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　 1. 引言

　　在客車制造企業的產品開發中，許多企業利用cad/cae/cam/capp等技術成功實現了整車的數字化定義、整車結構的模擬和優化分析，極大地提高了客車的設計質量和設計速度。但是在開發過程中設計部門和工藝部門也逐漸積累起了數量龐大的、以電子形式存在的圖紙和文檔。這些圖紙和文檔的共享程度低、數據傳遞速度慢、業務數據難以集成、數據的管理水平落后，這直接導致了研發中一些失誤，制約了企業進一步縮短產品的研發周期。為了解決這個問題，該企業決定采用PDM來對產品信息進行有效的組織和管理，通過PDM的實施來構造一個企業信息共享的環境。

　　PDM以產品為中心，通過計算機網絡和數據庫技術，把企業設計過程和生產過程中所有與產品相關的信息和過程集成起來統一管理，使產品數據在其生命周期內保持一致、最新和安全，為工程技術人員提供一個協同工作的環境。目前，PDM已成為企業降低成本、縮短產品的設計與制造周期、準確的捕捉市場、提升客戶的滿意度的重要工具，成為提升企業競爭力的重要手段。

　　２. 主要問題的分析與解決

　　PDM系統的開發和實施是一個非常復雜的系統過程。必須要考慮到被實施企業的實際特點，結合該企業的產品特點、經營模式和現有的、可實施的計算機技術，從PDM的基本思想入手，建立企業PDM系統的基本框架，然后在此基礎上分階段的實施具體工作。

　　2.1. 對客車產品和其開發流程的特點進行分析

　　相對于其它產品，客車產品以下特點：

　　1. 客車產品特點

　　1) 客車產品零部件種類多，數量多；集成化、模塊化程度更高，例如作為一般汽車制造企業所專門生產的發動機系統、燃油供給系統、制動系統、變速操縱系統等被整合成一個底盤系統，作為了整車中的一個組件。

　　2) 客車產品種類多，內部結構變化多，同樣一種大類的客車(主參數為車輛的長度)，根據用戶的需要會衍生出普通型、豪華型、城市客車等系列車型，相應的動力系統、內部飾件和空調系統等也會有變化。

　　3) 大部分客車產品的生產綱領屬于小批量生產，還有部分產品是按照用戶需求單臺設計生產。但同時它又是一種系列化的產品，可以充分利用原有的產品數據，減少新開發的工作量

　　4) 客車產品的技術更新快，對新技術的應用要求高，同時作為一種和人民生命安全有緊密聯系的產品，國家對客車產品的安全性、環保性也有嚴格的規定。如國家就強制要求總質量超過12噸的客車必須安裝abs系統。

　　2 客車產品開發流程的特點

　　1) 層次性強，層次間數據交流量大 客車產品從概念設計、外形工業設計、總體布置、零部件設計、工藝設計等層次分明。上一層的設計必須兼顧考慮下一層，而但下一層設計完成時又需要返回上一層去檢查工藝性以及匹配性。

　　2) 繼承性強 目前的情況下，在一個新的客車產品中，超過90％的零件和工藝技術是通過繼承和吸收以往的技術資料得到的，真正的完全的創新不到10％。在同種型號的客車車型之間零部件的借用非常普遍，

　　3) 涉及學科眾多 客車設計涉及汽車、機械、電氣、液壓和氣動、動力、人機工程等，所產生的與產品相關的文檔類型也很多。

　　4) 客車產品更新快，用戶的需求多樣化，產品開發的周期短。

　　3 客車產品文檔類型

　　1) 文本文件：描述產品性能的、以文字描述為主的文件。如設計任務書、產品說明書等。
　　2) 數據文件：描述產品的以數據為主的文件。如三坐標測量報告、有限元分析文件、nc加工代碼文件等。
　　3) 圖形文件：描述產品及其零部件的二維、三維圖等由cad繪圖軟件生成的文件。
　　4) 表格文件：描述具有類似屬性的零部件和結構關系。如材料明細表(bom)。
　　5) 多媒體文件：為了某種特殊用途，為了方便用戶生成的聲音文件、視頻效果圖等。

　　2.2 確定企業的產品開發方式和流程

　　不同的企業其產品開發的方式和流程是不同的，同一個企業對不同的產品其也有不同的產品開發方式和流程。清楚地了解企業產品設計開發方式和流程是十分重要的。目前在客車行業主要有以下幾種開發方式：

