實(shí)用PDM圖文檔管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)

莊德升，符美明，陳明剛，白友平，曹紅松，劉恒著，沈冠軍

(1.重慶望江工業(yè)有限公司，重慶 400071;2.中北大學(xué)，太原 030051)

火炮作為近程防空武器，其設(shè)計(jì)精巧復(fù)雜，零部件多達(dá)5000 多種，研發(fā)設(shè)計(jì)過程中會(huì)產(chǎn)生大量設(shè)計(jì)文件。原有紙質(zhì)文件管理流程已經(jīng)不能滿足大量應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的企業(yè)對(duì)資料管理的要求［2］。電子文件版本混亂、圖紙查閱低效等問題成為制約產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的瓶頸。

1 業(yè)務(wù)流程現(xiàn)狀分析

火炮行業(yè)中不少機(jī)械企業(yè)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)均已實(shí)現(xiàn)電子化［3］。但面對(duì)現(xiàn)有的大量電子文件，還未形成一套有效的電子資料管理機(jī)制。一種典型的資料管理現(xiàn)狀如圖1 所示。

產(chǎn)生設(shè)計(jì)文件的二、三維設(shè)計(jì)軟件多種多樣，本文選取1組常見的設(shè)計(jì)軟件組合進(jìn)行研究。三維設(shè)計(jì)平臺(tái)選用UG NX 軟件，二維設(shè)計(jì)平臺(tái)為CAXA 軟件。則圖文檔管理的對(duì)象類型主要就是上述2 種軟件對(duì)應(yīng)的文件類型。由圖1 中可以看出，研發(fā)階段的二維和三維設(shè)計(jì)文檔刻盤歸檔后，便不再更改，二維和三維的聯(lián)系也不再維護(hù)。二維圖紙文件的最終歸宿是曬成紙質(zhì)藍(lán)圖，指導(dǎo)車間生產(chǎn)。

圖1 一種典型的資料管理現(xiàn)狀流程

產(chǎn)品試制、生產(chǎn)階段，車間和設(shè)計(jì)部門需要頻繁就變更進(jìn)行溝通［4］。因無可信版本的電子版圖紙，溝通時(shí)需要經(jīng)常翻閱紙質(zhì)圖紙。因此使用頻率較高的圖紙經(jīng)常破損、或被他人借閱，無法及時(shí)處理變更。變更發(fā)生后，信息部門將更改情況手工標(biāo)記至紙質(zhì)藍(lán)圖上，并填寫臨時(shí)變更單。臨時(shí)變更單以年度為周期進(jìn)行匯總，指導(dǎo)藍(lán)圖更改，曬新圖后替換舊圖。

可以看出，生產(chǎn)過程中，無法獲得產(chǎn)品當(dāng)前最新版本;二維和三維模型的電子文件處于非受控狀態(tài);借閱、查詢圖紙效率低下。這些問題日漸成為制約生產(chǎn)的主要問題。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理仍停留在手工操作的水平，數(shù)據(jù)分散在各工程師手中，正確性和完整性無法確定，不能實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)共享;圖紙狀態(tài)的維護(hù)靠持有圖紙的工程師自覺完成，無法保證該圖紙、技術(shù)資料是最新狀態(tài)，歷史版本變更也無法追溯;首次出圖后，再無法找到1 整套最新的電子版本用于發(fā)布。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、借用件等，都是在工程師用到時(shí)，才進(jìn)行尋找和建模，這就導(dǎo)致對(duì)于同一重用件，要多次被不同的工程師建立，無法實(shí)現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)件的有效共享。

2 解決思路及方法

為達(dá)到查詢便利、提高效率，規(guī)范電子圖文檔管理流程，集中管理知識(shí)庫(kù)等目標(biāo)，迫切需要1 種管理手段，來破除當(dāng)前電子圖文檔管理的混亂局面。解決以上問題的1 種途徑是通過購(gòu)買專業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(PDM)對(duì)電子圖文檔進(jìn)行管理。另1 種途徑便是自行開發(fā)軟件，管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)。

第1 種途徑的具體實(shí)施方法有2 類:一是利用大型PDM、PLM 系統(tǒng)，二是利用通用圖檔管理軟件。優(yōu)秀PDM、PLM 廠家的軟件雖然功能大而全，但是硬件添置費(fèi)、授權(quán)費(fèi)和實(shí)施費(fèi)用高昂，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大多數(shù)企業(yè)負(fù)擔(dān)能力，解決電子圖文檔管理問題，不具備投入高額成本的條件;后者功能較為單一，缺少2 次開發(fā)接口或接口過于簡(jiǎn)單，無法根據(jù)公司內(nèi)部管理流程自行定制數(shù)據(jù)查詢功能和開發(fā)專用功能。在此優(yōu)先選用第2 種途徑，通過自行開發(fā)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電子圖文檔資料的管控。

