一、引言
PDM（Product DataManagement，產(chǎn)品數據管理）是一門(mén)管理所有產(chǎn)品相關(guān)信息和過(guò)程的技術(shù)。它以網(wǎng)絡(luò )和分布式數據庫技術(shù)為支撐，采用面向對象的建模方法，能夠管理產(chǎn)品全生命周期內的所有數據和所有產(chǎn)品相關(guān)過(guò)程，提供了一個(gè)企業(yè)范圍內的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造的并行化的協(xié)作環(huán)境。同時(shí)，集成化是CAPP（ComputerAided ProcessPlanning，計算機輔助工藝設計）發(fā)展的一個(gè)主要方向，開(kāi)發(fā)以PDM為集成平臺的CAPP系統已成為當前的研究熱點(diǎn)。目前國內企業(yè)應用的CAPP產(chǎn)品大部分都將功能局限在設計和輸出特定形式工藝文件的范圍內，以單機單用戶(hù)的方式運行，缺乏工藝活動(dòng)的組織、協(xié)調和控制，與CAD、CAM等系統的集成能力較弱，往往需要專(zhuān)用接口，不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)信息交換、工藝文件的網(wǎng)上協(xié)同瀏覽和審簽以及工藝數據的跨平臺可移植性等功能要求。本文基于PDM建立的協(xié)同工藝管理系統，可以充分利用PDM技術(shù)為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造所提供的并行協(xié)作環(huán)境以及其他強大功能，實(shí)現協(xié)同工藝設計、文件數據管理和工作流程的并行。
二、系統設計需求分析
隨著(zhù)企業(yè)信息化建設的推進(jìn)和企業(yè)需求的不斷提高，要求工藝信息系統能夠克服時(shí)間、空間、計算機軟硬件等障礙，形成一個(gè)便于群體相互協(xié)同工作的“虛擬同地”的共同工作空間，使得異地多部門(mén)人員能夠并行協(xié)同地完成工藝信息處理。
要滿(mǎn)足協(xié)同工作的需求，實(shí)現基于Web的協(xié)同工藝管理，目前主要存在以下四個(gè)問(wèn)題：1）傳統的工藝信息交換采用專(zhuān)用接口，引起交換接口復雜、繁多，且沒(méi)有一個(gè)統一的解決方案，難以應付日益復雜的應用環(huán)境。這就要求有一種在協(xié)同環(huán)境下存取產(chǎn)品工藝數據的更好的載體和交換機制，實(shí)現產(chǎn)品工藝數據描述、存取的標準化和規范化。為實(shí)現產(chǎn)品工藝數據內容和其表現形式相分離打下基礎；2）現有工藝文件多是基于二維CAD，其表現格式比較符合國內工藝人員的使用習慣。但是不足之處就是必須在客戶(hù)端安裝相關(guān)支持軟件才可以瀏覽，而且不利于網(wǎng)上傳輸和協(xié)同瀏覽，也不大支持網(wǎng)上縮放、瀏覽二維/三維圖形，這對于工藝文檔的易讀性尤其對數控加工來(lái)說(shuō)是一個(gè)缺陷。這就提出了在協(xié)同環(huán)境下對工藝文件圖形化、網(wǎng)絡(luò )化及易讀性的要求；3）由于工藝設計過(guò)程中包含許多工藝子流程，這些工藝子流程在信息和時(shí)間上存在緊密的相互交錯與嵌套，而且各個(gè)工藝子流程間存在著(zhù)嵌套和相互等待。為減少流程中的等待，需要為負責工藝子流程的用戶(hù)提供能實(shí)現同步、異地協(xié)同設計以及實(shí)現網(wǎng)上電子簽名和圈閱等功能；4）文件數據管理功能有限。PDM產(chǎn)品一般都提供了強大的單個(gè)信息的查詢(xún)功能，但是在進(jìn)行系統的眾多信息歸類(lèi)檢索方面功能有限。因此需要更加方便的系統信息檢索功能，能夠對設計過(guò)程中產(chǎn)生的基于Web的工藝文件、圖形文檔文件以及工藝任務(wù)進(jìn)行有效管理和查詢(xún)。
