（机械电子工程专业论文）pdm中产品结构与配置管理子系统的研究及其应用.pdf

南京航空航天大学硕士论文 摘要 产品结构与配置管理是p d m 系统的一个重要组成部分，是产品生命周期中 各种功能和应用系统建立直接联系的重要工具。本文结合无锡国盛精密模具有 限公司的g s p d m 系统和金城集团有限公司的j c p d m 系统的具体需求对产品结 构与配置管理做了深入研究。主要研究成果有如下： ( 1 ) 分析了两种企业模式下产品结构与配置管理子系统的功能需求和设计 目标，建立了该系统的体系结构。 ( 2 ) 分析了产品结构管理的定义及其组成部分，深入研究了面向产品全生命 周期的产品结构模型，由此建立了产品结构多视图，并进一步研究了产品结构 定义算法和p d m 与s o l i d w o r k s 的集成方法。 ( 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则、实现方 法和实现形式：探讨了p d m 与e r p 系统集成的方法，提出了基于中间文件x m l 的p d m 与e r p 系统集成方法，并对具体的实现方法进行了深入研究。 ( 4 ) 在g s p d m 和j c p d m 系统中分别实现了产品结构与配置管理子系统的 设计、开发和应用，部分验证了上述内容。目前这两个系统都运行良好。 关键词：产品数据管理，产品结构与配置管理，产品结构管理，产品配置管理 企业资源计划，物料清单 里望坚主曼笙塑量墼重量墅! 型! 茎墨苎! 圣! ! 一一 a b s t r a c t p r o d u c ts t r u c n l r ea n dc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ( p s c m ) i sav e r yi m p o r t a n t c o m p o n e n t o fp d m s y s t e m ，a n di ti sa ni m p o r t a n t t o o lt or e l a t ea l lk i n d so ff u n c t i o n a n da p p l i c a t i o ns y s t e mo fp r o d u c tl i f e c y c l e c o m b i n i n gt h er e q u i r e m e n t s o ft h e g s p d ms y s t e mo fw u x ig u o s h e n gc o p o r a t i o na n do ft h e j c p d ms y s t e mo f j i n c h e n gc o p o r a t i o n ，t h i sp a p e r h a sl u c u b r a t e dt h ep s c m t h em a i nr e s e a r c h o 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 ，a n a l y z e dt h ef o u n c t i o nr e q u i r e m e n t sa n dd e s i g no b j e c t i v e so f t h ep s c m s y s t e mo f t w oe n t e r p r i s em o d e s a n d p u to u t t h ef r a m e w o r ko f t h es y s t e m t h e n ，a n a l y z e dt h ed e f i n i t i o na n dc o m p o n e n t s o f p r o d u c t s t r u c t u r em a n a g e m e n t ； l u c u b r a t e dt h e p r o d u c ti i f e c y c l e o r i e n t e d p r o d u c t s t r u c t u r em o d e l ，a n dt h e r e o u t e s t a b l i s h e dt h em u l t i 。v i e wo fp r o d u c ts t r u c t u r e ；m a d ear e s e a r c ho ft h ed e f i n i n g a r i t h m e t i co f p r o d u c t 。