PDM有效性配置管理分析与实现

摘要:在分析了航天型号产品研制中数据管理的特点的基础上,提出了在PDM系统中进行产品数据有效性设置的重要性,详细分析了在航天型号产品数据管理过程中对有效性的需求,阐述

摘要:在分析了航天型号产品研制中数据管理的特点的基础上,提出了在PDM系统中进行产品数据有效性设置的重要性,详细分析了在航天型号产品数据管理过程中对有效性的需求,阐述了有效性管理的相关业务流程,介绍了基于航天自主研发的AVIDM系统中有效性的解决方案,解决了产品结构树的过滤问题,从而实现了对于系列化型号产品的管理。
 
 
1引言
   产品数据管理(Product Data Management,PDM)系统是基于实现设计数据的有效管理的思想而产生的,产品结构与配置管理是其核心功能之一。而将PDM系统应用于航天领域,又有其特殊性。航天型号产品具有要求严格,产品组成部件多以及产品技术复杂的特点,而航天型号产品的设计性越来越高,因此对于面向航天型号产品数据管理的PDM系统来说,产品结构与配置管理的主要功能是管理航天型号产品数据的版本和状态,其目标除了保证产品数据的正确性和完整性之外,还需要保证型号产品数据的一致性、有效性和可追踪性。
 
 
   随着PDM技术在航天领域的深入应用,PDM系统管理的产品数据和过程越来越复杂,用户对PDM系统功能的要求也越来越高,之前的PDM系统在某些方面越来越不能满足用户的需要,比如对产品数据的有效性配置管理便是其中之一,其管理的深度与国外的企业还是存在一定的差距。
 
 
   目前,单一形式的产品明细表和简单的版本管理并不能满足航天企业对型号产品数据管理的需求。在型号产品设计过程中,零部件及关联图文档对象会不断被修改,产生很多版本,并且产品的装配关系并不是在所有的时间、所有的生产批次下都保持完全相同。在目前的PDM系统管理形式下,针对同一产品的不同批次、同一批次产品的生命周期不同阶段,就需要有不同的产品结构描述,这样系统需要管理大量的产品结构树。
 
 
   本文将重点介绍在面向航天型号产品的PDM系统即AVIDM系统中,通过有效性配置管理功能,实现对模糊产品结构的管理。在这种管理方式中,针对系列化和批次化的航天型号产品,PDM系统只需要管理一颗非精确产品结构树。如果某个用户只需某种特定产品或特定批次的数据,而另外一个用户要求某个日期有效的产品数据,则可以通过产品结构有效性配置从而定制用户的个性化查询结果,输出精确的可用的产品结构。
 



 
2概述 
   PDM系统中,有效性配置管理的核心思想是使产品设计数据有序、设计过程的优化和资源的共享,最终能够保证产品设计和制造各环节的使用人员能够使用正确版本的数据妒。因此,在PDM系统中,有效性配置管理将需要提供指定描述对象版本、部件及其他符合要求对象用于生产的范围的能力,即根据条件将非精确的产品结构输出为精确产品结构。
 
   另外对于型号产品研制过程中,已经受控的设计数据在进行变更时,需要提供计划有效性的设置和管理功能。而有效性的设置范围可以通过标识产品制造的日期范围、产品制造的序列号、或者产品制造的批号等多种方式信息表达。
 
 
   对于有效性的应用对象来说,有效性需要能够被应用于在PDM系统中任何符合条件的项,如在部件修订版本上应用有效性可以决定修订版本可用于指定的范围内;或者在部件结构的使用关系上应用有效性可以决定子部件可用于父装配的范围。除此之外,对于同一个应用对象来说,需要能够设置多个有效性,即可以设置多个有效性范围,用以表明对象在多个非连续的范围内适用。
 
 
   综上所述,通过对PDM系统中有效性的功能、类型及有效性的使用场景分析,总结有效性管理的需要实现有效性的设置,有效性的更改以及有效性的使用等的相关功能。
 



 
3相关业务流程 
   在PDM系统中,有效性是系统业务对象的一种属性,其描述了系统业务对象的有效的范围,而对于企业的实际业务产品数据来讲,有效性就是指某次具体的设计数据是否用于实际制造的过程。因此,在业务上,有效性是被用来定义区别同类产品的不同内部组织结构的一种产品属性定义,通过有效性的组合,达到组合多种产品结构的目的。
 
 
   在PDM系统中,PDM系统通过有效性和配置规则来对系列化产品进行管理,型号产品设计数据有效性管理的主要相关业务过程如下图所示:
 
图1有效性管理主要业务过程
 
 
   由图1可见,在PDM系统中,有效性管理主要可以分为三个业务过程,分别为:有效性设置,计划有效性设置以及有效性使用。根据型号产品数据有效性管理的主要业务过程,有效性管理需要处理如下几大方面的需求:
 
   (1)系统对象的有效性的设置有效性的设置是指实现对PDM系统中特定的对象的有效性的设置,编辑和更新等的功能,对于设置的对象应包括对象的具体版本以及对象之间的关系,而有效性设置的内容应该包括对象的日期、批号等类型。
 