綜上所述，在協(xié)同環(huán)境下，以PDM為平臺的工藝管理系統應當是一個(gè)基于Web的，具有多種功能的，能夠支持異地多部門(mén)人員并行協(xié)同工作的信息系統。
三、系統體系結構
圖1 基于PDM的協(xié)同工藝管理系統總體結構圖
圖1是本系統的體系結構圖，共分為三層：數據存取層、應用層和客戶(hù)層。每一層為其上一層提供所需的服務(wù)。操作系統與數據庫位于數據層，提供系統功能；通過(guò)PDM系統對數據庫的封裝技術(shù)以及其數據、文件、資源管理功能，應用層可以很方便地對數據文件進(jìn)行存取操作，以實(shí)現其工藝協(xié)同設計、工藝信息管理等功能；然后把其設計結果即工藝BOM樹(shù)（包含工藝規程文件）通過(guò)客戶(hù)層的Web界面/Java集成框架（相當于一種特殊形式的IE瀏覽器）表現出來(lái)。其主要邏輯處理實(shí)現在于應用層，應用層又分為以下幾個(gè)模塊：
1． 工藝設計子系統
利用其“結構化工藝設計”模塊，工藝員無(wú)需直接編輯、整理各種類(lèi)型的工藝卡片，而是在系統中建立相應的工藝節點(diǎn)，并與產(chǎn)品/零件節點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。在工藝節點(diǎn)下建立工序節點(diǎn)或者工藝子節點(diǎn)，在工序節點(diǎn)下建立工步節點(diǎn)，形成一個(gè)工藝BOM樹(shù)。所有的工藝信息將通過(guò)工藝BOM樹(shù)的樹(shù)狀結構以及各個(gè)節點(diǎn)的屬性來(lái)表達。工序圖的編輯采用“工藝簡(jiǎn)圖編輯”模塊調用相應，CAD軟件進(jìn)行編輯，然后也以節點(diǎn)形式掛在工藝BOM樹(shù)上。查找到要用的工裝、設備等資源后，在系統中作為資源節點(diǎn)和相應的樹(shù)狀節點(diǎn)建立資源使用關(guān)系。這種工藝信息的樹(shù)狀表達方式簡(jiǎn)化了工藝員的設計工作。同時(shí)，結構化的工藝表達方式便于利用數據庫的功能進(jìn)行搜索、查找和存取。另外，所有的工藝、資源數據以及圖形文件等都統一通過(guò)PDM的封裝層對PDM管理的數據庫和文件系統進(jìn)行存取操作。
2． 工藝信息管理
主要負責工藝知識及工藝圖形文檔的管理，工藝匯總統計功能以及基于Web的工藝報表的生成等功能的實(shí)現。通過(guò)上述工藝設計子系統所形成的工藝信息樹(shù)必須得轉化為各種工藝卡片才可用于實(shí)際生產(chǎn)。為此得把工藝BOM樹(shù)上所有相關(guān)信息全部按照某種規則輸出到XML文件中，其他的系統如ERP等都可以通過(guò)“基于XML的數據提取和封裝工具”，從這些XML文件中獲取相關(guān)信息；同時(shí)，可以用XSL技術(shù)對XML文件進(jìn)行提取轉化為HTML形式的工藝/資源文件。
3． 工作流管理
可用它進(jìn)行角色和權限管理；進(jìn)行工作流分析和建模；進(jìn)行工作任務(wù)管理和分配；支持對工藝任務(wù)在線(xiàn)設計修改、審簽、監控和察看狀態(tài)功能等，并支持對基于Web的工藝文件的網(wǎng)上圈閱批注和電子簽名。