s t r u c t u r e a n do ft h e i n t e g r a t i n g m e t h o do fp d ma n d s o i i d w 0 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 dt h eo b j e c t i v e so fp r o d u c t c o n f i g u r a t i o n ，a n dm a d ear e s e a r c h o ft h ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o nr u l e sa n do fi t s r 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 ；d i s c u s s e dt h em e t h o d st oi n t e g r a t ep d m a n d e r pa n dl u c u b r a t e dt h ei n t e g r a t i n gm e t h o db a s e do i lm e d i a lf i l ex m l f i n a l l y , t h ep s c ms y s t e m w a sd e s i g n e d ，d e v e l o p e da n d a p p l i e di nb o t hg s p d m s y s t e ma n d j c p d m s y s t e m ，t h e r e f o r et h ea b o v ec o n t e n tw e r e v e r i f i e dp a r t i a l l y a n d n o wt h et w os y s t e m sa r eb o t hr u n n i n gs u c c e s s f u l l y k e yw o r d s ：p d m ，p s c m ，p r o d u c ts t r u c t u r em a n a g e m e n t ，p r o d u c tc o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n t ，e r p , b o m 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容 外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本 论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： 日期： 堕窒堕至堕茎盔羔：堕主堡苎 注释表 c i m s ：c o m p m e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m 计算机集成制造系统 c i m s ：c o m e m p o r a r yi n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m 现代集成制造系统 p d m ：p r o d u c td a t am a n a g e m e n t 产品数据管理 c a d ：c o m p m e r a i d e d d e s i g n 计算机辅助设计 c a e ：c o m p u t e r a i d e de n g i n e e r i n g 计算机辅助工程 c a m ：c o m p u t e r a i d e dm a n u f a c t u i n g 计算机辅助制造 c a t ：c o m p u t e r a i d e dt e s t 计算机辅助测试 c a p p ：c o m p u t e r a i d e d p r o c e s sp l a n n i n g 计算机辅助工艺计划 c e ：c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g 并行工程 a m ：a g i l em a n u f a c t u r i n g 敏捷制造 v m ：v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g 虚拟制造 l p ：l e a np r o d u c t i o n 精良生产 g m ：g r e e nm a n u f a c t u r i n g 绿色制造 b p r ：b u s i n e s sp r o c e s sr e o r g a n i z e 企业过程重组 s t e p ：s t a n d a r df o rt h ee x c h a n g eo f p r o d u c tm o d e l d a t a 产品类型数据交换标准 m r p i i ：m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ep l a n n i n g 制造资源计翊 e r p ：e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g 企业资源计划 p s c m ：p 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 m 产品结构与配置管理 p s m ：p r o d u c ts t r u c t u r em a n a g e m e n t 产品结构管理 p s c m ：p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t 产品配置管理 b o m ：b i l lo fm a t e r i a l 物料清单 e b o m ：e n g i n e e r i n gb o m 工程b o m p b o m ：p r o c e s sb o m 工艺b o m m b o m ：m a n u f a c t u r i n gb o m 带造b o m c b o m ：c o s tb o m 成本b o m x m l ：e x t e n s i b l em a r k u p l a n g u a g e 可扩展标记语言 d t d ：d o c u m e n t t y p ed e f i n i t i o n 文档类型定义 卜z王t，良&争m心b h i。m悸旧如扒您玛弭巧撕” 童室堕窒堕墨盔兰堡主堡苎 第一章绪论 1 1 课题的背景、来源和目的 2 0 世纪末，信息技术、计算机技术、网络技术以及数据库技术的发展，对 制造业产生了巨大的影响，使得传统的制造业市场更加多交。随着世界经济的 一体化，越来越多的企业加入竞争行列，势必加大了竞争的激烈程度。为了适 应不断变化的市场环境的挑战，人们不断寻求新的生产、经营和管理手段。从 1 9 7 3 年美国的j o s e p hh a r r i n g t o n 首次提出计算机集成制造( c o m p u t e r i n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，c i m s ) 的概念至今，全球制造业的生产效率、 管理方式、组织结构和协作水平都有了深刻的变化。上市时间( t i m e ) 、产品质量 f q u a l i t y ) 、成本( c o s t ) 、服务( s e r v i c e ) 和环保( e n v i r o n m e n t ) 是全球制造企业面临的 主题。在追求更完善的t q c s e 的过程中，c i m s 技术不断向纵深发展，从以实 现信息高效共享和交换的信息集成到以实现设计过程优化和设计制造资源优化 的过程集成和企业集成，提出了许多新的制造技术、方法及策略，例如并行工 程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，c e ) b l 、敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ，a m ) ( 3 1 虚 拟制造( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ，v m ) 1 4 1 、精良生产( l e a np r o d u c t i o n ，l p ) ”l 、绿色 制造( g r e e nm a n u f a c t u r i n g ，g m ) 1 6 1 和现代集成制造( c o n t e m p o r a r yi n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，c i m s ) p 1 等。对于中国企业来说，随着加入世界贸易组织 w t o ，将面临前所未有的挑战和机遇。一方面，中国企业将在国内市场上与国 外企业展开全面竞争，中国市场变成了国际市场的一部分：另一方面，中国企 业将有机会在全球市场上与国外企业展开竞争，市场空间扩展到了全世界。对 于企业来说这是一个难得的进一步发展的好机会，但同时也对企业的竞争能力 提出了新的要求。如今，越来越多的企业已经认识到：快速和灵活的响应不断 变化的顾客需求成了企业生存和发展的决定性因素，要想在这竞争激烈的信息 时代取胜，就必须对企业实行信息化建设，努力提高企业的整体竞争力，使得 产品开发和制造形成透明的、信息技术支持下的业务流程i 羽。 传统的生产方式对市场变化的响应越来越不能满足实际的需求，为了摆脱 这种困境，很多企业采取了许多先进的单项生产制造技术和管理手段，虽然在 响应市场的能力上有了一定的提高，但是企业整体并没有得到实质性的改善。 p d m 中产品结构与配置管理子系统的研究及其应用 其根本原因在于虽然采用了先进的制造技术和管理手段，但这些改善只是在局 部范围内，整个生产系统并没有发生实质性的变革，形成了一系列的信息孤岛。 现代集成制造系统是信息时代提高企业竞争力的综合性高技术。它将信息技术、 现代管理技术和制造技术相结合，并应用于产品全生命周期( 从市场需求分析 到最终报废处理) 的各个阶段。通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物 流、信息流、资金流的集成和优化运行，达到人( 组织、管理) 、经营和技术三 要素的集成，将信息孤岛有效连接，以缩短企业新产品上市的时间、提高产品 质量、降低成本、改善服务、有益于环保，从而提高企业的市场应变能力和竞 争能力n 企业为了在产品的上市时间、成本和质量等方面战胜对手，必须在产品的 设计阶段挖掘潜力，使下游阶段及时共享设计信息，实现并行设计，因为产品 设计过程决定了产品总成本的7 0 一8 0 ，而且对产品的上市时间和产品的质量 也有着很大的影响。