要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，需要將所有產(chǎn)品數(shù)據(jù)歸集整理，編碼分類后放在所有設(shè)計(jì)人員均可訪問的中央服務(wù)器上，作為唯一數(shù)據(jù)源。通過軟件進(jìn)行訪問權(quán)限控制。這需要以下共享技術(shù)的支持:FTP 技術(shù)，用于服務(wù)器與客戶端之間文件的簽入簽出管理;數(shù)據(jù)元建模技術(shù)，用于固化產(chǎn)品信息結(jié)構(gòu)，建立適合企業(yè)的零部件分類標(biāo)準(zhǔn)和方法;數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，用于存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)元模型，實(shí)現(xiàn)信息檢索;Windows 共享文件夾技術(shù)，用于CAD 軟件網(wǎng)絡(luò)直連訪問;軟件編程技術(shù)，用于編寫客戶端軟件。

隨著5G腳步的臨近，可以將VR技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)感受到教師和同學(xué)仿佛就在身邊，身臨其境，營(yíng)造濃厚的學(xué)習(xí)氛圍，也對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起到監(jiān)督作用。

3 可行性論證

軟件開發(fā)方面，要以較低的成本，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，需要將設(shè)計(jì)圖紙、模型的電子文件歸集至服務(wù)器，通過設(shè)計(jì)界面友好的軟件進(jìn)行流程控制，維持二維和三維模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系;通過數(shù)據(jù)庫(kù)記錄圖紙信息、人員信息、分工信息;通過FTP 服務(wù)器端進(jìn)行文件更改、上傳和下載的權(quán)限控制;通過“Windows 共享文件夾”進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)共享，方便UG 從網(wǎng)絡(luò)端直接打開。實(shí)現(xiàn)以上途徑的開發(fā)成本比較低廉。

硬件方面，要求設(shè)計(jì)部門每位設(shè)計(jì)人員均配備PC 終端，有仿真服務(wù)器1 臺(tái)，具備每臺(tái)終端都接入內(nèi)部高速保密網(wǎng)絡(luò)的條件。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)方面，并不需要太多，僅要求設(shè)計(jì)人員對(duì)“Windows 共享文件夾”功能較熟悉。這些條件對(duì)于一般的中小公司，比較容易滿足。

數(shù)據(jù)容量方面，對(duì)于一般產(chǎn)品，UG 的設(shè)計(jì)文件平均大小為0.5M，預(yù)算每個(gè)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)文件數(shù)量在10 000個(gè)左右，即每款產(chǎn)品數(shù)據(jù)總量約為5G。100 種產(chǎn)品數(shù)據(jù)量?jī)H500G 左右，使用FTP 軟件就可以。對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)記錄按平均每零件3 條記錄估算，每產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)所需空間大小約為0.3G，免費(fèi)數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL 完全可以勝任此數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)服務(wù)。

關(guān)于災(zāi)難恢復(fù)，因軟件平臺(tái)無服務(wù)器端，只需要定時(shí)備份好數(shù)據(jù)庫(kù)以及文件即可應(yīng)對(duì)，恢復(fù)非常容易。

因此綜合考慮成本、可行性、易用性、安全性等，得出以下結(jié)論:FTP 可使用服務(wù)器的IIS 自帶功能實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫(kù)使用開源免費(fèi)版MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)，軟件開發(fā)語言使用Delphi 或C++。對(duì)于軟件授權(quán)費(fèi)用的投入是零，硬件只使用一般配置的現(xiàn)有計(jì)算機(jī)就可以。

4 服務(wù)器及客戶端選用

4.1 服務(wù)器使用FTP

綜合考慮經(jīng)濟(jì)投入、經(jīng)費(fèi)控制、網(wǎng)絡(luò)安全、性能以及穩(wěn)定性等方面，搭載了互聯(lián)網(wǎng)36%的FTP［5］成為了本系統(tǒng)文件傳輸?shù)淖罱K選擇。通過FTP 服務(wù)，遠(yuǎn)程用戶可在服務(wù)器上獲得，可為不同用戶分配不同的用戶名和密碼，還可通過建立虛擬路徑，將1 個(gè)文件夾映射到另1 個(gè)文件夾下，無縫整合多個(gè)硬盤。FTP 還可限制IP 地址訪問，僅允許指定IP 的用戶瀏覽和訪問［6］。服務(wù)器拓?fù)鋱D及軟件架構(gòu)見圖2。

