征码只是相似性的描述，若特征码不同，则零部件肯 定不同，直接进行标识码的生成。若特征码相同，则判断图纸号是否有重复，最后 比对图纸是否相同，即根据具体的尺寸、工艺信息等。如果比较结果完全相同，则 证明此零部件己编码，无需再次编码；如果比较结果不同，则可以进行标识码的编 制。只有通过重码检查证明以前没有编码的零部件才产生标识码，据此保证标识码 的唯一性。重码检查如图3 1 3 所示。 图3 1 0 大齿轮结构 重码检测完毕后，如果零部件没有进行编码，则生成标识码。由于特征码和标 识码的名称类别码相同，系统则自动将特征码定义的码值输入给零部件，而无需进 行重复选择。对于顺序码也是系统根据顺序自动生成的。因此，标识码的生成只有 一步，即用户根据零部件的特征，选择零部件所属的类别，系统首先自动生成大类 识别码。大齿轮的标识码如图3 1 4 所示。 图3 1 1 生成名称类别码 1 8 华北电力大学硕士学位论文 图3 1 2 生成特征码 图3 1 3 重码检查 图3 1 4 生成标识码 最终大齿轮的编码为：标识码p 3 0 1 0 0 4 ，特征码3 0 9 0 2 0 6 0 0 2 3 4 3 。设计人员和 1 9 华北电力大学硕士学位论文 工艺人员则可以依据码值查询和浏览需要的零部件的详细信息。 3 3 零部件属性信息分析 根据企业的实际情况和要求，采用了依据属性信息对零部件进行查询的方式。 属性是对零件具体的尺寸、工艺信息等的详细描述，它是区分相似件的依据。通过 对属性值的比较，可以得到相似件的具体差异，并为零部件的查询和重复利用提供 了可靠的工具。 3 3 1 属性信息的定义 零件的标识码对零件的“身份”进行了标识，特征码则在零件特征的“形”上 做了详细的描述，但这都缺乏了量的信息。在企业应用过程中，“量”的信息十分 重要，它为设计部门、制造部门提供了详细的特征信息，以供后续的查询工作使用。 在柔性分类管理系统中，我们称之为属性信息。属性信息对零件的某些特征值 进行了具体的“量”的描述。例如：对轴类零件，我们称长度、直径、角度、材料 等特征为属性，而其具体的值则为属性值，它为以后对零部件的查询、浏览和重用 提供了极大的方便 属性信息的定义和属性值的查询弥补了过去分类编码系统中零部件查询功能 薄弱的缺陷，使企业对己有零部件的查询更加简捷，且考虑了企业的重复设计的需 要，由用户定制属性。属性信息的提出满足了企业对分类编码系统的零部件管理功 能的要求，强化了系统的查询功能【”】 3 3 2 属性信息的运用 柔性分类管理系统提供的标识码为零部件提供了唯一的标识，特征码则描述了 零部件的结