产品数据管理( p r o d u c t d a t a m a n a g e m e n t ，p d m ) 是实现设 计信息若享、并行设计等的主要手段之一。p d m 的基本原理是，在逻辑上将各 种c a x 信息化孤岛集成起来，利用产品数据管理系统控制产品的整个开发过程， 通过建立虚拟的产品模型，最终形成产品的完整描述、生产过程描述以及生产 过程控制数据。c a x 和p d m 的有机集成，有效支持了整个产品设计过程，同 时也建立了c d 垤s 的技术基础1 8 i 。 p d m 出现于2 0 世纪8 0 年代初期，目的是为了解决大量工程图纸文件的管 理，之后逐渐扩展到产品开发整个生命周期的产品数据管理，并迅速成为一门 管理所有与产品相关信息和所有与产品有关的过程的技术 9 - o i 。从产品本身来 看，p d m 系统可帮助组织产品设计、完善产品结构修改、跟踪进展中的设计概 念、及时方便地找出存档数据及相关产品信息。从设计过程来看，p d m 系统可 协调组织整个产品生命周期内诸如设计审查、批准、发放、变更、工作流优化 及产品发布等过程。 在美国、欧洲和亚洲的日本、韩国及南美的巴西等工业发达国家，p d m 的 发展非常迅速，得到了企业界的高度重视，不但在机械、电子、航空航天等制 造领域获得了较普遍的应用，还逐渐应用于非制造业( 如交通、商业和电子出版 等) 领域。p d m 技术正逐渐成为支持企业过程重组( b u s i n e s sp r o c e s s r e o r g a n i z e ， b p r ) 、并行工程、c i m s 工程等系统工程的使能技术l 。 随着p d m 在国外的成功应用，在我国也逐渐受到重视。在国家“8 6 3 ”计 南京航空航天大学硕士论文 划的指导下，许多软件厂商如华中科技大学的开目公司、清华大学的高华公司、 中科院的凯思公司、上海交通大学的思普公司、南京新模式软件公司等，看到 p d m 市场的巨大潜力，纷纷开发出自己的p d m 产品。同时，许多企业实施了 p d m ，有的采用国外厂商开发的p d m 系统，如春兰空调、海尔集团、长虹、康 佳等采用的p d m 产品是美国e d s 公司的d 4 a n ；西安飞机设计所采用的p d m 产品是i b m 公司的p m ；航天二院2 0 4 所采用的p d m 产品是美国s d r c 公司的 m e t a p h a s e ；也有的采用国内厂商开发的p d m 系统，如江西五十铃汽车制造厂、 上海港口机械厂和苏州阀门厂等采用的p d m 产品是华中科技大学开目公司的 i n t e p d m 。从应用效果上来看，有的已经取得了明显的经济效益，也有的未能达 到预期的目标。国内开发的p d m 产品具有了p d m 基本功能，相对国外的p d m 产品价格低廉，其管理模式更加符合国内企业的实际情况，并且能结合企业实 际提供深入、全面的技术支持和服务。因此，在国内p d m 市场上占有了一定的 市场份额，特别是我国中小企业的最佳选择。因此，要使我国在国际市场上立 于不败之地，就应该更加深入地探讨p d m 及其在不同企业模式下的应用需求、 应用特点。 本课题来源于无锡国盛精密模具有限公司的g s p d m 系统和金城集团有限 公司j c p d m 系统中的产品结构与配置的管理模块，由南京航空航天大学机电学 院承担开发。无锡国盛精密模具有限公司的g s p d m 系统已经于2 0 0 4 年6 月份 通过无锡科技局的验收，目前该系统运转良好；而金城集团的j c p d m 系统也已 经测试完成，正在试运行。 无锡国盛精密摸具有限公司是一家生产精密模具的高新企业，该公司拥有 一流的厂房，拥有世界顶级的高精度、自动加工设备，拥有一流的技术人员， 其制作的模具精密、复杂、高效、长寿命，可与欧、美、日等先进国家的模具 相媲美。随着公司的进一步发展，公司领导强烈地意识到，企业要发展，必须 运用信息化的技术来提高整个管理水平，所以国盛公司委托作者所在单位针对 模具行业的特点自主开发g s p d m 系统。这对于企业降低产品成本、缩短技术准 备周期、提高产品质量和对市场的快速响应能力具有重要的意义。 金城集团有限公司是中国5 0 0 家最大工业企业之一，具有5 0 年的液压机械 制造历史。文化久远，技术雄厚。目前公司除研制、销售航空科技产品、摩托 车及汽油机、工程液压系列产品外，同时还经营国际贸易、城市产业开发等。 作为国家级技术中心、政府认定的高新技术企业，金城无论在人才、技术还是 ! 里坚主主曼堕塑皇墼重笪里王墨堕塑堕塞墨茎壁旦 管理上均占据着独特的优势，以此运用于摩托车制造，产品不仅在国内市场占 有较大份额，且远销海外4 0 个国家和地区。金城集团很早就开始了计算机的应 用，实旋了c i m s 工程。金城集团通过制造资源计划( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e p l a n n i n g ，m r pi i ) 的实施和二次开发等途径实现了财务，采购，供应商和客户 管理，成本管理，销售管理的计算机化。但其p d m 系统的应用则不理想，设计 数据向制造数据的传递仍然采用手工的方式，这样不但效率低下，而且容易产 生错误，造成不该有的损失。