船舶行业PDM产品结构与配置管理解决方案

摘要:阐述了作为产品数据管理PDM基本功能之一的产品结构与配置管理的基本内容以及对象模型。通过对船舶设计过程和数据组织特点的研究,提出了一种基于PDM的船舶产品结构与配置

摘要:阐述了作为产品数据管理PDM基本功能之一的产品结构与配置管理的基本内容以及对象模型。通过对船舶设计过程和数据组织特点的研究,提出了一种基于PDM的船舶产品结构与配置管理的产品定义模型,以此描述船舶产品结构树,并利用PDM统一管理各阶段的产品设计信息,有效地支持船舶产品的设计与制造。
 
    PDM系统为企业提供了管理和控制所有与产品有关的信息以及产品相关过程的机制与功能。产品结构与配置管理(product structure and configuration management)作为产品数据组织和管理的一种形式,它以电子仓库(data vault)为底层,以材料明细表BOM(bill of material)为其组织核心,把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来,实现产品数据的组织、管理与控制,并在一定目标或规则约束下,向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述,如设计视图、装配视图、制造视图和计划视图等。
 
1 船舶产品结构与配置管理的研究内容
    产品结构与配置管理包括产品结构管理和产品配置管理两部分。企业的许多信息资源中均显式或隐式地包含产品结构信息,如工程图中的明细表、物料清单、船体分段装配工艺规程等。管理产品结构具有两个方面的目的:一方面,以产品结构为组织框架,可以很方便地对所有产品相关信息进行管理,有利于产品信息的组织和查询;另一方面,基于产品结构管理提供的统一的产品结构描述,根据产品生命周期不同阶段的需要,可以生成满足不同需求的材料清单。
 
    产品配置是和产品结构紧密相关的概念。所谓配置,是指对被描述在技术文档中或者体现在产品实际使用过程中的产品功能特性和物理特性进行表示。产品配置是编制产品结构清单的重要手段,其配置模块能使企业的各部门在产品的整个生命周期内共享统一的产品配置,并根据不同部门的需求模型,生成相应的结构表。
 
1.1 船舶的产品结构管理
    船舶的产品结构具有复杂多变的特点,按照功能上划分,船舶可以粗略划分为船体、机舱设备、驾驶和控制设备等。传统意义上的船舶建造还是主要指船体建造,因此下面主要讨论船体方面的产品结构管理。在现代大型船舶的建造过程中,由于分段数量较多,采用“岛”式建造法较多,“岛”式建造法将船体划分为2-3个建造区,同时进行建造,然后进行中合拢、大合拢。由此,可以将整个船舶按“岛”进行产品结构的分解,形成前岛、中岛、后岛(视具体划分),再将“岛”进一步划分为各分段、子构件(设备),由此形成树状结构,称为产品结构树。产品结构管理主要包括层次关系管理、基于文件夹的产品-文档关系管理和版本管理。
 
    其中层次关系管理体现的是船体结构上的一种物理层次划分关系。基于文档的管理是在PDM系统中具体对象与其相关文档的一种关联与参考的关系管理,通过文件夹的分类管理来实现对对象的各种不同文档,如图纸、工艺说明文档、NC数据文件等的分类管理,这样就可以建立船体分段与其相关文档的映射,便于查询。在船舶的设计过程中,一个对象会不断修改,由此产生不同的版本,版本不仅包含设计对象在当时的全部信息,而且还反映了该版本的设计对象与其它关联对象的联系,例如,船体分段的设计版本与文档版本的关联性。
 
    在产品结构树中,根节点代表船舶,枝节点和叶节点代表各种船体分段和船舶设备等,它们都是产品对象分类模型的一个对象,可以把与对象有关的设计、工艺、分析、加工等数据与对象有机关联起来,并考虑对象的版本,由此形成对象的数据和文档组织模型。这一模型是基于文件夹的产品)文档关系管理和版本管理的具体体现图1以船体分段为对象,设计了一种船体分段的数据和文档组织模型。
 图1船体分段的数据和文档组织模型
 