   (2)系统对象变更过程中有效性的更改在PDM系统的生命周期管理中,对象有其特定的生命周期,而对于处于受控中的系统对象,如果需要更改,那么需要执行特定的变更过程,在变更过程中,如果需要对对象中的有效性进行变更,那么系统需要提供对象的有效性的变更设置功能。
 
   (3)有效性的配置及使用对于已经设定好有效性的非精确产品结构,系统需要提供能够通过上述有效性的设置而对产品结构进行过滤的功能,从而产生最终用户需要的,精确的,可用的产品结构。另外,从业务流程角度看,在整个PDM系统中,型号产品数据有效性管理与PDM系统中其它模块功能的关系如图2所示:
 
图2有效性管理模块功能
 
 
   由上图可知,在整个PDM系统中,型号产品数据有效性管理是在系统访问控制的基础上,贯穿产品数据设计、评审和变更的全生命周期。而在型号产品有效性管理的基础上,PDM系统具有配置管理和发放接收管理两个功能模块,这两个功能模块会受到有效性管理功能模块的影响。
 
 
   由此可见,在PDM系统中,有效性管理主要对如下外部功能模块存在依赖:
 
   (1)系统访问控制
   在PDM系统中,系统的访问控制是整个系统的基础,系统通过对不同用户不同角色等在不同的层级赋予不同的操作权限,使得用户或者角色只能在相应的授权范围内进行相应的操作,即所有用户或角色对设计数据的访问和操作都是基于该用户或角色对欲访问或欲操作数据有相应权限的基础之上的。因此,用户对产品结构的访问,对产品结构的有效性的设置,对已设置的有效性的使用等操作都是需要具有相应权限的。
 
 
   通过相应权限的设置,可以达到不同的用户或角色在不同的层级不同的范围内对产品结构、有效性等具有不同的权限的功能,使得用户只能在授权的范围内操作产品结构有效性,实现了不同产品结构分层,分范围的权限控制,从而满足了对产品结构有效性的不同程度的权限控制需求。
 
   (2)产品结构管理
   在PDM系统中,有效性配置管理的作用对象为产品结构,具体的施加对象为产品结构的组成要素一部件,因此有效性配置管理的基础是产品结构管理模块,其需要产品结构管理模块提供产品结构和部件的基础管理功能。对于版本有效性的新建、编辑等操作对象是部件的特定版本,而对于结构有效性的新建、编辑等操作则是作用于部件之间的父子关系上。
 
   (3)变更管理
   PDM系统中,针对已经受控的数据需要修改的情况,是需要进行变更流程的,对此流程的管理统称为变更管理。同样的,如果某产品结构已经设置了有效性,并且该产品结构已经为受控中的状态,此时,需要对此产品结构的有效性进行修改,那么就需要在变更管理中进行。
 
 
   除此之外,有效性配置管理还对其它功能模块存在影响,比如,通过有效性配置规范过滤出的精确产品结构可以作为进行发放的数据集合的依据等。
 



 
4解决方案
4.1总体思路 
   基于以上的简介,有效性配置管理是PDM系统的重要组成部分。对于此部分,航天自主研发的AVIDM系统已经很好的实现了上述有效性配置管理功能模块,因此,本文将着重介绍基于航天自主研发的AVIDM系统中的型号产品数据有效性管理解决方案。
 
 
   在AVIDM系统中,针对有效性的管理模块可以分为有效性设置、有效性传播、过滤规则设置及配置管理以及有效性变更四个步骤,其大致的顺序如图3所示。在这四个模块中,最重要的为有效性设置和配置管理两个模块。以下将分别介绍这四个模块在AVIDM系统中的实现。
 
图3AVIDM中的有效性管理模块示意
 
 
4.2有效性设置 
   在AVIDM系统有效性设置功能中,从有效性作用的效果来分,可以分为版本有效性和结构有效性两类。其中结构有效性产生的作用是影响子部件对父部件的使用关系有效的范围及部件在具体装配关系中的数量;而版本有效性产生的作用是部件的某个具体版本的有效的范围,并且支持同一对象的不同版本拥有不同的有效性范围。
 
 
   而对于有效的范围的设定类型,AVIDM系统支持两大类,分别是日期有效性和单元有效性。前者指的是有效性在什么时间点或时间段内有效,而后者指的是有效性在什么批次、序列号或制造序列号内有效,同时后者仅对可跟踪的部件有效,有效性的设置范围类型与部件的跟踪方式有关。
 
 
4.3配置管理 
   配置管理即为对于已设置的有效性的使用问题。具体过程为对于产品结构,基于部件的结构有效性和版本有效性的条件的设置,对产品结构进行配置,从而提取出符合条件的产品结构。其中部件的结构有效性和版本有效性所描述的过滤条件即为有效性配置规范。
 
 
   图4体现了产品结构有效性配置的具体过程以及与有效性设置的关系,图中的左图为原始的产品结构及其部件上有效性的相关设置;中间图为设定的配置条件,图中示例设定的配置条件为第三批有效;右图为经过配置条件过滤后得到的产品结构,即按批号跟踪的第三批有效的精确产品结构。
 
