0 引言
產品全生命周期管理(Product life cycle management，PLM)是指管理產品從需求、規劃、設計、生產、經銷、運行、使用、維修保養、直到回收再用處置的全生命周期中的信息與過程。產品數據管理(Product data management，PDM)是一項管理企業產品生命周期內與產品相關數據的技術。PLM是PDM的繼承與發展，是PDM功能及范圍的全面拓展，是從產品整個生命周期去考量。PDM技術又是PLM技術的核心組成部分。產品全生命周期管理是企業信息化的關鍵技術之一，對企業提高其市場競爭力具有重要意義。產品結構管理又是產品數據管理的核心內容，產品結構的完善是產品設計的主要目標之一。同時，產品結構的修改也是產品設計過程中的主要活動。在許多設計過程中設計人員通過產品結構直接將表達設計結果的模型文件組織起來。此外，產品結構所表達的產品功能單元之間的關系本身就是非常重要的產品設計數據。因此，不論是在PDM還是在PLM中，產品結構管理都是一個核心模塊。
1 產品結構管理的主要內容和開發原則
1)產品結構樹管理。產品結構樹是PSM中通行的管理產品構成的方式，也就是用樹形視圖的形式來建立、表示及管理產品的零部件結構層次。產品結構樹具有直觀性和方便性，層次清楚，極大地方便了用戶瀏覽、查詢及管理產品的結構信息。
2)圖文檔管理。與產品相關的圖紙、文檔種類多，數量大，比如產品的設計圖紙、產品的工藝卡片、相關設計規范以及產品的BOM表、產品說明書等等，這些圖文檔的管理也是產品結構管理的一個重要內容，好的圖文檔管理方法能夠使用戶方便快捷的查詢需要的信息，大大提高管理效率，節省操作時間。相反，如果圖文檔管理方法不得當，圖文檔管理混亂，查詢不便，工作效率低，這與企業產品信息化的初衷是不符合的。
3)集成技術。產品全生命周期管理是一項復雜工程，由多個模塊有機的集成在一起共同實現。企業在應用PLM進行產品結構管理(PSM)時涉及到的一個重要難題是異構系統之間的集成，包括PLM系統與PLM系統的集成，PLM系統與CAD系統的集成，PSM與PCM(產品配置管理)系統的集成，PSM與ERP系統的集成等等。
不同的企業由于產品不同，企業的規模、管理模式以及發展的思路也不一樣，他們對于產品全生命周期管理系統的具體要求肯定存在差異。因此，產品全生命周期管理系統本身還具有一定的專用性。系統開發人員開發時應對企業用戶的具體需求做全面的調研，做出合理的構建方案，以實用夠用為開發原則并留有二次開發的接口，能隨時根據企業的需求變化進行升級和改進。具體到本系統而言，一是建立完善的產品信息模型并提供友好的管理界面，二是對企業主打的產品零部件模型、圖紙文件進行規范化、標準化處理，三是為其他管理模塊提供完備數據信息和功能接口，以用于二次開發。
2 產品結構管理的關鍵技術
2.1 產品結構模型的構建方法
產品信息模型是在企業模型的范圍限定下，根據一定規則對產品對象進行抽象的、結構化的表達。產品結構管理的首要步驟就是確定產品的信息模型。一般產品信息與過程集成的實現方法有兩種，即基于產品的過程控制與獨立于產品的過程控制。由于本系統的用戶流程復雜多樣，許多流程并不完全圍繞產品結構執行，此外整個信息系統的設計、實現過程中有模塊化的需求，為了保證產品模型的有效性和實用性，在本PLM系統中，采用分離模型的方法，產品信息模型與過程模型解耦，為過程模型提供功能接口。
本系統采用四維空間<S，D，T，V>來描述產品的信息模型。四個維度分別為產品結構(Structure，S)、表達方法(Describe，D)、生命周期的信息類型(Type，T)以及版本(Version，V)。利用這四個維度去快速定位所需要的信息內容或者信息索引。例如，要獲取部件m的第n個版本的裝配圖，可以利用參數<S=m，D=圖樹模型+特征模型，Type=設計（裝配圖），V=n>來獲取相應的裝配圖索引，通過檢索接口獲得具體的裝配圖文件。
2.2 CAD軟件集成方法
