面向PLM的产品数据管理技术研究

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产品生命周期管理plm自提出以来，便迅速成为制造业关注的焦点。plm结合电子商务技术与协同技术，将产品开发流程与scm、crm、erp等系统进行集成，将孤岛式流程管理转变成集成化的一体管理，实现从概念设计、产品设计、产品生产、产品维护到管理信息的全面数字化;实现企业知识价值的提升与知识共享管理，产品开发与业务流程的优化，从而全面提升企业生产效率，降低产品生命周期管理的成本，以提升企业的市场竞争力。
　　目前，plm软件主要应用于产品结构复杂、设计周期长、设计工作量大的大、中型企业。应用行业主要分布在交通运输、航空航天、电子、机械制造等。对于中小型企业，则只是应用了plm系统中某些独立的模块如图文档管理、产品结构管理等。如何把这些的独立的模块有机的结合起来应用，则成为现在迫切的需要。
, w% V" P9 ~3 u% o, ?# H　　1 plm中的项目管理技术
　　项目管理作为plm系统中的一个重要功能，与专业的项目管理系统相比，有其自身的一些势，它不仅能对项目文档进行管理，而且能够执行进度计划管理、任务跟踪和资源调配。
4 b# K* w; C3 K" T) c　　plm系统中分产品结构管理模块、工作流和过程管理模块、用户管理模块、变更管理模块和协同工作平台，可以用来支持plm系统进行项目管理，然后把这几个模块的功能集成起来建立项目管理模型。
　　(1)产品结构管理。plm系统一般采用视图控制法，来对某个产品结构的各种不同划分方法进行管理和描述，产品结构视图可以按照项目任务的具体需求来定义。也可以反映项目里程碑对产品结构信息的要求。
　　(2)工作流与过程管理。plm系统的工作流与过程管理提供—个控制并行工作流程的计算机环境。利用plm图示化的工作流编辑器，可以在plm系统中，建立符合各企业习惯的并行的工作流程。根据项目任务的结构特点，可以利用工作流与过程管理模块为任务数据对象，建立相关的串行或并行流程。当任务中的数据对象被赋予流程后，流程用于控制该数据对象的流转过程，工作流与过程控制根据各环节的操作，自动将文档推到下一环节。如果任务有相关数据对象被赋予了流程，只有当所有被赋予流程的数据对象走完相应的流程后，该任务才能提交，继续下一步的项目任务节点。
! h- Y% ~- A: P: t6 I　　(3)用户管理。plm系统对系统用户的个人信息进行管理，项目负责人利用这些信息，可以针对一个既定的项目，组织一个完整的集成产品研发团队。
　　(4)变更管理。plm系统的变更管理，是建立在工作流与过程管理基础上的，通过工程变更流程控制整个变更过程。项目任务在执行过程中，如果发生延期或资源冲突，可以通过变更管理来对任务进行重新编排。
$ {7 y: A+ ^+ R/ d　　(5)协同工作平台。plm系统提供协作笔记本、团队数据库、团队论坛和即时消息等支持协同工作的工具。在项目立项之后的整个管理阶段中，用户会需要与项目中其他分配有任务的人员交流项目信息，这时可以利用plm的协同工作工具，进行多用户的即时通信。
　　2 面向plm的项目管理模型的建立
　　2.1 plm系统的项目数据模型
　　按照项目管理的基本理论，项目可以被定义为目标活动在特定环境和限制条件(通常是时间和资源)下，将某种形式的输入，转变为某种形式的输出的活动。plm系统项目对象应该包括与所开发项目相关联的所有信息入口。