圖2 服務(wù)器拓?fù)鋱D及軟件架構(gòu)

4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)使用MySQL

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)使用免費(fèi)開源的MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)多應(yīng)用于論壇、網(wǎng)站的服務(wù)器，雖然小型網(wǎng)站選用該數(shù)據(jù)庫(kù)居多，但MySQL 對(duì)于大數(shù)據(jù)量的網(wǎng)站，也有不錯(cuò)的表現(xiàn)［7］。

涉及到的數(shù)據(jù)元信息，如零件信息、文件信息、BOM 信息等，均存放在數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)的表中，用戶通過軟件界面，交互式地訪問和查詢所需數(shù)據(jù)。

5 架構(gòu)模塊闡述

5.1 數(shù)據(jù)元模型

圖3 數(shù)據(jù)規(guī)劃

5.2 編碼及分類規(guī)則

編制唯一標(biāo)識(shí)某零件的代碼在PDM 圖文檔管理平臺(tái)上是比不可少的功能。由于要適應(yīng)公司的特殊應(yīng)用環(huán)境，編碼不僅要能夠唯一標(biāo)識(shí)零件［9］，還要具有權(quán)限控制的功能。因此，編碼規(guī)則設(shè)置如下:

零部件代號(hào)_產(chǎn)品代號(hào)_版本號(hào)

其中:零部件代號(hào)參照公司現(xiàn)有規(guī)則制定;產(chǎn)品代號(hào)為公司方面指定的一串用于代表某產(chǎn)品的字符串;版本號(hào)為該產(chǎn)品的系列基帶版本代號(hào)，常為S 或A。

公司日常管理零件規(guī)則為:將產(chǎn)品按照最小單位為部件來劃分，將部件及下屬零件分配給指定的人員來負(fù)責(zé)。負(fù)責(zé)人又按照重要程度分成3 種:主要負(fù)責(zé)人、次要負(fù)責(zé)人和備用負(fù)責(zé)人。將人員分別與負(fù)責(zé)人角色和零件代號(hào)相關(guān)聯(lián)，即可將分工狀況描述清楚。

5.3 文件管理

文件集中存儲(chǔ)需要解決命名規(guī)則、目錄規(guī)劃、權(quán)限控制、文件版本控制問題［10］。

因在局域網(wǎng)中共享，需要命名可讀。在信息化過程中，一般的解決方法是對(duì)三維模型的命名及文件夾存放制定詳細(xì)的規(guī)范。同時(shí)，對(duì)于文件命名規(guī)則，還必須細(xì)致制定，對(duì)Windows 中文件名內(nèi)容易誤解的符號(hào)如“/”、“.”等也要進(jìn)行規(guī)則定義。

為使圖紙可隨時(shí)打開，杜絕惡意文件修改、刪除，使用只讀Windows 共享文件夾的方式進(jìn)行圖紙共享。用戶可通過訪問共享文件夾直接用UG 或CAXA 打開對(duì)應(yīng)的文件。當(dāng)更改發(fā)生后，由該零件的設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人通過軟件提交二維圖紙和三維模型的更改，使用內(nèi)嵌在軟件內(nèi)的FTP 終端上傳至服務(wù)器。服務(wù)器上的原文件并不刪除，按照規(guī)則重命名，以防誤操作用于撤銷。應(yīng)在軟件內(nèi)部通過訪問數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的訪問規(guī)則進(jìn)行權(quán)限控制，對(duì)于非授權(quán)人員，無法執(zhí)行零件更改功能，因此可以保證數(shù)據(jù)版本的唯一性。

圖4 典型的目錄規(guī)劃方式

5.4 查詢方式

所有的相關(guān)信息均掛在對(duì)應(yīng)的零件上。需查找某種信息時(shí)，如三維模型、圖紙等，可直接定位到該信息對(duì)應(yīng)的零件。特殊產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員溝通時(shí)，通常使用零件件號(hào)的簡(jiǎn)稱來指定零件。因此，查詢零件以及相關(guān)信息功能，要考慮用戶習(xí)慣，設(shè)計(jì)零件查詢關(guān)鍵詞時(shí)也應(yīng)包含指定件號(hào)的查詢。

特殊產(chǎn)品的零件編號(hào)同時(shí)采用2 位編碼和4 位編碼規(guī)則。所以，縮略代號(hào)在不同產(chǎn)品中均應(yīng)能找到對(duì)應(yīng)零件，因此設(shè)計(jì)查找功能時(shí)，要求可以選擇查找范圍。