CAD軟件是現代產品設計里不可或缺的工具，產品的設計都是在CAD軟件平臺上進行的，設計結果也是以相應的文檔格式保存。在PLM實施過程中，CAD軟件的集成是一個核心問題。目前比較通行的有兩種集成方法：一是直接將CAD軟件集成到自主開發的PLM系統當中；二是通過集成Workgroup PDM系統實現CAD軟件的集成，如圖1所示。
圖1 CAD軟件工具的集成
方法一中，PLM服務端負責產品信息管理、版本控制等功能。PLM客戶端管理本地工作區內的文件、獲取本地產品信息以及與服務器的同步。一般情況下，PLM系統集成CAD軟件可以分為三個層次：系統封裝、接口交換、功能集成，三個層次集成緊密程度由低到高。系統封裝主要特點PLM系統能夠識別、存儲并管理應用工具產生的文件，但是產品的設計信息只能通過CAD軟件進行瀏覽。接口交換是通過CAD系統的開發接口實現的。通過相應的API文件，PLM系統可以從CAD系統中獲取需要的信息。
方法二中，利用Workgroup PDM系統集成CAD軟件，是從Workgroup PDM系統中獲取產品信息。信息獲取的方式共有三種：直接訪問Workgroup PDM服務器，通過解析服務器文件系統獲取產品信息；利用Workgroup PDM編程接口獲得產品信息；通過監聽Workgroup PDM系統產生的事件獲取產品信息。方法二充分利用了現有Workgroup PDM功能，減少了系統開發工作量。
考慮到本PSM系統的用戶CAD軟件選用的是Solidworks，而Workgroup PDM與Solidworks且為同一公司產品，Workgroup PDM客戶端能夠以插件的形式在Solidworks環境中運行，很大程度上方便了設計人員的使用。通過對系統的實施時間和實施需要綜合考慮，采用方法二與Solidworks實現集成。
2.3 產品設計管理模式
產品設計管理模式主要分為基于產品的管理模式和基于零件的管理模式。
基于產品的管理模式是以產品為單位建立獨立檔案，與該產品相關的所有零部件都單獨歸檔，形成一個以產品為單位的獨立體系。這樣就會導致不同產品之間相同零部件的重復建檔問題。基于零件的管理模式則以零件為單位建立檔案，不同產品可以重復調用同一零件信息，這樣就解決了重復設計與冗余數據的問題，進而能夠實現產品快速配置與變形設計、相似設計。
產品設計過程所涉及到的零部件通常分為三類：一是關鍵零部件，它是產品的核心部分：二是普通零部件，設計工作量相對較小；三是標準件。
在實際設計研究過程中，以某一產品的設計為目標立項，同時，各個產品中會包含相同的標準件，因此采用混合管理模式。通過自定義的Toolbox建立標準零部件庫以管理標準零部件。
3 系統設計
整個信息平臺系統的結構如圖2所示，可分為界面層、接口層、功能層和數據層四個層次，應用到的關鍵技術主要有：
圖2 系統結構設計
1)面向對象技術。平臺設計過程中采用UML建模工具，平臺開發采用面向對象編程語言Java等。
2)富因特網應用程序。在產品結構管理的過程中，用戶、平臺之間需要大量復雜的交互行為。這種交互利用傳統的web界面實現比較困難。在平臺開發過程中采用Flex技術實現用戶接口，并且利用插件的方式實現多種文檔的在線呈現。
3)消息隊列。主要用于解決與Solidworks Workgroup PDM之間的數據獲取問題。
4)XML技術。平臺開發中應用XML技術實現數據的存儲及交換，定義了平臺內部數據交換的格式，利用web服務對異構功能模塊的封裝等。
實現系統如圖3所示。
圖3 系統界面
4 結束語
產品結構管理是現代產品設計中產品數據管理的重要組成部分，在整個PLM系統中居于核心地位。本文依據具體企業數據管理的實際需求，通過對目標企業的信息化需求分析，建立了企業的產品結構管理模型，最后利用消息隊列、異構系統集成等技術設計并實現了企業的產品結構管理系統。該系統面向具體企業，以實用夠用為原則，摒棄了以往企業實施PDM時那種片面追求功能全面華而不實的實施方法。
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本文標題：基于PLM的產品結構管理技術研究
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