3 X& F% b$ }3 ?9 n- `( t" f　　为有效的实施一个项目，需要执行项目规划、制定进度计划、过程监视和分析等步骤。在项目规划阶段，需要利用任务对象和过程对象的实例，来确定项目的结构，将一个项目划分成一些相对独立的、小规模的任务单元。一个项目由n个任务组成，一个任务可从属于m个项目。在任务与过程之间，存在着一个1：1的联系，每个任务对应于—个过程对象。其他与项目存在联系的管理对象，还有项目组、项目经理、用户和日历。日历确定分配给任务的资源的日程安排和任务本身的排定方式。根据任务的资源消耗，可以计算任务的费用。项目与业务对象文件夹、零件基本记录、文档基本记录、工程图纸基本记录和模型基本记录之间的联系，一方面被用来对项目的数据进行管理，另一方面被用来管理在一些成功实施的项目中形成的结果和产品数据。
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3 e5 h# h2 j# p; g; D$ O　　过程对象在plm系统的项目管理中有重要作用。通常，为了执行某个项目活动，需要相应的软件工具，所以一个活动可以跟一个确定的相关应用软件相关联。这样，根据对象活动参数，可以直接启动相应的软件工具;同时，项目负责人也可以确定哪些项目数据该用哪些应用软件来建立。
   每一个过程可以与一个过程组相关联，该过程组由任意数量的、不同角色的plm系统用户组成。项目、过程、活动和plm系统用户等对象，也可以与一个项目日历相关联，以便了解项目、过程和活动的进展情况，并将实际的进度与目标进度进行比较。将plm系统用户与项目日历对象相关联以后，就可以向plm系统用户分配各种不同的任务而不会发生时间上的冲突。图1描述了plm项目管理中具体对象的定义，通过上面对plm系统中的项目相关对象之间联系的分析，plm系统可以利用它进行交互式的项目建模。所有计划以及按照项目日历计算出来的进度和时间消耗等，被作为属性内容，同时还被动态地显示出来。实际的开始时间和结束时间以及消耗的信息，取自管理对象活动和过程。对各种重要的对象属性，进行自动的分析，可以在任何时候提交关于项目状态的报告。在管理对象活动中，执行者与确定的角色相关联，同时，其中还包括了确定的成本核算价格。利用这个数据，可以在项目执行的每一个阶段计算出实际的人工成本。
　　以上分析的项目数据模型是pⅲ系统进行项目管理的基础，有助于对项目的进展情况进行透明的监控。由于能够持续不断地采集到关于项目进度、资源消耗和成本等方面的信息，并将计划数据与实际数据进行比较，因此为项目的成功实施打下了良好的基础，大幅度地缩短了项目的执行时间，降低项目的成本，提高项目的质量。
　　2.2 plm系统的项目管理模型
　　根据前面对plm中项目管理技术分析，以及建立的项目数据模型，可以给出如图2所示的plm系统项目管理模型。该模型说明了pim系统是用怎样的方式将项目模型、过程模型和产品结构模型集成在一起，从而进行有效的产品开发项目管理的。项目的任务结构在一定程度上是产品结构的反映啪，定义子任务的主要依据，是详细的产品结构图，每处理完一个任务，就得到了产品开发过程中的一个阶段成果。项目过程控制是以项目任务分解为纵轴、任务工作流程为横轴的项目工作过程。可以通过工作流管理模块，为每一个任务在逻辑上规定一个处理的顺序，即项目中每个任务对应工作流中的一个结点。每个任务所对应的过程，由一个开发团队完成，并且有自己的日历。可以根据需要，给团队成员分配相应的活动，成员能否接受分配的任务，取决于其个人的日历。在对项目进行任务分解时，还可以根据任务的需要分配相应的资源。由一个工作步骤或者一项活动形成的结果，可以作为另一个工作流的某工作步骤的基础。当一个任务的工作流程结束以后，在产品模型中就增加了一个新的零部件，这样，产品结构随着项目的进展变得越来越完整，当项目结束时，便得到了完整的产品数据。
　　通过该模型，plm可以将一个产品开发项目及其有关的数据，结构化为一个面向对象的项目模型，利用该模型，可以确保对项目进行全面的监视和控制。
　　3 面向plm的工艺信息模型的建立
& C4 N' u7 [+ J/ x9 ]　　工艺信息模型是面向plm的系统的基础，是实现产品全生命周期信息集成与管理的关键。工艺信息模型的建立主要从两个方面人手：