并且市场竞争的加剧必将促使企业对顾客需求做 出快速响应，企业要能根据市场的变化快速配置出新产品，或者为不同的用户 定制个性化产品。这些需求促使金城集团的领导决定根据企业的实际情况定制 满足应用及企业发展需求的j c p d m 系统，通过将j c p d m 和m r pi i 系统集成实 现了设计数据和制造数据的自动传递，保证m r p i i 系统能准确、快速地获取所 需数据，实现金城集团整个企业的信息化。 1 2 产品数据管理 产品数据管理是以产品为中心，通过计算机网络和数据库技术，把企业生 产过程中所有与产品相关的信息和过程集成起来，统一管理，使产品数据在其 生命周期内保持一致、最新和安全，为工程技术人员提供一个协同工作的环境， 从而缩短产品研发周期、降低成本、提高质量，为企业赢得竞争优势。 1 2 1 产品数据管理的定义 c i m d a t a 公司总裁e d m i l l e r 在“p d m t o d a y ”一文中给出的p d m 的定义是 “p d m 是管理所有与产品相关的信息和过程的技术” 1 2 】。p d m 以产品结构为中 心管理c a d c a p p c a m c a e 等与产品有关的信息，并将产品形成的所有相关 过程集成在一起，在产品开发的全生命周期中，对产品信息进行良好的集成、 有效的传递和可靠的管理，实现产品信息的菸享，能对并行产品开发提供有力 的支持 8 - 1 0 , 1 3 1 8 l 。 1 9 9 5 年9 月g a r t n e rg r o u p 公司的d b u r d i c k 在所作的“c 1 m 策略分析报告” 文中定义为：“p d m 是企业设计和生产构筑一个并行产品设计环境( 由供应、 工程设计、制造、采购、销售与市场、客户构成) 的关键使能技术【1 9 。一个成 熟的p d m 系统能够使所有参与创建、交流、维护设计意图的人在整个信息生 南京航空航天大学硕士论文 命周期中自由共享和传递与产品相关的所有异构数据”。 1 2 2 产品数据管理的研究进展 2 0 世纪的6 0 、7 0 年代后，随着c a d 、c a m 和c a p p 在企业产品开发过程 中的应用，出现了大量需要共享的异构数据，虽然各单元的计算机辅助技术已 经日益成熟，但各自动化单元自成体系，彼此之间缺少有效的信息沟通与协调， 这就是所谓的“信息孤岛”问题。在这种情况下，许多企业已经意识到：实现 信息的有序管理将成为它们在未来的竞争中保持领先地位的关键因素。 p d m 正是在这一背景下产生的一项新的管理思想和技术。它是以软件技术 为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理 的技术。p d m 面向制造企业，以数据、过程和资源为管理信息的三大要素。它 进行信息管理的两条主线是静态的产品结构和动态的产品设计流程，所有的信 息组织和资源管理都是围绕产品设计展开的。p d m 用整体优化的观念对产品设 计数据和设计过程进行描述，规范产品生命周期管理，保持产品数据的致性 和可跟踪性。p d m 的核心思想是设计数据的有序、设计过程的优化和资源的共 享。 近几年来，p d m 技术得到了迅速发展，已经从单一的电子文档管理、版本 管理和配置管理向企业级和企业间的产品数据管理方向发展。国内外一些企业 正逐步将产品数据管理作为支持产品开发、经营管理、流程重组的企业级的集 成环境，以保持并增强企业的竞争能力。 p d m 技术在国外发展较快，目前全球范围商品化的p d m 系统有上百种， 主要包括e d s ( s d r c ) 公司的m e t a p h a s e ；i b m 公司的p m ；e d s ( u g ) 公司 的l m a n ：h p 公司的w o r k m a n a g e r ；a u t o d e s k 公司的w o r k c e n t e r 以及p t c 公司 的w m d c h i l l 等 3 一o t 2 0 1 。相关产品的发展大致可分为三代口“，如表1 1 。 p d m 中产品结构与配置管理子系统的研究及其应用 表1 1p d m 相关产品的发展 主要功能代表产品 第一代由各c a d 企业推出的配合各自c a d 产品的系统，在一定程c o p y 公司的 度上缓解了“信息孤岛”问题a u t o m a n a g e r 第二代提高了软件的开放性、集成能力，以p d m 作为企业的数据s d r c 公司的 管理和流程管理中心，并通过接口将m r p 、m i s 系统连接起m e t a p h a s e 来，与自动化制造系统f m s 相结合，实现企业的信息集成 和过程集成 第三代建立在i n t e r n e t i n t r a n e t 平台上、基于c o r b a 和j a v a 技 p t c 公司的 术的产品，适合在网络环境中协同工作w i n d c h i l l 国际上许多大企业已经接受并实旋了p d m ，并且逐渐将它作为支持经营过 程重组、并行工程、i s 0 9 0 0 0 质量认证及整个企业产品开发的使能器，从丽保持 企业竞争力。