（机械设计及理论专业论文）注塑模具pdm中产品结构管理的研究与开发.pdf

大连理工大学硕士研究生学位论文 摘要 p d m 是一项新的管理思想和技术。p d m 可以定义为以软件技术为基础，以产品为 核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术。是依托r r 技术实现 企业最优化管理的有效方法，是科学的管理框架与企业现实问题相结合的产物，也是计 算机技术与企业文化相结合的一种产品。有效的利用这一信息技术提升模具企业的现代 化与信息化管理水平，增强企业参与国际市场的竞争能力，已成为模具企业寻求发展的 重要趋势。 本文从p d m 最核心的部分产品结构管理入手，详细介绍了产品结构及其相关概念， 并结合注塑模具生产过程中的特点，确定了实施注塑模具产品结构管理的关键技术。针 对这些关键技术，研究了根据注塑模具零件的功能、结构、工艺等特征对注塑模具零件 的种类划分，建立了一套合理的注塑模具零件分类体系。结合注塑模具零件的分类以及 注塑模具开发设计过程，分析了注塑模具产品结构的生成，构建了注塑模具产品结构树 模型。通过注塑模具零件信息模型的研究，完成了注塑模具产品结构树中各节点相关信 息的添加，提出了注塑模具产品结构信息集成模型，完成了注塑模具产品结构管理系统 的主体结构建模，此模型是有效管理注塑模具产品结构及其复杂信息的基础。根据产品 结构管理系统的实现需要和功能需求，研究了产品结构树自动创建的算法、版本管理办 法、产品结构的多视图管理以及与设计部f - j c a x 软件集成方法。 最后，应用以上研究成果初步开发出注塑模具p d m 中的产品结构管理子系统，并介 绍了该软件系统的系统设计和实现过程并给出了系统运行实例。 关键词：产品数据管理；注塑模具；产品结构管理；产品结构树 洪锡君：注塑模具p d m 中产品结构管理的研究与开发 r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fp r o d u c ts t r u c t u r em a n a g e m e n tf o rt h e i n j e c t i o n m o l dp d m s y s t e m a b s t r a c t p d mi san e wm a n a g e m e n tt h o u 曲ta n dt e c h n i q u e i tc a l lb ed e f i n e da sat e c h n o l o g y ， w h i c hb a s e do ns o f t w a r et e c h n i q u e ，r e g a r d i n gp r q d u c ta st h ec o r e ，a n dr e a l i z i n gw h o l e m a n a g e m e n to nt h er e l a t e dd a t a ，p r o c e s s ，r e s o u r c e si np r o d u c t r e l i e do nt h ei tt e c h n i q u e ，i t j sav a l i da n do p t i m i z e dm a n a g e m e n tm e t h o di ne n t e r p r i s e s ，a n di sa no u t c o m eo fs c i e n t i f i c m a n a g e m e n tf r a m ec o m b i n e dw i t hr e a l i s t i cp r o b l e mi ne n t e r p r i s e s i ti sa l s oak i n d o fp r o d u c t w h e nc o m p u t e rt e c h n i q u ec o m b i n e dt o g e t h e rw i t hc o r p o r a t ec u l t u r e h o wt ou t i l i z ep d m t e c h n o l o g ye f f e c t i v e l yt ou p g r a d et h em o d e r n i z a t i o nm a n a g e m e n tl e v e l o ft h ed i e & m o u l d e n t e r p r i s e sa n de n h a n c et h ec o m p e t i t i o nc a p a c i t yw i t ht h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yh a sb e e n t h em a i nt r e n do ft h ed i e m o u l de n t e r p r i s e sf o rp u r s u i n gt h ed e v e l o p m e n t t h ed i s s e