從圖1可看出，其中產(chǎn)品數據、資源數據等都來(lái)自于PDM系統，這樣就保證了數據來(lái)源的惟一性。并且在同一個(gè)PDM平臺上，對同樣的零件/產(chǎn)品進(jìn)行工藝設計即共同完成同一個(gè)工藝BOM樹(shù)，這樣就可以讓PDM平臺上所有的擁有權限的人員都可以同步看到，并可利用所提供的工具進(jìn)行協(xié)同操作，也可把工藝BOM樹(shù)轉化輸出為HTML形式的工藝/資源文件后，將其作為文件節點(diǎn)掛在工藝BOM樹(shù)上，這樣就可以讓網(wǎng)絡(luò )中的相關(guān)人員都可以通過(guò)工藝圖形文檔管理工具很方便地看到即時(shí)結果。也就是說(shuō)任何對本系統的訪(fǎng)問(wèn)都要通過(guò)PDM的授權和驗證，這就保證了本系統和PDM的緊密集成，從而保證了工藝數據的完整性和一致性。
四、系統關(guān)鍵技術(shù)
本系統是基于PDM平臺的，PDM產(chǎn)品雖然大都有一個(gè)豐富的封裝工具集，也有統一的工藝信息模型、產(chǎn)品結構管理系統和安全訪(fǎng)問(wèn)控制機制等等，但這遠遠不能滿(mǎn)足企業(yè)對協(xié)同工藝的實(shí)際需求，為了實(shí)現基于PDM的協(xié)同工藝管理系統的目標，還必須解決下述關(guān)鍵技術(shù)。
1．基于Web的協(xié)同工藝設計
基于Web的協(xié)同工藝設計是一個(gè)知識密集，企業(yè)和團隊協(xié)同工作的面向產(chǎn)品的過(guò)程。要實(shí)現它就必須搭建一個(gè)集成環(huán)境使之能夠完成網(wǎng)上工藝并行協(xié)同編制、工藝知識集成以及制造資源優(yōu)化配置等功能，其中有些功能PDM平臺本身就可以完成或已經(jīng)有一些基本工具可用，在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中應用的技術(shù)主要集中于以下兩個(gè)方面：
（1）工藝協(xié)同設計環(huán)境建立
在實(shí)際工藝編制過(guò)程中，雖然協(xié)同設計者分處不同部門(mén)、不同地域，但由于同在一個(gè)PDM平臺上工作，他們的設計結果即工藝BOM樹(shù)，可以隨時(shí)轉化為符合實(shí)際使用習慣的Web形式的工藝文件，以便相互閱覽，對其訪(fǎng)問(wèn)、編輯等都處于PDM的統一控制下，這就解決了工藝編制的協(xié)同工作問(wèn)題；但是由于各個(gè)工藝子流程的嵌套和相互等待現象十分普遍，要實(shí)現一種真正意義上的并行與協(xié)同，就必須研究主制工藝與輔助工藝、數控程序的并行進(jìn)行機制，把以前基于紙質(zhì)的管理模式所造成的串行工作流程轉化為并行的。圖2描述的是某企業(yè)在PDM平臺上建立的一個(gè)工藝并行協(xié)同設計流程。該流程表明：在針對某個(gè)零件的工藝設計階段，工藝信息通過(guò)信息預發(fā)布方式不斷地在毛坯設計、主制工藝設計、輔助工藝設計、數控程序設計及工裝設計人員之間流動(dòng)，每個(gè)負責編制工藝人員都可以根據其他工藝人員的反饋信息及時(shí)修改設計不合理之處，通過(guò)這不斷的交流確保設計的一次性成功。
圖2 基于PDM的工藝并行協(xié)同設計流程
