一、引言
PDM（Product Data Management，產品數據管理）是一門管理所有產品相關信息和過程的技術。它以網絡和分布式數據庫技術為支撐，采用面向對象的建模方法，能夠管理產品全生命周期內的所有數據和所有產品相關過程，提供了一個企業范圍內的產品開發和制造的并行化的協作環境。同時，集成化是CAPP（Computer Aided Process Planning，計算機輔助工藝設計）發展的一個主要方向，開發以PDM為集成平臺的CAPP系統已成為當前的研究熱點。目前國內企業應用的CAPP產品大部分都將功能局限在設計和輸出特定形式工藝文件的范圍內，以單機單用戶的方式運行，缺乏工藝活動的組織、協調和控制，與CAD、CAM等系統的集成能力較弱，往往需要專用接口，不能滿足實時信息交換、工藝文件的網上協同瀏覽和審簽以及工藝數據的跨平臺可移植性等功能要求。本文基于PDM建立的協同工藝管理系統，可以充分利用PDM技術為產品開發和制造所提供的并行協作環境以及其他強大功能，實現協同工藝設計、文件數據管理和工作流程的并行。
二、系統設計需求分析
隨著企業信息化建設的推進和企業需求的不斷提高，要求工藝信息系統能夠克服時間、空間、計算機軟硬件等障礙，形成一個便于群體相互協同工作的"虛擬同地"的共同工作空間，使得異地多部門人員能夠并行協同地完成工藝信息處理。
要滿足協同工作的需求，實現基于Web的協同工藝管理，目前主要存在以下四個問題：1）傳統的工藝信息交換采用專用接口，引起交換接口復雜、繁多，且沒有一個統一的解決方案，難以應付日益復雜的應用環境。這就要求有一種在協同環境下存取產品工藝數據的更好的載體和交換機制，實現產品工藝數據描述、存取的標準化和規范化。為實現產品工藝數據內容和其表現形式相分離打下基礎； 2）現有工藝文件多是基于二維CAD，其表現格式比較符合國內工藝人員的使用習慣。但是不足之處就是必須在客戶端安裝相關支持軟件才可以瀏覽，而且不利于網上傳輸和協同瀏覽，也不大支持網上縮放、瀏覽二維/三維圖形，這對于工藝文檔的易讀性尤其對數控加工來說是一個缺陷。這就提出了在協同環境下對工藝文件圖形化、網絡化及易讀性的要求；3）由于工藝設計過程中包含許多工藝子流程，這些工藝子流程在信息和時間上存在緊密的相互交錯與嵌套，而且各個工藝子流程間存在著嵌套和相互等待。為減少流程中的等待，需要為負責工藝子流程的用戶提供能實現同步、異地協同設計以及實現網上電子簽名和圈閱等功能；4）文件數據管理功能有限。PDM產品一般都提供了強大的單個信息的查詢功能，但是在進行系統的眾多信息歸類檢索方面功能有限。因此需要更加方便的系統信息檢索功能，能夠對設計過程中產生的基于Web的工藝文件、圖形文檔文件以及工藝任務進行有效管理和查詢。
綜上所述，在協同環境下，以PDM為平臺的工藝管理系統應當是一個基于Web的，具有多種功能的，能夠支持異地多部門人員并行協同工作的信息系統。
三、系統體系結構
圖1 基于PDM的協同工藝管理系統總體結構圖
圖1是本系統的體系結構圖，共分為三層：數據存取層、應用層和客戶層。每一層為其上一層提供所需的服務。操作系統與數據庫位于數據層，提供系統功能；通過PDM系統對數據庫的封裝技術以及其數據、文件、資源管理功能，應用層可以很方便地對數據文件進行存取操作，以實現其工藝協同設計、工藝信息管理等功能；然后把其設計結果即工藝BOM樹（包含工藝規程文件）通過客戶層的Web界面/Java集成框架（相當于一種特殊形式的IE瀏覽器）表現出來。其主要邏輯處理實現在于應用層，應用層又分為以下幾個模塊：
1． 工藝設計子系統
利用其"結構化工藝設計"模塊，工藝員無需直接編輯、整理各種類型的工藝卡片，而是在系統中建立相應的工藝節點，并與產品/零件節點相關聯。在工藝節點下建立工序節點或者工藝子節點，在工序節點下建立工步節點，形成一個工藝BOM樹。所有的工藝信息將通過工藝BOM樹的樹狀結構以及各個節點的屬性來表達。工序圖的編輯采用"工藝簡圖編輯"模塊調用相應，CAD軟件進行編輯，然后也以節點形式掛在工藝BOM樹上。查找到要用的工裝、設備等資源后，在系統中作為資源節點和相應的樹狀節點建立資源使用關系。這種工藝信息的樹狀表達方式簡化了工藝員的設計工作。同時，結構化的工藝表達方式便于利用數據庫的功能進行搜索、查找和存取。另外，所有的工藝、資源數據以及圖形文件等都統一通過PDM的封裝層對PDM管理的數據庫和文件系統進行存取操作。