r t a t i o nf o c u s i n go np r o d u c ts t r u c t u r em a n a g e m e n tg i v e sap a r t i c u l a r e x p a t i a t i o no fp s m r sc o n c e p t i o n ，m e t h o do fd e v e l o p m e n ta n dc o r r e l a t i v et e c h n o l o g y c o m b i n e dw n hc h a r a c t e r i s f i c so fd i e m o u l d e n t e r p r i s e s m a n u f a c t u r e ，t h e i m p o r t a n t t e c h n o l o g i e so fi m p l e m e n tf o ri n j e c t i o nm o l dp s m a r ep r o p o s e d b a s e do nt h e s et e c h n o l o g i e s t h er e s e a r c hs u b j e c tc l a s s i f i e s 也ei n i e c t i o nm o l dp a r t sa c c o r d i n gt of u n c t i o n ，s t r u c t u r ea n d p r o c e s sf e a t u r e so ft h ei n j e c t i o nm o l dp a r t s o nt h eb a s i so ft h ec a t e ：g o r i e sa n dt h ed e s i g n p r o c e s so ft h ei n j e c t i o nm o l dp a r t s ，t h ep r o d u c ts t r u c t u r et r e em o d e lo ft h ei n j e c t i o nm o l di s c o n s t r u c t e db ya n a l y z i n gt h ec o n s t r u c t i o np r o c e s so ft h ei n j e c t i o nm o l dp r o d u c ts t r u c t u r e t h r o u g ht h er e s e a r c ho nt h ei n f o r m a t i o nm o d e lo ft h ei n j e c t i o nm o l dp a r t s ，e a c hn o d ei nt h e p r o d u c ts t r u c t u r et r e eo ft h ei n j e c t i o nm o l di sa d d e dw i t hc o r r e l a t i v ei n f o r m a t i o na n d w i t ht h e p r o d u c ts t r u c t u r ei n f o r m a t i o nm o d e la d v a n c e d ，t h ea r c h i t e c t u r em o d e lo ft h ep s ms y s t e mf o r i n j e c t i o nm o l di sa l m o s tc o n s t r u c t e d ，t h em o d e li sab a s i so ft h e e f f e c t i v em a n a g e m e n to f i i l i e c t i o nm o l dp r o d u c ts t r u c t u r ea n di t sc o r r e l a t i v ec o m p l i c a t e di n f o r m a t i o n a c c o r d i n gt ot h e r e q u i r e m e n to fp s ms y s t e mi m p l e m e n ta n di t sf u n c t i o n ，t h em e t h o do fe s t a b l i s h i n gp r o d u c t s t r u c t u r et r e ea u t o m a t i c a l l y ，v a r i o u sb o mv i e wm a n a g e m e n to fp r o d u c ts t r u c t u r ea n dt h e i n t e g r a t i o nw i t hc a xs o f t w a r ei nd e s i g nd e p a r t m e n th a v eb e e ne x p l o r e d f i n a