根據上述流程，基于PDM的工藝協(xié)同設計環(huán)境應該按如下步驟建立：（1）按照上級工藝部門(mén)的工藝流水分配將各類(lèi)參加的人員組織好，形成集成項目開(kāi)發(fā)工作組，指定項目負責人并由其進(jìn)行初始化準備工作，并定義好每個(gè)人的職責。使組內所有參加工作的人員都清楚每個(gè)人的工作任務(wù)，同時(shí)定義好每個(gè)工作人員的操作權限，以及定義設計過(guò)程中的狀態(tài)標志（如準備設計、正在設計、設計完畢）等狀態(tài)；（2）為了協(xié)同工作，還必須定義好標準的數據組織結構，項目負責人按照標準建立工藝BOM樹(shù)的基本結構對應工藝編制任務(wù)的分解，工藝BOM樹(shù)中的文檔和數據包含了各任務(wù)子項的任務(wù)要求和技術(shù)說(shuō)明等工藝設計內容以及定義成員對各文件夾的操作權限；（3）在協(xié)同設計環(huán)境中，小組成員以各自的賬號及口令登入PDM獲取各自的任務(wù)信息進(jìn)行工藝設計工作，并能夠對別人的設計成果進(jìn)行及時(shí)預覽和意見(jiàn)提交。每個(gè)設計人員根據不同設計階段在同一個(gè)工藝BOM樹(shù)中發(fā)布相應的設計版本，其他設計人員可以在這個(gè)工藝BOM樹(shù)中獲取對方的設計發(fā)布版本后，利用系統提供的功能模塊進(jìn)行審批后遞交返回，然后前一個(gè)設計部門(mén)根據反饋意見(jiàn)及時(shí)作出設計調整。
這樣一來(lái)，傳統的基于紙質(zhì)的管理模式所造成的串行工作流程轉化為并行的，多部門(mén)的工藝人員可以進(jìn)行協(xié)同工作。大大縮短了工藝設計的周期，減少了不少手工工作和返工現象，極大地提高了工作效率。
（2）基于XML的工藝知識集成和制造資源管理
制造企業(yè)的知識大致可以分為：手冊數據、資源數據、模型數據和決策知識。在工藝設計中，必然涉及到跨部門(mén)、跨企業(yè)的各類(lèi)技術(shù)人員之間的知識傳遞、協(xié)同和集成。為使這些分散的知識源集成起來(lái)為企業(yè)所共享，就必須對這些知識或文檔進(jìn)行標準化，以XML為其內容載體，以Web形式的文件或程序開(kāi)發(fā)界面為其表現形式，開(kāi)發(fā)出如圖1所示“資源查詢(xún)/引用”等工具，這樣有利于用戶(hù)在結構化工藝設計過(guò)程中方便地引用工藝知識。
制造資源是生產(chǎn)過(guò)程中所需的各種資源的總稱(chēng)。PDM把產(chǎn)品工藝信息的表達由傳統的工藝規程文檔演變?yōu)橄到y內部的工藝BOM樹(shù)表達方式，所有的工藝/工序/資源等都表現為結構化的節點(diǎn)。本系統利用了PDM的資源管理思想，在其資源庫模塊基礎上開(kāi)發(fā)圖1中所述的“工藝資源查詢(xún)/引用”等工具集，在建立制造資源庫時(shí)，利用JAVA語(yǔ)言編程使資源在PDM中的表達結構化，這樣便于把資源數據轉化為XML文件輸出，反之也可導入到資源庫中。在設計工藝BOM樹(shù)時(shí)，可以利用資源查詢(xún)工具去搜索查找資源，找到合適的，便引用到相應的工藝/工序節點(diǎn)下。
2．基于XML/XSL的工藝文件輸出技術(shù)
本系統是基于PDM平臺的，在工藝編制完后，即形成工藝BOM樹(shù)后，為使工藝人員能同步異地看到自己或別人的編制結果，正如前面需求分析中所講，如果工藝文件是基于Web的，就可以很方便地讓用戶(hù)協(xié)同瀏覽。這里采用如圖3所示的技術(shù)路線(xiàn)來(lái)實(shí)現基于Web的工藝文件的輸出。
圖3 基于XML的工藝文件生成過(guò)程
?。?）基于XML的產(chǎn)品工藝數據描述