成功实施p d m 的国外企业也不少，如波音公司、福特公司、库尔 特公司、a b b 高压开关公司等【2 ：出j 。 国内从2 0 世纪9 0 年代初开始p d m 的研究与应用，总体上我国p d m 的研 究与应用处于起步阶段，主要产品有高华p d m 、开目p d m 、同创p d m 、凯恩 p d m 以及东大阿尔派p d m 等。在应用方面，p d m 已经引起国内企业的重视， 一些知名企业，如南飞、春兰、科龙、海尔、长虹、康佳等都已采用p d m 进行 管理【2 扯2 8 1 。 针对现今企业发展的现状及需求，目前国内外对p d m 的研究主要集中在以 下几个方向2 2 , 2 5 , 2 3 ： ( 1 ) 面向对象技术的应用及信息模型的标准化 面向对象技术在p d m 系统中的运用，增强了系统的开放性。在p d m 系统 中，信息模型的标准化为不同系统之间信息交换带来方便，如s t e p ( s t a n d a r df o r t h e e x c h a n g eo f p r o d u c t m o d e ld a t a ) 标准。 ( 2 ) 基于w e b 技术的应用 通过w e b 实现异地信息查询、浏览、创建或更新已成为现实，w e b 技术在 p d m 中的有效运用，支持全球化虚拟企业的信息共享。 ( 3 ) 基于c o r b a 标准与o l e c o m 标准的应用的集成 以p d m 作为企业集成框架，利用c o r b a 标准与o l e c o m 标准建立标准 6 查塞堕至堕丕奎兰堡主堡苎 一 的中间件模块，将新旧应用系统与p d m 系统集成起来，为p d m 系统与应用系 统集成提供更为方便的手段。 ( 4 ) p d m 与图形核心系统的集成 p d m 系统与c a d 应用系统的核心集成也是p d m 系统研究的一个方向。把 实体模型的特征和特征值从实体造型系统的核心系统中提取出来，并存储在数 据库中，是实现p d m 系统集成实体造型数据的较好途径。上述方法在实现的技 术上有一定的难度，需要对图形核心系统有较深入的了解。 ( 5 ) p d m 与m r p 以及e r p 的功能渗透 p d m 与m r p i i 以及e r p 分别服务于工程设计与生产制造，两者的桥梁为 b o m 表，通过集成，互为补充，构成完整的企业信息系统。另外，它们在功能 上又互糟渗透，两者都试图将对方的部分乃至全部功能集成进来。 ( 6 ) 过程管理、配置管理与项目管理功能的增强 通过过程管理功能的加强，满足工程更改、并行化产品设计等过程管理的 需要。以配置管理为核心，将数据管理、工作流程管理与变更控制集于体， 形成更为强大的p d m 系统。目前p d m 对项目管理考虑较少，许多p d m 系统 只能提供工作流程活动的状态信息。也有文献提出了面向目标的项目管理模型。 1 3 产品结构与配置管理 1 3 1 产品结构与配置管理的定义 产品结构与配置管理( p r o d u c ts m a 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 t ， p s c m ) 是p d m 系统的一个重要组成部分，是产品生命周期中各种功能和应用 系统建立直接联系的重要工具。作为产品数据组织与管理的一种形式，产品结 构与配置管理是以电子仓库为底层支持，以b o m ( b i l lo f m a t e r i a l ) 为组织核心， 把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，实现产品数据的组织、管理 与控制，并在一定的目标或规则的约束下，向用户或应用系统提供产品结构的 不同视图和描述，如设计视圈、装配视图、制造视图、计划视图等1 3 4 i 。 1 3 2 产品结构与配置管理的研究现状 近年来，国内外p d m 的相关产品较多，对产品结构与配置管理方面的研究 也正成为个新的热点。从事这方面研究的国内外公司主要有e d s 公司、s d r c 7 p d m 中产品结构与配置管理子系统的研究及其应用 公司、i b m 公司、p t c 公司、武汉天喻、华中开目以及清华同方等公司 s - t o , ”“ 3 5 、3 7 i 。 美国e d s 公司的i m a n ( i n f o r m a t i o nm a n a g e r ) 的产品结构管理模块p s m 是基于配置管理的产品结构管理模块。p s m 通过b o m 的浏览功能修改和控制 产品结构，b o m 实际上描述了除几何信息以外的产品的全部信息。p s m 通过 c a d 几何模型、各种分析结果、加工工序和文本说明来描述b o m 结构间的关 联。同时，它还提供各种有效性管理，如根据日糍、系列号、供应商的供应能 力等制定不同的规则，以便于组织生产。 美国s d r c 公司的m e t a p h a s e 是一个企业级的p d m 系统。它的产品结构管 理器( p s m ) 提供了用图示菜单定义、存取、修改产品结构件及建立产品结构 树并浏览相关信息的功能，该产品结构树不仅描述了结构件与文档的关系，同 时还描述了产品结构中替换件、互换件的情况。