l l y ，t h ep s ms y s t e mf o rt h ei n j e c t i o nm o l dp d m w h i c ha p p l i e st h ea b o v et h e o r i e s h a sb e e nd e v e l o p e d t h ep r o c e s so fp r o g r a m m i n ga n da ne x a m p l ea r ei n t r o d u c e di nt h ep a p e r k e yw o r d s ：p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ；i n j e c t i o nm o l d ；p r o d u c t s t r u c t u r e m a n a g e m e n t ；p r o d u c ts t r u c t u r et r e e i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：e t 期： 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 ，规定”，足意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名：诌；鲰 导师签名： 宝i 白色 年月 日 大连理工大学硕士研究生学位论文 1引言 1 1p d m 概述 1 1 1p d m 的产生 在制造企业中，产品的制造活动不仅是一个物料的转换过程，而且还是一个复杂的 信息变换过程，信息传递是否正确，直接影响着生产过程的正常进行。因此，对信息的 有序管理在企业中有着举足轻重的地位。许多企业都为大量的设计数据所困扰。特别在 六七十年代以来，企业在设计和生产过程中开始使用c a d 、c a m 等技术，新技术的应 用在促进生产力发展的同时也带来了新的挑战。随着c a d 、c a m 等技术几十年的发展， 企业内部各单元的计算机辅助技术已经日益成熟，但由于初期缺乏统筹规划，致使企业 内各自动化单元自成体系，彼此之间缺少有效的信息沟通与协调，形成所谓的“信息孤 岛”，大量的电子数据难以管理和查找【”。在制造业的计算机集成制造环境中，在现代 产品开发及设计过程自动需求的驱动下，产生了能够集数据库的数据管理能力、网络的 通信能力以及过程的控制能力于一体，能够实现分布式环境下设计活动的信息交换与共 享并对设计过程进行动态调整与监控的产品数据管理技术。它可以定义为以软件技术为 基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术【2 , 3 】。 1 1 2p d m 的基本概念 p d m 是p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( 产品数据管理) 的缩写，p d m 技术出现在2 0 世纪8 0 年代初期，是随着c a d 技术的发展，由c a d 开发商推出的一个管理系统，目的是为了有效 管理大量的c a d 数据( 工程图样、文档等) 。随着计算机网络技术和数据库技术的发展， 直至i j 2 0 世纪8 0 年代后期才发展起来的一项新的管理思想和r r 技术。它是以产品为中心， 通过计算机网络和数据库技术，把企业生产过程中所有与产品相关的信息f 包括电子文 档、数字化文件、数据库记录等) 和与产品相关过程( 包括审批发放过程、工程更改过程、 一般工作流程等) v a 及相关资源进行集成化管理的技术。它是企业实现信息集成的桥梁 和纽带，也是企业设计、工艺和制造部门的数据管理中心和流程管理中心。1 9 9 5 年2 月， c i m d a t a 公司总裁e d m i l l c r 给出了p d m 的简单定义：“p d m 是一门管理所有与产品相关 的信息和所有与产品相关的过程的技术” 4 】。p d m 的概念包括两大部分：( 1 ) 管理与企业 生产相关的所有产品信息( 包括属于产品的任何数据，如c a x 文件、物料清单b o m 、产 品结构、产品订单、供应商状况等) ；( 2 ) 管理与所有产品相关的过程( 包括任何有关的 ；j 口- r 工序、工作标准和方法、工作流程、机构关系等所有过程处理的程序) 。p d m 将这 两个方面集中在一起，即将整个产品生命周期的所有信息与过程都管理起来，可在企业 洪锡君：注塑模具p d m 中产品结构管理的研究与开发 范围内为产品设计和制造建立一个并行化的协作环境，。它能有效地将产品从概念设计、 计算分析、详细设计、工艺流程设计、制造、销售、维护直至产品消亡的整个生命周期 内各个阶段的相关数据按照一定的数学模型加以定义、组织和管理，从而保证产品数据 在其整个生命周期内的一致性、最新性、完整性、共享性与安全性。它能很好的面向企 业的生产组织，有效管理与产品数据相关的过程，促进企业提高其产品质量，缩短研制 周期，提高工作效率，加快产品投放市场速度，从而提高产品的竞争力。因此，p d m 的 重要功能应该包括：数据和文档管理、产品结构管理、过程管理和应用系统的集成等【5 吲。 