XML是一種跨平臺、跨語(yǔ)言的標記語(yǔ)言，因此采用XML來(lái)描述工藝數據。首先要分析系統工藝信息模型以及工藝BOM樹(shù)的結構配置原則，然后建立描述產(chǎn)品工藝數據的XML模式文件（PPD_XMLSchema），以實(shí)現各個(gè)不同系統之間的產(chǎn)品工藝數據集成與交換；在此基礎上再在XML1.0規范下采用XML模式文件定義產(chǎn)品工藝數據詞匯表和語(yǔ)法規則，建立系統工藝信息模型與這個(gè)XML模式文件間的映射關(guān)系，以實(shí)現工藝信息模型和這個(gè)XML模式文件之間相互轉化；然后把工藝BOM樹(shù)按照前述XML模式文件所定規范轉化為XML文件輸出所有工藝數據信息。
（2）基于Web的工藝文件模板定制
包含產(chǎn)品所有工藝信息的XML文件輸出后，由于各企業(yè)的使用習慣不同，依照“內容和表現形式相分離”的思想，XML是數據內容，還需要一些模板對這個(gè)內容進(jìn)行修飾使其表現形式更符合用戶(hù)使用習慣。這里的表現形式即指基于Web的工藝文件，模板指XSL文件。換句話(huà)說(shuō)，就是采用XSL技術(shù)將其轉換輸出HTML格式的工藝文件。鑒于工藝文件表現形式的復雜多樣性，應當首先要把工藝文件標準化、規范化，然后再進(jìn)行相應的定制，完成后還需在配置信息文件里注冊，以備動(dòng)態(tài)調用，這樣才能建立起圖1所示“工藝文件模板庫”。
（3）基于Web的工藝文件的轉化輸出
基于Web的工藝文件輸出就是在系統生成工藝文件時(shí)，讀取配置信息文件中的相關(guān)信息，接受傳遞過(guò)來(lái)的參數，再應用XSLT技術(shù)把XML文件轉化為HTML格式的工藝文件。這項技術(shù)應用在工藝文件輸出時(shí)包含以下幾個(gè)技術(shù)細節：
1） 工藝特殊符號的處理
所謂工藝特殊符號就是尺寸公差、行為公差以及一些特殊字符等。本文采用XSL擴展元素/函數技術(shù)結合VML（Vector MarkupLanguage，矢量標示語(yǔ)言）技術(shù)來(lái)解決，首先把這些特殊符號用偽代碼描述和存取，然后在顯示時(shí)把偽代碼替代為VML矢量圖形輸出。
2） 換行換頁(yè)的處理
這是在工藝文件中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。本文采用XSL擴展元素/函數結合配置信息文件。也就是說(shuō)，先在配置文件中注冊換行換頁(yè)信息，比如報表總行數、每行字數等，之后就可以在系統中讀取到這些信息并進(jìn)行相應處理。
3） 二維/三維圖形的處理
即如何輸出和顯示各種二維圖形以及三維的產(chǎn)品模型、工廠(chǎng)模型、資源模型等。這里先把這些三維模型轉化為JT文件，然后以超鏈接形式把它們引入到Web形式工藝文件中，再利用JT文件瀏覽器（Applet形式）瀏覽。
3．基于Web的協(xié)同工藝管理
在PDM系統對信息和文檔的管理功能的基礎上，在它的搜索引擎的幫助下，開(kāi)發(fā)基于Web的協(xié)同環(huán)境下的工藝管理工具，以實(shí)現更加方便的系統信息檢索功能以及靈活的工藝管理功能。主要包含以下幾個(gè)管理工具：
1） 協(xié)同環(huán)境下的工藝圖形文檔管理器
以產(chǎn)品BOM結構為中心組織管理工藝設計結果中的各種格式的圖形文檔文件，管理他們的屬性和版本關(guān)系，提供在線(xiàn)檢索瀏覽、標注尺寸及批注、打印等功能。
2） 協(xié)同環(huán)境下的工藝流管理器