2． 工藝信息管理
主要負責工藝知識及工藝圖形文檔的管理，工藝匯總統計功能以及基于Web的工藝報表的生成等功能的實現。通過上述工藝設計子系統所形成的工藝信息樹必須得轉化為各種工藝卡片才可用于實際生產。為此得把工藝BOM樹上所有相關信息全部按照某種規則輸出到XML文件中，其他的系統如ERP等都可以通過"基于XML的數據提取和封裝工具"，從這些XML文件中獲取相關信息；同時，可以用XSL技術對XML文件進行提取轉化為HTML形式的工藝/資源文件。
3． 工作流管理
可用它進行角色和權限管理；進行工作流分析和建模；進行工作任務管理和分配；支持對工藝任務在線設計修改、審簽、監控和察看狀態功能等，并支持對基于Web的工藝文件的網上圈閱批注和電子簽名。
從圖1可看出，其中產品數據、資源數據等都來自于PDM系統，這樣就保證了數據來源的惟一性。并且在同一個PDM平臺上，對同樣的零件/產品進行工藝設計即共同完成同一個工藝BOM樹，這樣就可以讓PDM平臺上所有的擁有權限的人員都可以同步看到，并可利用所提供的工具進行協同操作，也可把工藝BOM樹轉化輸出為HTML形式的工藝/資源文件后，將其作為文件節點掛在工藝BOM樹上，這樣就可以讓網絡中的相關人員都可以通過工藝圖形文檔管理工具很方便地看到即時結果。也就是說任何對本系統的訪問都要通過PDM的授權和驗證，這就保證了本系統和PDM的緊密集成，從而保證了工藝數據的完整性和一致性。
四、系統關鍵技術
本系統是基于PDM平臺的，PDM產品雖然大都有一個豐富的封裝工具集，也有統一的工藝信息模型、產品結構管理系統和安全訪問控制機制等等，但這遠遠不能滿足企業對協同工藝的實際需求，為了實現基于PDM的協同工藝管理系統的目標，還必須解決下述關鍵技術。
1．基于Web的協同工藝設計
基于Web的協同工藝設計是一個知識密集，企業和團隊協同工作的面向產品的過程。要實現它就必須搭建一個集成環境使之能夠完成網上工藝并行協同編制、工藝知識集成以及制造資源優化配置等功能，其中有些功能PDM平臺本身就可以完成或已經有一些基本工具可用，在實際開發過程中應用的技術主要集中于以下兩個方面：
（1）工藝協同設計環境建立
在實際工藝編制過程中，雖然協同設計者分處不同部門、不同地域，但由于同在一個PDM平臺上工作，他們的設計結果即工藝BOM樹，可以隨時轉化為符合實際使用習慣的Web形式的工藝文件，以便相互閱覽，對其訪問、編輯等都處于PDM的統一控制下，這就解決了工藝編制的協同工作問題；但是由于各個工藝子流程的嵌套和相互等待現象十分普遍，要實現一種真正意義上的并行與協同，就必須研究主制工藝與輔助工藝、數控程序的并行進行機制，把以前基于紙質的管理模式所造成的串行工作流程轉化為并行的。圖2描述的是某企業在PDM平臺上建立的一個工藝并行協同設計流程。該流程表明：在針對某個零件的工藝設計階段，工藝信息通過信息預發布方式不斷地在毛坯設計、主制工藝設計、輔助工藝設計、數控程序設計及工裝設計人員之間流動，每個負責編制工藝人員都可以根據其他工藝人員的反饋信息及時修改設計不合理之處，通過這不斷的交流確保設計的一次性成功。
圖2 基于PDM的工藝并行協同設計流程