1 1 3p d m 的发展概况 从p d m 的诞生到现在，纵观p d m 的发展历程，可以分为3 个阶段【8 以o l ： ( 1 ) 配合c a d 工具的p d m 系统。8 0 年代初，c a d 在企业中得到了广泛的应用，在方 便了设计的同时，工程师们不得不花大量的时间在所设计的图纸中查找有用信息，因此 对于电子数据的存储和获取新方法的需求变得越来越迫切。各c a d 厂商为配合自己的 c a d 软件，推出第一代p d m 产品，主要是解决大量电子数据的存储和管理问题。这一 代p d m 产品的功能主要局限于工程图纸的管理，集成的工具主要是专用的c a d 系统。 第一代p d m 产品在一定程度上缓解了“信息孤岛”的问题，但没有真正实现企业级的 数据和过程集成，同时第一代p d m 产品普遍存在功能较弱、开放程度不高、集成能力 不强等缺陷。 ( 2 ) 专业p d m 产品。通过对早期p d m 产品功能的不断扩展，最终出现了专业化的p d m 产品，并明确了p d m 系统在企业信息系统中的定位。p d m 系统应是企业设计和工艺部 门的基础数据平台，集成各种c a x 应用，以p d m 作为企业设计和工艺的数据管理中心 和流程管理中心。通过一定的接口，p d m 系统可以与e r p 系统连接起来，再加上自动 化的制造系统m a s ，就构成了一个企业计算机集成制造系统c i m s 的基础雏形。与第 一代p d m 产品相比，在第二代p d m 产品中出现了许多新功能，如对各种形式的产品 数据进行管理、对产品结构进行配置和管理、对电子数据的发布和更改进行控制，以及 能进行基于成组技术的零件分类管理与查询等，同时软件的集成能力和开放程度也有较 大的提高。第二代p d m 产品真正使p d m 的概念被广泛接受，p d m 的功能得到广泛认 同，同时第二代p d m 产品在技术上有重大的进步，商业上也获得了成功。 ( 3 ) p d m 的标准化阶段。这是一个很大的跨越，1 9 9 7 年6 月国际o m g 组织公布了 p d m e n a b l e r 标准草案，作为p d m 领域的第一个国际标准。p d m e n a b l e r 标准是基于 c o r b a 技术提出来的，它主要对p d m 系统的功能、p d m 系统的逻辑模型和p d m 产 品之间的互操作性等方面的问题提出了标准。虽然草案仍然比较粗糙，但标志着p d m 产品的标准化走出了第一步，同时草案主要由各个p d m 软件商制定，获得了h p 、i b m 、 s d r c 等公司的支持。这一标准的出台极大促进了p d m 产品的标准化，为p d m 系统的 大连理工大学硕士研究生学位论文 互操作提供了方便。基于这种规范，1 9 9 7 年p t c 公司推出新一代p d m 产品w 缸d c h i l l ， 它是一个完全建立在i n t e m e t 平台、c o r b a 和j a v a 技术的基础上的产品。w i n d c h i l l 的 出现使人们近年来关于新一代p d m 产品的构想变成了现实。 今后p d m 技术研发的方向会集中在以下3 个方面【1 1 】： ( 1 ) 电子商务。下一代p d m 系统能够提供只要在网上就可以得到产品据信息的功能， 这就为电子商务提供了一个重要的基础。通过从产品及相关产品配置中选择参数，就可 得到产品模型。如经过深入开发，将会使得网络完全能提供产品朋匣务选择、建议准备及 订购过程。 ( 2 ) 虚拟产品开发管理。虚拟产品开发管理( v i r t u a lp r o d u c td e v e l o p m e n tm a n a g e m e n t ， v p d m ) 是在虚拟设计、虚拟制造和虚拟产品开发环境中，通过一个可以即时观察、分 析、互相通信和修改的数字化产品模型，并行、协同地完成产品开发过程的设计、分析、 制造和市场营销及其服务。 v p d m 集合了w e b 、p d m 、三维c a d 等技术，使企业具有更好的产品创新能力。 在概念设计的高灵活性、不可预测性的环境下，它为数据变化的管理提供了典型的管理 框架。它还可以作为一个知识库和渠道，能够将不同阶段的产品信息转化成为连续的信 息状态。 ( 3 ) 支持供应链供应。p d m 系统在虚拟企业中实施非常容易。在虚拟企业中，一个 部门要与它的供应商、合作伙伴和其他人加入到供应链中，工程信息需要在虚拟企业内 不断地交换。p d m 的各个系统间的通信及数据交换，使得各个环节在产品开发过程中 能相互进行合作，并能随时在整个供应链中得到产品信息。下一代p d m 系统将是完整 意义上的供应链管理系统，它将会提供工程仓库、工程服务和工程合作等功能。 1 1 4p d m 技术国内外发展现状 ( 1 ) 国外p d m 技术发展及现状【1 2 1 7 据美国c 1 m d a t a 公司调查，全球的p d m 业软件和服务市场年增长率达到3 0 。在调 查的公司企业中有9 8 都希望实施p d m ，许多世界知名大公司( a b b 、b o e i n g 、b m w 、 s d n d 等) 纷纷开始在企业内部着手实旌p d m 计划。