在基于Web的協(xié)同環(huán)境下，實(shí)現對工藝設計人員的角色和權限控制，工作流的分析和建模功能，支持對工藝任務(wù)的在線(xiàn)設計修改、審簽、監控和察看狀態(tài)功能等。
3） 材料消耗和標準工時(shí)定額的匯總統計輸出
可以對這些材料消耗定額、標準工時(shí)定額信息根據指定統計查詢(xún)條件進(jìn)行統計匯總，以XML文件格式輸出，供ERP系統使用，也可以轉化成Web形式的匯總統計報表以供瀏覽使用。
4．基于Web工藝規程審簽
一般地講，工藝文件從開(kāi)始編制到發(fā)放歸檔，要經(jīng)過(guò)校對、會(huì )簽和批準等幾個(gè)流程節點(diǎn)，在這些節點(diǎn)中，不可避免地要把各種意見(jiàn)以某種方式反饋出來(lái)，這也就涉及到了對工藝文件批注圈閱的問(wèn)題。前面講過(guò)，所有的工藝文件報表都是Web形式的，所以就要開(kāi)發(fā)出一個(gè)網(wǎng)絡(luò )圈閱工具，使之能對Web形式的工藝文件進(jìn)行圖示化的批注圈閱。
同時(shí)，在基于Web的工藝文件輸出基礎上，還要實(shí)現網(wǎng)上協(xié)同電子簽名功能。即在走審批/更改流程時(shí)，利用前述工作流管理器把相關(guān)操作人員和時(shí)間等信息記下來(lái)，在工藝文件輸出時(shí)再讀取這些信息并輸出到工藝文件中去。具體效果見(jiàn)圖5。
五、系統實(shí)例
圖4 基于Web的工藝文件輸出及管理實(shí)例
圖4為本系統讀取PDM系統中工藝BOM樹(shù)的相關(guān)信息，經(jīng)過(guò)圖3所述技術(shù)路線(xiàn)生成的工藝文件實(shí)例。其中左框架是工藝文件結構樹(shù)及管理工具，右邊是工藝文件顯示界面，其中應用特殊符號處理技術(shù)、換行換頁(yè)處理技術(shù)和基于Web的二維圖顯示技術(shù)后的工藝文件顯示效果也如圖4所示。
基于Web的工藝規程審簽技術(shù)的應用如圖5所示，在工藝文件瀏覽的用戶(hù)交互中選擇圖4左框架上方的“校核批注”，就進(jìn)入到如圖5所示的工藝規程審批窗口，用戶(hù)可以在右邊框架中的工藝文件上進(jìn)行基于Web的審批，涉及到如插入文字、劃波浪線(xiàn)、畫(huà)圓、設置透明度及圖形大小等等批注操作。限于篇幅其他技術(shù)實(shí)例不再介紹。
圖5 基于Web的工藝規程審簽技術(shù)實(shí)例
六、結束語(yǔ)
本文提出了基于PDM的協(xié)同工藝管理系統，論述了系統的體系結構及關(guān)鍵技術(shù)，詳細探討了工藝協(xié)同設計環(huán)境的搭建，工藝知識、資源的引用和管理，工藝信息的組織和表達方式，以及協(xié)同環(huán)境下基于Web的工藝報表的生成和管理。充分利用PDM技術(shù)為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造所提供的并行協(xié)作環(huán)境以及其他強大功能，實(shí)現協(xié)同工藝設計、文件數據管理和工作流程的并行。研究中開(kāi)發(fā)的原型系統是PDM軟件產(chǎn)品與CAPP系統基于Web協(xié)同的工作過(guò)程集成，并在某航空企業(yè)進(jìn)行全面實(shí)施和技術(shù)的應用，為基于PDM的CAPP二次開(kāi)發(fā)或集成提供了一套新的技術(shù)實(shí)現方案。
作者系西北工業(yè)大學(xué)CAPP與制造工程軟件研究所周興科 張振明 田錫天 鄒明政 劉小龍
聯(lián)系客服