根據上述流程，基于PDM的工藝協同設計環境應該按如下步驟建立：（1）按照上級工藝部門的工藝流水分配將各類參加的人員組織好，形成集成項目開發工作組，指定項目負責人并由其進行初始化準備工作，并定義好每個人的職責。使組內所有參加工作的人員都清楚每個人的工作任務，同時定義好每個工作人員的操作權限，以及定義設計過程中的狀態標志（如準備設計、正在設計、設計完畢）等狀態；（2）為了協同工作，還必須定義好標準的數據組織結構，項目負責人按照標準建立工藝BOM樹的基本結構對應工藝編制任務的分解，工藝BOM樹中的文檔和數據包含了各任務子項的任務要求和技術說明等工藝設計內容以及定義成員對各文件夾的操作權限；（3） 在協同設計環境中，小組成員以各自的賬號及口令登入PDM獲取各自的任務信息進行工藝設計工作，并能夠對別人的設計成果進行及時預覽和意見提交。每個設計人員根據不同設計階段在同一個工藝BOM樹中發布相應的設計版本，其他設計人員可以在這個工藝BOM樹中獲取對方的設計發布版本后，利用系統提供的功能模塊進行審批后遞交返回，然后前一個設計部門根據反饋意見及時作出設計調整。
這樣一來，傳統的基于紙質的管理模式所造成的串行工作流程轉化為并行的，多部門的工藝人員可以進行協同工作。大大縮短了工藝設計的周期，減少了不少手工工作和返工現象，極大地提高了工作效率。
（2）基于XML的工藝知識集成和制造資源管理
制造企業的知識大致可以分為：手冊數據、資源數據、模型數據和決策知識。在工藝設計中，必然涉及到跨部門、跨企業的各類技術人員之間的知識傳遞、協同和集成。為使這些分散的知識源集成起來為企業所共享，就必須對這些知識或文檔進行標準化，以XML為其內容載體，以Web形式的文件或程序開發界面為其表現形式，開發出如圖1所示"資源查詢/引用"等工具，這樣有利于用戶在結構化工藝設計過程中方便地引用工藝知識。
制造資源是生產過程中所需的各種資源的總稱。PDM把產品工藝信息的表達由傳統的工藝規程文檔演變為系統內部的工藝BOM樹表達方式，所有的工藝/工序/資源等都表現為結構化的節點。本系統利用了PDM的資源管理思想，在其資源庫模塊基礎上開發圖1中所述的"工藝資源查詢/引用"等工具集，在建立制造資源庫時，利用JAVA語言編程使資源在PDM中的表達結構化，這樣便于把資源數據轉化為XML文件輸出，反之也可導入到資源庫中。在設計工藝BOM樹時，可以利用資源查詢工具去搜索查找資源，找到合適的，便引用到相應的工藝/工序節點下。
2．基于XML/XSL的工藝文件輸出技術
本系統是基于PDM平臺的，在工藝編制完后，即形成工藝BOM樹后，為使工藝人員能同步異地看到自己或別人的編制結果，正如前面需求分析中所講，如果工藝文件是基于Web的，就可以很方便地讓用戶協同瀏覽。這里采用如圖3所示的技術路線來實現基于Web的工藝文件的輸出。
圖3 基于XML的工藝文件生成過程
（1）基于XML的產品工藝數據描述
XML是一種跨平臺、跨語言的標記語言，因此采用XML來描述工藝數據。首先要分析系統工藝信息模型以及工藝BOM樹的結構配置原則，然后建立描述產品工藝數據的XML模式文件（PPD_XML Schema），以實現各個不同系統之間的產品工藝數據集成與交換；在此基礎上再在XML1.0規范下采用XML 模式文件定義產品工藝數據詞匯表和語法規則，建立系統工藝信息模型與這個XML模式文件間的映射關系，以實現工藝信息模型和這個XML模式文件之間相互轉化；然后把工藝BOM樹按照前述XML模式文件所定規范轉化為XML文件輸出所有工藝數據信息。
（2）基于Web的工藝文件模板定制
包含產品所有工藝信息的XML文件輸出后，由于各企業的使用習慣不同，依照"內容和表現形式相分離"的思想， XML是數據內容，還需要一些模板對這個內容進行修飾使其表現形式更符合用戶使用習慣。這里的表現形式即指基于Web的工藝文件，模板指XSL文件。換句話說，就是采用XSL技術將其轉換輸出HTML格式的工藝文件。鑒于工藝文件表現形式的復雜多樣性，應當首先要把工藝文件標準化、規范化，然后再進行相應的定制，完成后還需在配置信息文件里注冊，以備動態調用，這樣才能建立起圖1所示"工藝文件模板庫"。
（3）基于Web的工藝文件的轉化輸出
基于Web的工藝文件輸出就是在系統生成工藝文件時，讀取配置信息文件中的相關信息，接受傳遞過來的參數，再應用XSLT技術把XML文件轉化為HTML格式的工藝文件。這項技術應用在工藝文件輸出時包含以下幾個技術細節：