产品结构管理还包括与产品相 关的对象的版本管理，并能生成各种b o m ，可以生成、查看和操作图形方式下 正在设计的产品结构。它的高级产品配置器( a p c ) 提供按照不同条件访问产品 结构的渠道。通过设置配置规则实现产品配置，可以管理一个产品在其生命周 期的不同阶段( 如设计、制造) 时的结构视图，管理多批次、系列化的产品结 构，并可根据不同的配置生成不同的b o m 。 。 i b m 公司的p r o d u c t - m a n a g e r ( p m ) 的产品结构管理模块着眼于产品的定义 数据、产品结构、性能和变量以及有效性的确定和维护。产品结构浏览器可使 用户用锯齿形的图形化界面查看材料清单及有关产品定义数据。 武汉天喻公司产品i n t e p d m 的产晶结 句与配置管理对任何一个选定项耳或 产品建立文档或装配件之间的关系，以直观的图示方式展开选定项目、产品或 装配件的树状层次结构，并形成相应的物料清单；实现对b o m 表进行分类、汇 总、统计等不同处理。 华中开目公司的开日p d m 可以自动汇总出企业需要的各类清单( 标准件、 外购件、材料消耗定额清单等) 。其产品配置功能，可以按照企业实际需要组织 产品的生产。开目b o m 系统( 产品和工岂信息汇总系统) 解决了产品和工艺信 息汇总这一制约企业实现信息化的瓶颈问题，基本实现了企业技术部门和产、 供、销部门的信息集成。 清华同方p d m 的产品结构管理通过入厍的b o m ，可自动生成产品结构， 支持产品系列化设计和变形设计，实现产品结构的动态编辑、比较。其产品配 南京航空航天大学硕士论文 置管理在基本构型建立之后，通过填写配置文件，给出要增加、修改、删除的 配置，创建出基于基本型的新的产品结构，可按用户订单快速组织设计和生产， 实现可选件、替代件管理、产品谱系管理和产品状态管理。 综合以上国内外公司对产品结构和配置管理的研究和最新研究成果，可看 出，产品结构与配置管理是p d m 中的重要内容，也是p d m 系统和其它系统( 比 如e r p ，c a p p ，c a d 等) 进行集成的接口，但总体而言，目前对产品结构与配 置管理的研究还处于初步阶段。在现有的p d m 系统中，多数更多地关注于支持 文档管理和过程管理，在产品结构与配置管理功能上较弱，其结果使设计、生 产和维护等环节所需要的技术信息变得非常复杂。分析当前企业对p d m 应用实 施的现状，作者发现目前作为p d m 核心的产品结构与配置管理存在如下一些主 要问题：f 8 1 。，3 8 4 2 j ( 1 ) 缺少产品全部资料之间相互关系的形象描述，使得产品各部分之间的 关系无法一目了然，因此需要建立面向产品全生命周期的产品结构模型； ( 2 ) 设计、生产、制造、采购等各部门人员需要的b o m 所关心的数据项 不同，如何准确快速地为各部门提供不同形式的b o m ，建立一致的b o m ，是 产品结构与配置管理面临的关键问题； ( 3 ) 产品结构与配置信息不准确，直接影响采购、制造和装配等部门，造 成不该有的损失，因此需要有先进的产品配置方法；另外，需要有效的版本管 理来对由于更改产生的不同版本进行管理，保证产品配置的正确性； ( 4 ) 市场竞争的加剧必将促使企业对顾客需求做出快速响应，产品结构与 配置管理在此将起到主导作用，如提供产品快速配置功能，使其能根据市场的 变化快速配置出新产品，或者为不同的用户定制个性化产品，而实现这一功能 需建立与产品结构相关联的知识库、规则库或决策表，如何有效、全面地建立 和定义产品结构之间的约束条件及决策信息是产品结构与配置管理需要解决的 问题。 1 4 课题研究的主要内容 本文将结合无锡国盛精密模具有限公司的g s p d m 系统和金城集团有限公 司j c p d m 系统的具体需求，分析两种企业模式下产品结构与配置管理系统的功 能需求和设计目标，并建立该系统的体系结构。通过前面对产品结构与配置管 p d m 中产品结构与配置管理子系统的研究及其应用 理的研究现状以及面临问题的分析可知，建立企业统一的面向产品全生命周期 的产品结构模型，可以有效解决信息集成问题。为此本文将深入研究面向产品 全生命周期的产品结构模型，并建立产品结构多视图，而且将进一步研究产品 结构定义算法和p d m 与s o l i d w o r k s 的集成方法。针对两个企业对配置管理的不 同需求，本文将重点研究产品配置的规则、实现方法和实现形式，并深入研究 基于中间文件x m l 的p d m 与e r p 系统集成方法，和具体的实现方法。 本文各章节的内容安排如下： 。 第一章论述本课题的背景、来源和目的；综述产品数据管理的理念和研 究进展；阐述p d m 中产品结构与配置管理概念和研究现状，分析总结目前p d m 系统中产品结构与配置管理主要存在的问题，并对论文的内容进行了安排。 第二章针对不同的企业模式分析产品结构与配置管理需要解决的问题， 得出系统的设计目标，并着重研究产品结构与配置管理子系统的体系结构及功 能模型。 第三章论述面向产品全生命周期的产品结构管理的概念和组成，在此基 础上重点研究面向产品全生命周期的产品结构模型，并建立产品结构多视图； 深入研究产品结构的定义算法以及如何通过产品结构实现p d m 与s o l i d w o r k s 的集成。 