基于PDM系统的构型管理的研究

发表于:2014-04-16 来源:万方数据
关键词: 系统

  武器系统的产品设计涉及总体、结构、控制、动力、保障等多个专业,包含总体、系统、分系统和部件多个层次,是一项高度复杂的系统工程。随着信息技术和经济全球化的发展,如何快速设计制造出满足市场需求的新产品,成为市场竞争的核心。构型管理是研究新产品开发规律性的一门学科,致力于提升新产品开发能力,缩短产品设计周期。传统的构型管理依靠明细表、图样目录来表达产品结构,但对于产品的演变过程或新产品的产生显得力不从心,无法适应快速的市场变化。这样迫使现代设计制造企业必须改变设计方法,应用信息化技术包括PDM(ProductDataManagement,产品数据管理)系统开展产品设计,在PDM系统中实现产品构型管理,进一步提高产品研制水平,加快研制速度来应对市场挑战。
  1PDM系统
  随着CAD的广泛应用,PDM系统得到了长足发展。PDM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。PDM系统作为产品设计数据的基础平台,必须满足企业产品研发过程的不断变化,必须实现从企业内部向整个价值链的扩展,一个建立在分布式架构基础之上的、基于Internet环境的、能实现本地和异地设计协同的PDM系统才能真正满足要求。
  从上世纪90年代至今,PDM领域发生多次变革,各个厂商开始形成各自的解决方案。比较典型的包括:SIEMENSPLMSoftware的TEAMCENTER解决方案、PTC倡导的WINDCHILL解决方案、达素的ENOVIA解决方案。
  作为世界领先的PDM解决方案供应商,SIEMENS推出TEAMCENTER产品解决方案。TEAMCENTER允许企业通过web建立广义企业,支持所有参与者共享产品信息;彼此进行实时的协作交流;连接企业异构的应用系统,并使它们的产品数据同步;支持整个生命周期的流程持续运转。
  WINDCHILL是PTC公司经过实际生产验证的数据和流程管理软件,涵盖了一个企业数据管理、协同工作、流程控制所需要的全部功能。它充分利用了Internet和相关的信息技术,为系统提供了一种应用软件基础,从而保证能快速、高效地部署产品信息。
  ENOVIAVPM解决方案是扩展企业中跨多节点的先进的虚拟产品管理方案。ENOVIAVPM强调和CAD系统以及电子样机DMU的紧密结合,支持对带配置的电子样机的管理,完成对产品设计全过程中所有设计信息的管理,并深入到CAD/DMU系统内部,完成对产品构型、任务流及发布机制、人员和组织结构管理。
  2构型管理
  构型是现有的或计划中的产品的属性,或系列化开发的产品变型中的一个。构型管理即CM(ConfigurationManagement),中文又称为技术状态管理、配置管理等,致力于在产品生命周期中,建立和维护产品需求与产品构型信息及产品属性之间的一致性。美国空军为了解决新型战机采办中的混乱状况,提出了构型管理的概念,并最终获得了投资收益的最大化、客户满意度的提高和全寿命成本的降低。鉴于此,美国军方认为,必须依靠构型管理建立一个规范的、可靠的、科学的体系来控制产品研制。随着构型管理在军方的“强制性”应用,构型管理得到了普遍承认,国际标准化组织、美国国家标准协会和制造工程师学会等权威机构也相继发布了构型管理规范,构型管理逐步从军用领域扩展到各类产品研制领域。
  数字化技术的发展使得构型管理进入了一个新的阶段。在PDM系统中,根据用户需求制定相关规则将各个阶段所产生的数据进行配置,通过对更改、状态、审核等过程的控制,集成和协调各阶段产品数据,确保在产品研制的任何时刻,能够得到需要的产品构型,并保证其正确性、可追溯性、完整性。
  3构型管理在PDM系统中的实现
  3.1PDM选型
  通过对航空工业信息化建设先进单位的调研及对大量相关技术资料和报道研究发现,绝大部分国际国内先进的航空制造企业均使用了PDM平台来提高综合技术水平和制造水平。国内航空制造企业和研究所存在两种不同的信息化平台。飞机厂所主要采用CATIA进行设计;以ENOVIAVPM系统作为设计数据管理平台,完成设计协同。发动机厂所则主要采用SIEMENS的TEAMCENTER软件。
  由于CATIA提供了完备的设计能力,更重要的是考虑到航空系统各飞机厂所的协同,某航空企业全面采用CATIA进行工程设计,ENOVIAVPM实现设计协同。
  3.2构型方法
  构型管理的核心就是维护产品数据在整个生命周期不断演变的动态结构。在VPM系统中,构型管理围绕产品结构开展,当一个产品最初被设计出来时,该产品往往只有一个产品结构,即所谓的原型。随着设计的改进或者客户的需求会派生出许多新的型别,产品结构也就扩展成为一棵产品结构类树,它包含了所有产品型别的所有组成(零部件、可选件),通过配置不同的规则将产品设计全生命周期各种形式和各种版本的数据、文档、工作流程进行关联并对其进行管理和控制。因此,产品结构是进行构型管理的基础,产品结构构建的好坏将直接影响到产品构型控制的形式和过程。
  基于ENOVIAVPM进行协同设计,产品数据的构型方法包括以下几种:
  全解析的方法:分别显示地定义每一种可能的构型,将每种构型所包含的产品数据以不同的产品结构树的形式显示在PDM系统中。
  全配置的方法:对产品的所有零部件进行规则配置,每种构型状态的所有数据全部在一个产品类下,只有通过指定某规则才能过滤得到相应的构型。
  基于模块的方法:基于模块的方法是将产品分解成许多不同的模块,以模块为管理单位。模块内部通过配置的方法进行规则划分。
  对三种方法进行研究对比,采用全解析的方法进行产品结构定义,数据结构比较清晰,容易管理,构型获取也相对容易,但此种方法同一个零件因参与不同的构型而出现在不同的构型树上,造成零部件实例数量产生冗余;采用全配置的方法进行产品结构定义,实例数量相对全解析方法少,构型获取通过指定有效过滤规则得到,但需要清楚每个零件在产品中的状态来配置所有零部件,对构型管理要求高,增加了构型管理的复杂度和成本;为减少零部件实例的冗余,同时降低管理成本,采用基于模块的方法组织产品结构,每种构型状态通过过滤或选配出来,产品规划比较清晰,管理相对容易,产品可通过选装得到,实现了可重用设计,也便于客户进行选型和快速适应市场需求变化组织新产品。
  4结语
  现代科学技术迅猛发展,信息化技术已广泛应用在各个领域,基于PDM系统实施产品构型管理,能很好地满足构型标识、构型控制、构型记实、构型审核的要求,并使构型管理更加灵活方便,是产品构型管理手段的重大变革,为研制周期的缩短、研制质量的提高创造必要的条件。
  构型管理是一项贯穿产品研制全生命周期的系统工程,需要进行大量的研究和应用工作,本文仅从产品数据构型方法方面对构型管理进行探索和实践,对构型管理其他方面的实现,仍需要进一步研究和解决。

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