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PLM中产品数据的建模及其过程状态的管理

2009/10/1    来源:万方数据库    专家:万立  吴丽琴  王启付      
关键字:产品生命周期  建模  过程状态  工程变更  
采用面向对象的思想,论述了PLM中基于零部件的产品数据的组织形式,包括产品模型、定型产品。在此基础上,提出了基于时间点衡量产品数据过程状态的方法,结合工程变更来管理过程状态的改变。为企业实现产品数据的全生命周期管理以利于信息的集成提供了新的思路。

1 引言

    随着企业信息化建设的深入,PLM (Product Lifecycle Management产品全生命周期管理)在制造业中正逐渐成为热点。PLM支持产品全生命周期的信息的创建、管理、分发和应用,能够集成与产品相关的人力资源、流程、应用系统和信息。企业产品从培育期的研发到结束期的销售或采购涉及到的产品数据种类繁多,数据量大,数据间关系复杂等。采用何种方式将产品数据有效的组织起来,并从一种状态转变到另一种状态,实现产品信息的交换和共享已成为在企业中成功实施PLM,达到降低成本和增加利润的的核心因素之一。目前国内外对产品数据的研究主要是基于客户机服务器(Client/Server,C/S)结构和基于浏览器/服务器(Browser/Server,B/S)结构,采用的数据模型主要有关系模型、嵌套关系模型、语义模型等,但是这些随着计算机和信息网络以及协同开发的迅速发展已经不能满足企业对产品数据的操纵、优化和事物处理等复杂功能的需求了。

    因此对产品的数据管理的研究对于满足企业协同开发的需求尤为重要。本文对基于Web服务体系架构和产品全生命周期动态管理环境下如何组织、提取这些数据,其状态如何处理使之成为产品全生命周期中有用的信息进行了研究。

2 产品数据及其组织形式

2.1 产品数据的分类

    产品数据是指产品生命周期内和产品相关的数据。从数据的内容上看,包括描述几何信息和非几何信息(如设计需求、产品开发过程中的管理信息等);从形式上看,包括结构化数据(零部件的属性、文档的属性、一些管理信息)和非结构化数据(设计文档、多媒体文件等);从数据的状态来看包括静态数据(已经发布正式使用的零部件属性及其相关的文档等)和动态数据(数据处于生成或流程变更中)。
   
2.2 产品数据模型

    数据模型是对产品数据进行综合地抽象地模型化描述的框架,它是数据库中对数据提供语义、联系、表示和操作的依据。本文提出的数据模型就是Web环境下面向对象的数据模型,是语义数据模型和面向对象方法相结合的产物,能够较好地表达语义信息,具有支持数据的概括和组合、支持抽象数据类型、支持动态模式修改以及支持系统扩充等特点。运用0-0(面向对象)方法,定义产品实体类、版本、属性类,以及它们之间的关系类。根据产品设计过程,此产品结构模型分为3个层次:定型产品、产品模型、零部件结构。其中定型产品对应于产品总体设计,管理产品构成以及维护产品零部件及其零部件之间的装配关系;产品模型对应产品概念设计,把概念设计中的每一个功能需求都反映为产品模型中的一个节点,各功能节点及其节点之间的相互关系构成了产品模型;零部件结构则对应于产品详细设计,零部件结构的生成反映了详细设计过程,是产品信息的基本模块。

    产品实体类可以是一个装配部件或零件,也可以是一个具体的产品。可以用版本反映产品实体对象在开发过程中的变化,每个实体对象可能有一个或多个版本,而每一个版本对应着唯一的产品实体对象。属性类有结构化和非结构化,实体对象中封装和保存了一系列描述和控制这些数据的信息。实体、属性及其相互关系,可以定义关系类来描述。关系类用来描述对象之间的联系,例如属性集、文档是如何与零部件谬部件版本相关联的。这种抽象的产品数据模型结合具体产品按层次展开。在通常的产品开发环境中,构成产品的零部件可定义为基本的产品实体对象,通过零部件来构造产品的数据模型。