         可以看到，不同的產品開發流程造成的數據庫的結構和數據庫的容量是不同的，在第一種設計方式中，參與的人員和這些人員相應的角色都比較簡單，PDM中的產品文檔類型也相應較簡單，而第三中設計方式就要多的多了，在數據庫開發之前，開發人員必須清楚地知道被實施企業產品設計開發方式和流程，才能保證數據庫的設計符合企業的需求。所以必須在PDM的項目規劃階段進行這方面的調研工作。

圖1 被實施企業客車產品開發的流程

　　3. 系統功能需求分析及需求分析模型建立

　　需求分析是PDM規劃實施中非常重要的階段。需求分析的好壞直接影響系統今后運行的成敗。PDM系統在企業中的實施目標可分為大小兩種：

　　大目標：將PDM作為集成平臺或集成框架，在cims、并行工程等復雜大系統中，對產品設計、工藝、制造、計劃、銷售、維護等環節的相關數據與產品開發全生命周期進行管理。

　　小目標：僅指在產品的工程設計與工藝設計中管理相關的數據及相關的過程。

　　經過調研和與企業相關人員的協商，該企業希望在客車產品的開發過程中管理相關的設計、工藝等數據，能方便實行零部件間的借用、查詢，能對正在進行的工程項目進行管理。其PDM系統實施目標為小目標。需求模型如下：

　　1. 客車產品編碼

　　原有的編碼體系已經不適應于產品日益增多的需要。因此在以gb/t17350-1998專用汽車和專用半掛車術語和代號的基礎上建立新的一套能涵蓋所有產品范圍的，便于計算機查詢的客車產品編碼體系

　　2. 零件總庫的管理

　　按照客車車型數據庫編碼屬性和組件、零件數據庫的零件號屬性之間的函數依賴關系，實現組件、零件之間的數據重用。使用戶能方便地查找到與組件、零件有關的圖紙、技術文檔和產品數據等。

　　3. 圖文檔管理

　　建立一套圖紙、文檔的歸檔、存放和查詢系統，使用戶能夠快速、方便地查找到所需的圖紙和文檔，能快速瀏覽圖紙和文檔。

　　4. 工作流程管理和項目管理

　　根據該企業客車研究所內部的工作流程管理的模型，建立工作流程管理。主要在審批管理和更改管理兩個方面，通過計算機提交一項作業或任務給研究所的相關人員，進一步開發、編輯、審核或批準工作，對流程進行控制。

　　5. 產品配置管理

　　以產品結構樹的方式反映客車車型、組件、零件之間的層次關系。在結構樹的基礎上查詢這些零部件的其它屬性，如材料、重量、供應商等信息。使描述組件和零件的文件信息與樹結點上相關零件有機地連接起來，實現不同車型的產品數據管理。

　　6. 用戶權限管理

　　對于各職能部門而言，不同的級別和部門的人員對PDM系統應具有不同的使用權限，以保證數據信息的安全和保密。根據各職能部門的組織結構圖和人員職能分布表，

　　4. 系統數據庫的規劃和設計

　　4.1. 系統數據庫的特點

　　1. 信息量大

　　一個客車產品包含幾千個基本零件和部件．每個部件又可以由許多基本零件組成。產品信息可以是結構化的數值信息，也可以使非結構化信息，包含眾多的屬性、材料、特征信息，包含大量的數學模型和圖紙信息。

　　2. 數據結構復雜

　　在本系統中，一份工程圖至少由一條工程圖基本記錄(元數據)和一張圖紙組成，一個用來進行數據管理的業務對象至少要有一個標識號、一個更改標記(版本號)和一個處理狀態。圖號被作為標識號，圖號可以是一個由編碼發生器生成的連續的數字編號，必要時增加前綴和后綴。版本號和處理狀態通常為字符和字符串。在工程圖基本記錄中，版本號通常由某個初始值(如版本a)開始計數，每一次更改后該版本號加一(如版本b)。處理狀態被用來標識該對象在發放以前的各種處理狀態。因此數據庫的數據結構都比較復雜。

　　3. 數據類型多樣

　　在客車設計的進程中，設計信息隨著進程的發展不斷變化，設計數據版本也要隨之更新和對以前版本進行保存。在客車產品中，一個零件可包括多個數據對象，如幾張圖紙、用光柵或矢量表示的圖形、文本描述、圖表和其它形式的文檔。數據對象圖紙則包括一條元數據記錄和由該元數據記錄管理的cad圖或紙質工程圖。零件基本記錄是對零件進行管理的主要對象，那些對所有數據對象都有效的屬性，如圖號或名稱等，被作為零件基本記錄，在數據對象中，用戶不得隨意更改這些屬性(可以采用凍結的方式)，而數據對象的專用屬性，如頁號、圖幅或所采用的cad系統等，可由用戶自己輸入，圖紙、文檔等被存放在文件系統中，而不是在數據庫中