1） 工藝特殊符號的處理
所謂工藝特殊符號就是尺寸公差、行為公差以及一些特殊字符等。本文采用XSL擴展元素/函數技術結合VML（Vector Markup Language，矢量標示語言）技術來解決，首先把這些特殊符號用偽代碼描述和存取，然后在顯示時把偽代碼替代為VML矢量圖形輸出。
2） 換行換頁的處理
這是在工藝文件中經常遇到的問題。本文采用XSL擴展元素/函數結合配置信息文件。也就是說，先在配置文件中注冊換行換頁信息，比如報表總行數、每行字數等，之后就可以在系統中讀取到這些信息并進行相應處理。
3） 二維/三維圖形的處理
即如何輸出和顯示各種二維圖形以及三維的產品模型、工廠模型、資源模型等。這里先把這些三維模型轉化為JT文件，然后以超鏈接形式把它們引入到Web形式工藝文件中，再利用JT文件瀏覽器（Applet形式）瀏覽。
3．基于Web的協同工藝管理
在PDM系統對信息和文檔的管理功能的基礎上，在它的搜索引擎的幫助下，開發基于Web的協同環境下的工藝管理工具，以實現更加方便的系統信息檢索功能以及靈活的工藝管理功能。主要包含以下幾個管理工具：
1） 協同環境下的工藝圖形文檔管理器
以產品BOM結構為中心組織管理工藝設計結果中的各種格式的圖形文檔文件，管理他們的屬性和版本關系，提供在線檢索瀏覽、標注尺寸及批注、打印等功能。
2） 協同環境下的工藝流管理器
在基于Web的協同環境下，實現對工藝設計人員的角色和權限控制，工作流的分析和建模功能，支持對工藝任務的在線設計修改、審簽、監控和察看狀態功能等。
3） 材料消耗和標準工時定額的匯總統計輸出
可以對這些材料消耗定額、標準工時定額信息根據指定統計查詢條件進行統計匯總，以XML文件格式輸出，供ERP系統使用，也可以轉化成Web形式的匯總統計報表以供瀏覽使用。
4．基于Web工藝規程審簽
一般地講，工藝文件從開始編制到發放歸檔，要經過校對、會簽和批準等幾個流程節點，在這些節點中，不可避免地要把各種意見以某種方式反饋出來，這也就涉及到了對工藝文件批注圈閱的問題。前面講過，所有的工藝文件報表都是Web形式的，所以就要開發出一個網絡圈閱工具，使之能對Web形式的工藝文件進行圖示化的批注圈閱。
同時，在基于Web的工藝文件輸出基礎上，還要實現網上協同電子簽名功能。即在走審批/更改流程時，利用前述工作流管理器把相關操作人員和時間等信息記下來，在工藝文件輸出時再讀取這些信息并輸出到工藝文件中去。具體效果見圖5。
五、系統實例
圖4為本系統讀取PDM系統中工藝BOM樹的相關信息，經過圖3所述技術路線生成的工藝文件實例。其中左框架是工藝文件結構樹及管理工具，右邊是工藝文件顯示界面，其中應用特殊符號處理技術、換行換頁處理技術和基于Web的二維圖顯示技術后的工藝文件顯示效果也如圖4所示。
基于Web的工藝規程審簽技術的應用如圖5所示，在工藝文件瀏覽的用戶交互中選擇圖4左框架上方的"校核批注"，就進入到如圖5所示的工藝規程審批窗口，用戶可以在右邊框架中的工藝文件上進行基于Web的審批，涉及到如插入文字、劃波浪線、畫圓、設置透明度及圖形大小等等批注操作。限于篇幅其他技術實例不再介紹。
圖5 基于Web的工藝規程審簽技術實例
六、結束語
本文提出了基于PDM的協同工藝管理系統，論述了系統的體系結構及關鍵技術，詳細探討了工藝協同設計環境的搭建，工藝知識、資源的引用和管理，工藝信息的組織和表達方式，以及協同環境下基于Web的工藝報表的生成和管理。充分利用PDM技術為產品開發和制造所提供的并行協作環境以及其他強大功能，實現協同工藝設計、文件數據管理和工作流程的并行。研究中開發的原型系統是PDM軟件產品與CAPP系統基于Web協同的工作過程集成，并在某航空企業進行全面實施和技術的應用，為基于PDM的CAPP二次開發或集成提供了一套新的技術實現方案。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/
本文標題：基于PDM的協同工藝管理系統研究及實現
相關文章