    零部件,是产品数据模型中最基本的对象之一。零部件Part可形式化表达为:part=(pid,v,p,d ),其中pid为零部件的唯一标识符;V为零部件的版本标识,用于区分零部件更新生成的相似零部件,取值如(1,2,3…)或((A,B,C…);P为零部件的自身属性集,这些属性描述了零部件的工程几何属性、重量、类别特征等;d为零部件关联的文档集,如设计文档,工艺文档等。零部件与零部件之间的关系就构成了零部件结构,多层次的零部件结构构成产品结构树,从递归角度来说一个零部件既可为上层零部件的子零部件又是下层零部件的父零部件。以面向对象的观点来说就是多对多的结构,即一个装配件有多个零件和子装配,一个零件或子装配又可装配在多个父装配件上。因此产品结构树可以是很复杂的一种森林式网状结构。一种集中式结构树可表示其全局层次结构,结构树上的分支节点称为子节点,某节点所引出的一系列子节点及其分支结构称为该节点的子树,理论上该树具有无限层的扩展性。产品数据正是通过这种集中式层次结构有效地组织起来,同时体现了节点对象之间的关系。

    产品结构树上的节点对象有产品、模型、零部件。大规模定制生产模式的出现就要求企业能够响应市场的变化,最大限度地满足用户的个性化需求,必须将产品结构中的零部件按照一定的条件进行选择和编排,得到该条件下的特定的产品结构,称为产品配置,其中的条件称为配置规则。模型代表一系列支待产品配置的装配单元,由实现模型功能的相关零部件组成。在产品模型的基础上,零部件或装配件以及相应的配置规则组合而生成配置结构。一个具体的配置结构对应企业的一种定型产品。定型产品就是企业根据具体的客户需求,通过产品配置形成的对某一具体企业在相当长的一段时间内有效的产品结构。综合上述的数据组织形式可将产品数据模型的构建过程如下图1示意。

图1 产品数据模型的构建过程

3 过程状态管理

    产品数据模型建立后,其处于产品生命周期的不同过程的状态随着企业生产的推进而改变。这在PLM中通过过程管理得以实现,而过程管理的重要环节之一则是工程变更管理。
   
3.1 过程管理的核心

    过程管理用来定义和控制数据操作的基本过程,主要控制数据的流向、数据的创建和更改。数据和过程是产品开发过程中相互联系、不可分割的两个方面。过程管理是对产品信息的生成过程进行管理和控制,其核心是产品数据的模型管理,面向产品整个生命周期,以基本产品模块为单位,管理产品的静态数据和动态数据。其中产品静态数据包含设计过程产生的最终结果,本文以零部件及零部件间关系例如结构装配关系为线索进行组织管理;动态数据管理通过任务管理和工程流程管理模块管理产品数据的生成及其变更过程,并监控产品信息的处理和流动过程。

3.2 过程状态

    PLM中的过程管理运用数据对象的生命周期管理和工作流程管理的集成实现。产品数据的状态根据过程管理可以分为:未生效状态(设计状态)、有效状态、失效状态(废弃状态)、发布状态等。设计状态是设计人员将设计数据定义输人到数据库中,数据相对当前时间不是正式可用的;有效状态是指产品数据相对某时间点是正确可用的数据;废弃状态是指产品数据从某时间点开始是无效的废数据,不能用于指导生产了。有效状态和废弃状态均是通过建立工程变更单,变更单经工作流程的处理后实现的;发布状态则是产品数据处于有效或废弃的状态,相应各部门都得以通晓,并正式用于生产、制造、销售或采购。工作流管理提供确切的过程描述和自动化的任务传递,通过对象的生命周期之间的关系建立大规模的动态过程,对应数据对象的执行和使用过程。生命周期管理则对应数据对象的定义、产生和变化过程。本文研究的数据模型是建立在零部件结构基础上的,故主要以零部件为研究对象说明过程状态的管理。

    零部件在详细设计时体现为版本,版本是描述设计过程中对象的形态动态性,是在设计过程中的某一时间点t对设计对象的描述。有了版本,产品数据的状态亦以某一时刻为准来衡量,因此对零部件及其结构、产品模型、定型产品的查询,时间点是必须的查询条件之一,即使没有指定时刻PLM系统仍有默认时间点。一个零部件可对应多个版本,但当前处于有效状态的版本只有一个。当创建一个新零部件时便同时创建了它的一个版本。生成的版本处于未生效状态,对此未生效的零部件版本可继续修改其属性。欲使其状态变为有效则必须借助工程变更和工作流的集成管理去实现。当一个零部件的版本变成有效状态后,对其某一属性修改会引起版本升级,即该零部件由原来的有效状态变为当前未生效的版本状态,原来版本相对于当前时刻处于即将废弃的状态。

责任编辑:黄菊锋
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