　　4.2. 系統數據庫的設計

　　4.2.1. 數據庫的設計步驟

　　在設計數據庫時，一般按照收集信息、識別對象、對象建模、確定每個對象的信息類型、確定對象間的關系的步驟進行。

　　通過對客車產品特點的分析我們進行了信息的收集，在對這些收集信息的分析過程中，我們找出主要的對象。這些我們在2.1對客車產品的特點進行分析中已經闡述了。

　　在數據庫中主要的對象被識別出來以后，就需要確定每個對象所包含的信息了。如對“底盤”對象，我們需要讓它包含型號、外形尺寸、發動機、變速箱、制動系、燃油系等信息。

　　通過分析對象間的關系，建立表示每個對象之間的不同關系。用對象之間的關系來建立數據庫中不同實體之間的關系模型(e-r模型)。如在制動系中要包含不同剎車種類的信息，abs剎車系統就要根據客車車型中包含的信息來定，一旦客車車型的總質量大于12噸，那么底盤中的制動系必須采用abs剎車系統，這就確定了制動系和客車車型之間的一種約束關系。4.2.2詳細說明了這一模型的建立過程。

　　4.2.2. 實體－關系模型的建立和規范化

　　e-r(實體-關系)模型的組件是廣泛和通用的，正確建立的e-r模型可以客觀地反映其所在的業務環境，是數據庫構建的基礎。圖2為客車產品結構的e-r模型。在這個模型中，首先反映了客車車型、底盤、車身附件、選裝配置等實體之間的二元聯系。客車車型和底盤、車身內飾、選裝配置等實體之間是一對多的關系，即一種車型可以裝有不同底盤和車身、內飾，可以選裝不同的配置。在一個客車的產品結構中，一個客車車型必須安裝有底盤、車身和內飾，但選裝配置則要根據顧客的需要來決定。所以在客車產品結構e-r模型中，通過放置的穿過聯系線的脈沖線表示在聯系中必須存在一個實體， 放置穿過聯系線的橢圓表示聯系中可能有一個實體，也可能沒有。在一些實體之間還存在約束關系，如車型要和底盤長度匹配，空調系統要和發動機功率匹配。

圖2 客車產品的e-r模型(實體-關系)

　　在關系模型建立起來之后，我們還要對這個模型進行規范化。規范化是把有問題的關系轉化為兩個或多個沒有這些問題的關系的過程。規范化可用作檢查關系合乎需要的程度和正確性的指南。

　　4.2.3. 數據庫的安全管理和控制

　　本系統提供用戶名和口令級的安全。當一個用戶登錄時，根據其權限，訪問被限定在一定的窗體、報表、表甚至表的某些列上。

　　作為一個多用戶系統，控制的關鍵部分是確定必須作為一單元完成的工作界限，即與事務有關的控制類型。

　　5. 網絡模式：客戶機/服務器

　　網絡是PDM實現分布式處理的基礎。根據該企業的實際生產和辦公情況，采用中央數據庫，分散在企業的客車研究所和各個部門的計算機作為客戶機的客戶機／服務器結構(client／server)是最適合企業的分布式數據管理模式。與傳統資源共享模式相比，采用客戶機／服務器模式的PDM系統有多個優點。

　　(1)網絡通信量小，響應時間短，能為用戶提供更好的服務。尤其在企業網絡日益龐大復雜的情況下；
　　(2)通過將PDM分成運行在由網絡互連的服務器與客戶機兩部分，可以充分發揮雙方功能，均衡網絡負荷，建立有效的分布式處理環境；
　　(3)應用程序與數據隔離，使數據具有很好的獨立性；

　　6. 小結

　　在PDM的實施中，前期的調研和整體方案規劃是整個PDM系統成敗的關鍵。在完成整個整體方案的基礎上，建立合乎需要的、優化的數據庫。另外作為企業應該認識到，PDM是一個大型系統更是一個應用的過程。根據實際情況采用網絡的方案。只有扎扎實實地完成這些才能保證建立的PDM系統是適用的和高效的。