图4产品结构有效性配置示意
 
 
   在上述有效性配置过程中,即当产品结构按照有效性配置条件进行过滤时,会出现在一个给定的有效点上存在有一个对象的多个版本同时有效的情况,在这种情况下,就需要指定相应的计算规则去处理,从而只得到唯一的一个有效的版本。具体规则如下:
 
 
   (1)非封闭范围有效性的配置规则
   当部件对象存在多个版本在一个有效点同时有效时,且对象的有效性为非封闭范围时,当有效性的有效点仅跨一个版本时,则配置该版本。当有效性的有效点跨越部件对象的多个版本时,默认为最新开始日期或单元的版本有效,即符合有效性条件版本中的新版本,有效起始值距给定的有效性值最近的版本。
 
 
   (2)封闭范围有效性的配置规则
   当部件对象存在多个版本在一个有效点同时有效时,且部件对象的有效性为封闭范围时,当有效性的有效点仅跨一个对象版本时,则配置该版本。而当有效性的有效点跨越多个对象版本时,则默认最新开始日期或单元的对象版本有效,即有效起始值距给定的有效性值最近的版本有效。而如果两个或更多版本具有相同的起始日期,并且有效性的有效点跨越多个对象版本时,则默认具有最新发布日期的对象版本有效,即有效终止值距给定的有效性值最远的版本有效。
 
 
   当按照上述两条规则无法确定具体部件版本对象时,则系统将展示部件的无版本对象,即只带有与对象版本无关的基本属性的对象。
 
 
4.4有效性变更 
   对于已经设置好有效性并且已经受控的产品结构,如果需要修改设定的有效性设置,则需要进行有效性的变更。在变更过程中,设置的有效性称之为计划有效性,其设置的过程、方法和内容与有效性是一致的,其唯一的区别是设置的计划有效性并不是立即生效,而是在变更审批通过后,设置的计划有效性才会生效,成为部件的实际的有效性。
 
 
4.5有效性传播 
   在变更管理过程中设置计划有效性的同时可以设置计划有效性是否继承继承先前版本的所有或部分有效性,以及其集成的方式,这一设置过程统称为有效性传播。在设置过程中,有效性的传播方式可分为两类,一种是针对设置的部件范围可设置是否能够沿着产品结构进行传播,这一传播方式仅针对部件的版本有效性;而第二种是针对前序部件版本的有效性范围可设置是否同属传播,这一传播方式适用于部件版本有效性和结构有效性。以上两类有效性传播的设置,待变更数据送审批准通过后,系统将根据设置进行产品结构有效性的调整。
 



 
5系统实现
5.1有效性的应用 
   在AVIDM系统中,有效性主要功能为,通过对部件版本或结构的有效性的设置,运用相应的有效性配置规则,从而从非精确产品结构树中过滤出所需要的精确产品结构。
 
 
   图7为一个非精确产品结构的实例,在图中,菱形表示组成产品结构的部件,长方形表示部件的具体版本,父部件与子部件的关系用连接线表示;在这个结构树上,结构有效性由父子关系之间引出,用红色字体标识,而版本有效性由部件的版本处引出,用黑色字体标识。由图可见,产品结构的每个部件都有一个以上的版本,每个部件具体使用哪一个版本并不能确定,因此图中表示的是一个非精确的产品结构。
 
 
5.1.1有效性传播
   在变更管理过程中设置计划有效性的同时可以设
 
图7非精确产品结构树实例
 
 
   我们可以通过有效性配置,将图7中的非精确产品结构过滤出精确的产品结构。举例,设置有效性配置规范为第三批并且是2013年01月17号有效,那么过滤出的产品结构如图8所示,由图可见,过滤出的产品结构的部件如果符合有效性配置中的版本有效性,则出现具体的版本,比如PC2;如果只符合结构有效性的配置,则只出现无版本的对象,比如PC1;如果没有符合的有效性配置,则不出现,比如C1。
 
图8筛选后的精确产品结构
 
 
5.2系统实现界面 
   在AVIDM系统中,实现了上述的有效性配置管理功能模块,以下为相关的系统界面示意图。如图9所示为产品结构的版本有效性和结构有效性的设置和编辑界面。在此处可以对产品结构的两类有效性进行查询和设置。
 
图9结构和版本有效性设置界面
 
 
   图10为产品结构过滤器中有效性的配置界面及过滤后的精确产品结构界面。如图所示,已经配置了两条有效性,分别为单元有效性和日期有效性。根据这两条配置条件,将产品结构进行过滤,则得到了如图10所示的精确产品结构,图中如果没有具体的部件版本有效,则以图标加黑点的形式展示无版本部件对象。
 
图10有效性配置和精确产品结构界面
 
 
6总结
   随着计算机应用在制造业的迅速发展,先进的信息管理技术是企业提高产品竞争力的关键。本文所论述的产品有效性配置管理是产品技术状态控制的重要一环,其功能使得系列化产品得到了有效的管理,用户通过有效性的各种配置条件能够从一系列数据中得到准确的、正确的产品数据。文中介绍的AVIDM产品已经实现了上述功能,取得了令人满意的效果。
 
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