　　一是分析工艺业务对象实体;
　　二是定义业务对象实体涉及到的数据模型。
　　3.1 工艺过程数据分析
　　针对模型中分解的任务，对其内容、结果以及支撑数据进行逐一分析。通过分析，可以得出每个人物阶段的数据，可划分为支撑数据和结果数据。支撑数据，是完成任务所需要的数据;结果数据，是任务完成后产生的结果。最终每个阶段任务的分析结果如表1所示。表中工艺总结任务，是面向plm的工艺准备过程最重要的一环。从广义上讲，工艺总结即是对与工艺准备工作有关的知识的总结。具体来说，工艺总结包括两个方面的内容，一是跟踪某工艺的现实生产过程，与旧的工艺比较，查看优缺点，最终评价该工艺的成效，一般发生在工艺准备周期的后期阶段;二是工艺准备过程中即时地提取有价值的工艺知识。
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　　3.2 工艺过程数据对象定义
　　面向对象方法是一种运用对象、类、实例和继承等概念，来构造软件系统的一种软件开发方法。其基本原理是对问题领域实行自然分割，按人类认识客观世界的思维方式来识别和定义客观世界中的相关实体，因此是一种更直观、更自然、更易于理解的概念模型化方法圈。
    近年来，面向对象技术已经在复杂企业系统建模方面得到了广泛的应用。结合上述对工艺准备过程数据的分析结果，利用面向对象技术定义了工艺准备过程的数据对象。
　　工艺准备过程数据对象定义如图3所示。数据对象分为两大类即支撑数据和结果数据。支撑数据中一些数据对象是工艺准备各项任务的共同依据，如产品特点、生产条件、政策标准等;还有一些数据对象是某项特定任务的执行依据，比如材料特性之于工艺路线设计、典型实例之于工艺规程设计等。工艺知识是一组特殊的数据对象，它在工艺准备过程中既属于支撑数据，又属于结果数据。按照面向对象方法，工艺知识对象按功能可以分为四种类型：制造对象、工艺对象、资源对象和决策对象，工艺准备过程涉及到的工艺知识对象，都可以归纳到其中一个类型下。每一种具体的对象，又可以划分为两个层次：对象层和方法层。对象层包括四个元素：对象类集、对象属性集、对象属性约束集及对象实例集;方法层描述解决问题的操作方法名称、相关对象及关系。
1 O9 B6 X, s6 \. T3 e; K; Q  k9 Z　　3.3 工艺信息模型的建立
0 E2 S6 d& f% K6 z+ W: p　　结合前面对工艺准备过程数据的分析，及数据对象的定义，按照数据在工艺准备工作中的作用，工艺准备过程数据模型划分为三个子模型：工艺基础数据模型、工艺结果数据模型和工艺知识模型。
　　工艺基础数据模型，是对工艺准备过程中，各项任务执行所依据的工艺相关基础理论数据和企业相关标准数据的抽象描述;
　　工艺结果数据模型，是工艺准备任务执行产生的结果数据，此处的结果数据是广义上的结果，包括指导生产的数据和管理工艺准备过程的一些信息;
　　工艺知识模型，是保证工艺准备过程中快速、高效、全面的获取工艺知识，并将知识运用于实际工艺准备过程的基础。
% D5 Y- M( n+ q1 v, d　　工艺基础数据模型与工艺结果数据模型的形式相同，工艺结果数据通常是取自工艺基础数据，或者是对其的加工结果。工艺基础数据应该是通用性的，而不局限于某一个特定的产品，所以其模型的建立，应该是以产品对象为基础单元;而工艺结果数据直接用于指导产品的生产，其模型的组织单元应该是产品加工生产的元件即零件对象。三个模型均采用面向对象的e-r图表示方法。　　随着plm技术和企业管理模式的不断发展，如果能充分利用这些技术满足企业信息化的需求，必然会对工艺信息化的应用效果带来较大的提升。但是工艺标准还不是很规范，不是很全，还有待进一步的研究，另外实施plm解决方案是一项复杂的系统工程，需要科学的实施策略作为指导方针，针对企业、供应商和软件在实施过程中各自的定位，研究出一套科学、实用、有效的实施方法。