1.2 船舶产品配置管理
    船舶是涉及多学科和多工种的大型复杂产品,其配置管理主要体现在产品结构的多视图管理。单一形式的材料明细表不能满足企业复杂产品信息管理的要求,BOM表作为企业进行设计、生产、管理的核心,在不同的生命周期和部门有不同的形式和内容,例如,从部门的角度看,船体车间只关心描述船体分段及其子构件钢料的BOM表,船机车间则关心的是船舶主机、辅机以及其它机电设备的BOM表-从船舶生命周期的角度看,设计BOM表和装配BOM表的表达形式就有很大不同。为了满足上述要求,必须将产品结构中的零部件按照一定的条件进行重新编排,得到该条件下的特定产品结构,由此形成船舶产品结构的多视图管理。对产品进行配置管理是PDM的“在正确的时间把正确的信息发送到正确的人”内涵的一种体现。图2描述了以船体分段为对象的BOM表多视图管理模型。
 
图2BOM表的多视图管理
 
2 船舶产品结构与配置管理的对象模型
    目前,船舶企业由于缺乏统一的产品结构描述,带来了数据的不一致,必须解决以下问题。
    1)统一的产品结构描述。提供一个产品模型能够清晰描述产品全部数据的相互关系,使得产品各分系统之间(比如,船体、机装、舾装等)、分系统内部各部件之间、部件与描述产品的数据之间的约束一目了然。

    2)统一的材料明细表。材料明细表的不一致性会造成不必要的返工和浪费。因此,要求在计算机中能够保存产品生命周期不同阶段的产品结构视图,并能够生成满足不同需要的材料明细表。

    3)系列产品管理。系列产品在船舶建造中尤为普遍,由母型船发展而来的系列船型,在结构和主尺度上都有一定的改动。借鉴老产品,设计新产品,需要构造继承与新的约束关系,这都离不开系列产品管理。

    产品结构与配置管理模型包括产品结构管理模型和产品配置管理模型,这两者之间有着紧密的联系。从产品结构角度看,涉及零部件的层次关系。零部件的版本问题以及零部件对象与描述零部件对象的产品数据的关联问题。从产品配置角度考虑,涉及有关有效性、配置项及其多视图管理问题。

    层次式的产品结构划分方法指出了一个产品的零部件在设计方面和功能方面的联系。零件和部件是产品结构中的两个基本的构成对象,是产品设计工作的基础数据,其中包括了产品开发过程中所需要的关于某个部件的重要信息。一个零件或部件可以有多个版本,零部件对象采用更改标记对零部件的版本进行区分。与版本无关的属性,如部件编号或名称等,在所有的零部件对象中是始终不变的。为了支持产品结构与配置管理中的版本管理,将零部件按与版本有关和与版本无关分为两种形式,即零部件唯一标识类和零部件类。

    对于零件,产品结构表示了该零件所使用的原材料或半成品。利用原材料和半成品对象,可以将工艺过程规划和采购方面的信息加入到产品结构中,从而使得产品结构更加完整。因为原材料也存在版本的问题,同样也将原材料和半成品分成与版本无关和与版本有关两种形式,即原材料和半成品唯一标识类、原材料和半成品类。

    PDM系统为了实现配置管理,在系统管理对象类下添加了配置项类、可选项类。配置项类是对产品结构配置规则集的抽象,对于船舶企业而言,主要是,对信息的多视图管理。可选项类则是定义了另外一种产品结构约束集。供应商类定义了产品零部件的供应商情况。图3描述了通用的产品结构与配置管理类的模型。
 
图3产品结构与配置管理类分级模型
 
3 船舶产品定义模型
    从产品结构与配置的对象模型中可以看出,一个结构良好的产品定义模型是进行结构与配置管理的基础,而且从PDM的全局考虑,产品定义模型也关系到PDM其它方面的实施。仅仅从船体的角度考虑,船舶是由各分段组装而成,分段由结构件组装而成。目前的产品数据模型大多是基于特征的,在构件信息分析的基础上建立特征描述,由此建立基于特征的信息模型是大多数企业产品建模的发展方向。根据产品数据管理的要求,可以建立产品层、部件层、零件层、特征层和几何层的,层产品定义模型结构,它包含了产品信息模型。部件信息模型。零件特征信息模型等子模型。以船体为例,建立船体产品的详细结构如图4所示。
 
图4船舶产品定义模型
 
    产品定义模型一般要综合几何模型、特征模型及其相应的建模技术,并做了进一步扩展,其信息不仅包括实例产品本身的设计、计划、加工和检测等方面的内部描述信息,而且包括这些信息赖以产生的环境。知识。规则等外部过程信息,为产品的全生命周期管理提供有力支持。
 

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