除零件查詢外，還需要設(shè)計(jì)用戶信息查詢、分工查詢、BOM 結(jié)構(gòu)正反向查詢等其他查詢功能。

5.5 權(quán)限及變更控制

傳統(tǒng)管理方式下，紙質(zhì)設(shè)計(jì)圖紙信息對(duì)全部設(shè)計(jì)人員是公開的，只對(duì)借閱情況進(jìn)行登記。軟件管理時(shí)，全體設(shè)計(jì)人員均持有已經(jīng)授權(quán)的個(gè)人賬號(hào)，可通過局域網(wǎng)訪問共享文件夾的方式只讀訪問文件。

實(shí)際生產(chǎn)過程中，圖紙的更改由生產(chǎn)或設(shè)計(jì)部門提出，設(shè)計(jì)部門出具許可，信息部門記錄備案。軟件通過權(quán)限流程規(guī)劃，將圖紙更改部門權(quán)限分散至更改許可人，把設(shè)計(jì)部門出具許可和記錄備案合二為一，實(shí)現(xiàn)許可即圖紙，圖紙即備案。年度藍(lán)圖換版時(shí)，可節(jié)約大量辦理核準(zhǔn)表時(shí)間，直接將當(dāng)前電子版二維圖曬藍(lán)即可。變更的歷史記錄由軟件的輕量化版本控制系統(tǒng)完成，他記錄了變更的數(shù)據(jù)記錄和FTP 歷史文件，以備回滾。

軟件將權(quán)限編制成代號(hào)，將代號(hào)與被授權(quán)者動(dòng)態(tài)的關(guān)聯(lián)，通過數(shù)據(jù)中的記錄控制各種權(quán)限。使權(quán)限的管理和分配更靈活，可在需要時(shí)隨時(shí)變更。

圖5 權(quán)限、變更、版本控制圖解

6 應(yīng)用實(shí)例

筆者所在團(tuán)隊(duì)以一家使用UG 和CAXA 軟件的公司生產(chǎn)設(shè)計(jì)中所涉及到的圖紙及零件信息作為數(shù)據(jù)對(duì)象，進(jìn)行了軟件應(yīng)用。軟件管理的零件記錄超過10 000條。持授權(quán)用戶名、密碼登錄軟件后，可以方便根據(jù)代號(hào)、BOM 結(jié)構(gòu)迅速定位目標(biāo)零件，瀏覽詳細(xì)信息;也可以通過引用查詢進(jìn)行零件BOM 所屬正反向查詢、分工情況查詢、用戶信息查詢、歷史文件查詢等。因使用用戶數(shù)量在一百多人左右，為便于管理，軟件根據(jù)用戶所在辦公室進(jìn)行了分組。軟件界面見圖6。

小組還對(duì)UG 進(jìn)行了2 次開發(fā)，將軟件內(nèi)嵌入U(xiǎn)G 的菜單［11］，方便用戶在設(shè)計(jì)時(shí)隨時(shí)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，迅速查詢所需信息，界面見圖7［12］。

圖6 軟件界面概覽

圖7 嵌入U(xiǎn)G 菜單

7 結(jié)束語

在應(yīng)用過程中，筆者所在團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，適用于自己公司的輕量化PDM 非常適用于暫時(shí)不具備條件實(shí)施大型PDM 系統(tǒng)的公司。一方面，通過梳理管理流程，可以引導(dǎo)公司發(fā)現(xiàn)管理短板，助力公司改進(jìn)，通過程序化管理，啟發(fā)其規(guī)范現(xiàn)有數(shù)據(jù)，為以后實(shí)施大型PDM 奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ);另一方面，輕量化PDM 軟件能針對(duì)公司面臨的瓶頸領(lǐng)域集中提出解決方案，規(guī)避大又全的大型軟件的高昂投入，迅速解決公司燃眉之急。

本文提出的圖文管理方法，架構(gòu)開放，數(shù)據(jù)元與軟件獨(dú)立，可隨時(shí)根據(jù)公司員工的使用情況進(jìn)行優(yōu)化，數(shù)據(jù)可隨時(shí)導(dǎo)入導(dǎo)出。結(jié)構(gòu)相對(duì)小巧精干，可靠性高，災(zāi)難恢復(fù)能力強(qiáng)。隨著使用的深入，可以根據(jù)公司用戶的需求進(jìn)行挖掘，靈活的擴(kuò)展軟件功能，如電子簽名［13］、流程管理、變更通知、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等功能。

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