第四章分析配置的概念和产品配置的目标，研究产品配置的规则实现方 法和实现形式；并深入研究基于中间文件x m l 的p d m 与e r p 系统集成方法。 第五章在以上研究分析的基础上，设计并开发p d m 中产品结构与配置管理 子系统，并着重介绍系统运行的实例，以验证所研究的内容。 第六章总结所做的工作并对今后的工作进行展望。 南京航空航天大学硕士论文 第二章产品结构与配置管理子系统的总体设计 2 1 产品结构与配置管理子系统的需求分析 不同的企业模式有不同的p d m 需求，由于本课题来源于无锡国盛精密模具 有限公司的g s p d m 系统和金城集团有限公司的j c p d m 系统中的产品结构与配 置管理模块，所以下面先就面向单件小批量生产模式的g s p d m 系统和面向大批 量生产模式的j c p d m 系统的需求进行分析，然后在此基础上再对产品结构与配 置管理子系统进行需求分析。 2 。1 1 两种企业模式下对p d m 系统的需求分析 1 g s p d m 系统的需求分析 目前，面对激烈的国内外市场竞争，如何“陕速响应市场变化，更好地为 客户服务，提高客户满意度，在扩张市场的同时，最大程度地降低成本”成为 无锡国盛精密模具有限公司领导关注的首要问题。在硬件设备上，国盛公司拥 有国内一流的精密加工、恒温、恒湿的厂房，拥有高精度的自动加工设备近百 台。在软件应用上，全部采用a u t o c a d 、m a s t e r c a m 等软件进行设计和编程； 在人才方面，拥有一支强有力的技术队伍。国盛公司是国内模具行业中装备精 良、技术先进、生产规模大的典型企业，其生产的模具猜密、复杂、高效、长 寿命，可与欧、美、日等先进国家的模具相媲美。通过对国盛公司进行深入的 调查、分析与综合，我们发现影响公司发展的“瓶颈”主要有两个：( 1 ) 模具 设计过程管理薄弱；( 2 ) 模具生产制造计划调度较乱。第二个问题由同期开发 的g s e r p 系统解决，文中不再详述。由于模具设计过程管理的薄弱，使数字化 设计、产品文档管理、设计流程管理和控制、设计文档的权限和安全控制机制 等方面存在很多问题，具体表现在以下几方面： ( 1 ) 产品数据一致性难以保证，安全性得不到保证 企业在多年的运作过程中积累了大量d w g 文件，图档管理比较麻烦，仅靠 操作系统的文件目录实现产品数据管理与共享，容易造成产品数据资源的修改、 删除、复制、转移，造成企业技术资料的损失；另外查询已有的图纸、资料信息 要花费大量的时间，工作效率低；图纸修改后靠人工进行版本管理。比较混乱； ( 2 ) 信息共享程度低，设计业务管理模式需更新 p d m 中产品结构与配置管理子系统的研究及其应用 设计部门与产品生命周期各环节相关的部门之间目前还是采用传统的书面 文件、电话、面对面交流的方式：设计、审核、审批等流程采用手工方式进行， 人员之间不能通过网络及时沟通，互递信息，比如：产品设计信息不能及时传递 到工艺员和编程员手中，因此不能并行协同开展工作； ( 3 ) 人工编制物料清单易产生错误，也不利于分类统计 产品设计完成后，通过人工在计算机上完成物料清单的编写不能自动从 设计的产品结构、图纸信息中提取出来，因此工作量大，效率低，容易造成数 据的不一致性： ( 4 ) 产品数据不完备 与产品相关的工艺路线没有纳入管理，与产品数据的关联仅反映在一张图 纸上，而且由人工编写在图纸上，这样就不利于工艺路线的查询、重用和管理， 也使数据库中的产品数据不完备：n c 程序基本上是采用手工编制，而且耍在操 作工人接到任务、提取图纸后进行间接地影响了产品交货期，同时n c 程序缺 乏有效的管理，难以重复利用； ( 5 ) 产品开发进度和工作状态缺乏可视化动态控制 由于缺乏现代化的管理手段，使得领导无法对下属各部门、各员工的工作 进度和工作状态进行可视化动态控制，从而很难充分利用资源。 国盛公司对g s p d m 系统的近期需求要能解决国盛公司设计中存在的问题， 即“模具设计过程管理薄弱”问题。对g s p d m 系统的具体需求如下： ( 1 ) 在对模具零部件进行规范化、标准化处理的基础上，建立柔性的模具 标准件库，对公司所用到的标准件在g s p d m 平台上进行统一、规范的管理，从 而减少模具设计工作量，同时也可减少稹具零部件加工的工装、工具的数量， 提高工作效率： ( 2 ) 通过图文档管理实现各种图文档的计算机亿管理，加快查询速度； ( 3 ) 通过p d m 这个集成框架平台将c a d c a p p c a m m c a e c a t 等信息 化孤岛有机集成起来，同时通过面向产品全生命周期的产品结构管理，把与产 品相关的所有的信息统一地集成管理起来，使得产品各部分之间的关系一目了 然，从而有效支持产品开发过程； ( 4 ) 将p d m 与同期开发的e r p 系统集成起来，使生产制造部门与设计部 门可以共享设计信息，同时也可以使信息在设计部门和生产制造部门之间快速、 准确的传送，促使各个部门协调工作； 南京航空航天大学硕士论文 ( 5 ) 实行项目管理和工作流管理，强化模具产品开发过程的监控。 2 j c p d m 系统的需求分析 金城集团有限公司是我国五大摩托车定点生产企业之一。公司生产各种不 同排量的摩托车2 0 多种，摩托发