1 9 9 7 年福特汽车花费上亿美元购买 了s d r c 公司的m e t a p h a s e ，构建了自己的p d m 系统，由此引发的“福特效应，使 得许多的汽车制造商同时投资建设自己企业的p d m 系统。 与此相呼应，p d m 系统开发成为软件业新的增长点。据美国的c i m d a t a 公司的调查 报告，1 9 9 5 年全球p d m 软件与服务市场规模为6 8 4 亿美元，1 9 9 6 年达到8 5 0 亿美元，2 0 0 1 年己达2 5 亿美元。目前有5 0 多个公司己出售他们的p d m 解决方案，这其中包括硬件公司、 系统集成商、独立咨询公司和c a d c a m 供应商。现有的成熟的p d m 系统产品有： m e t a p h a s e 是原s d r c 公司的p d m 软件产品代表之一，该软件涵盖了一般p d m 系统应 洪锡君：注塑模具p d m 中产品结构管理的研究与开发 具备的主要功能模块，是典型企业级p d m 系统。e d s 公司的i m a n ，它实现了p d m 的一些 基本功能。电子仓库和文档管理、工作流管理、产品结构和产品配置管理。e d s 公司收 购s d r c 后推出的t e a m c e n t e r 是世界上第一套完整的协同产品管理解决方案，能够使分 散的知识用户和各种应用系统所组成的虚拟企业协同工作，以便节约成本优化质量。此 外还有p t c 公司的p r o p d m ，p r o i n t r a l i n k 和w i n d c h i l l ，a u t o d e s k 公司的 a u t o d e s k w o r k c e n t e r ，s h e r p a 公司的s h e r p a 和p d m ，c v 公司o p t e g l a 等。 f 2 ) 国内p d m 技术发展及现状 国内的p d m 软件推出较晚，在规模上与国外软件尚有差距。国内一些科研单位和高 等院校在概念引入的同时，对概念进行深层次的探讨，并且作了大最的理论研究。在消 化和吸收国外的成熟的p d m ) 盘品的基础上，根据我国企业的实际水平，在已有的自主版 权的c a d 软件的基础上开发适合自己国膺的p d m 系统。国内现有的p d m 系统有：北京 高华公司的g h p d m s ，同创公司的p d m s ，武汉华中软件公司的i n t e p d m ，开目集成技术 分公司的开目p d m ，浙江大学人工智能研究所开发的g s 系列c a d ，c a p p c a e ，p d m 系统 以及博通公司的博通p d m 。其中高华g h p d m s 2 6 解决了c a d 图纸归档、查询、编码、 变更控制等问题，实现了企业工作流、物流管理的计算机化。同仓r j p d m 实现在网络上对 各类技术信息透明的调用、编缉、处理检索、输出等集成功能。 国内的一些企业如：上海三菱电梯、航天部二院、齐齐哈尔车辆厂和上海家化有限 公司等等都根据本企业的实际情况建立起了自己的p d m 系统。然而，这些系统还存在着 严重的不足之处：应用规模局限于部门，严重的阻碍了部门之间数据的共享；在部门内 部，应用范围也仅在一级的计算机网络，也未实现数据共享；在应用层次上还停留在p d m 的基本框架上，应用功能还需要深化。至u 1 9 9 8 年为止，在国内还没有出现真正成功的企 业级p d m 系统。 总的看来，目前国内的p d m 产品在功能、性能和稳定性方面与国外的p d m 产品还 存在着差距，但是在适应企业需求、价格及技术支持等方面具有一定的优势。p d m 技术 在国内企业还处于初级阶段，进展也很缓慢。但是我们相信：随着中国信息化进程的发 展，国内应用p d m 系统的企业会越来越多，p d m 系统的开发和应用也会进入快速发展 的时期。只要国内的p d m 生产厂家能够不断的努力，国内的p d m 产品还是会有广阔的 发展前景的。 1 2p d m 中产品结构管理的概念 产品结构管理( p r o d u c ts t r u c t u r em a n a g e m e n t ，p s m ) 作为产品数据组织与管理的一种 形式，它以电子仓库为底层支持，以材料明细表为其组织核心，把定义最终产品数据的 组织、管理与控制，并在一定的目标或约束下，向用户或应用系统提供产品结构的不同 视图。 4 大连理工大学硕士研究生学位论文 产品结构管理是p d m 的核心，也是p d m 系统和其它应用系统集成的纽带。复杂的 产品由许多相关的要素以及有关的技术与支持文件所组成，这些组成部份经常变化，并 会影响到其他要素、文件和过程。如何使这些不断变化的复杂数据在逻辑上保持一致、 并且使企业的每个使用者都能理解，是当前p d m 技术研究和系统开发亟待解决的问题。 p s m 系统管理面向产品生命周期的每一阶段的用于应用和来自应用的信息源，使得 用户在每一重大时刻可以访问到正确的和相关的产品数据；零件或过程上任何变化引起 的下游影响立即可见和可测量；可以识别产品上多种问题的起源以及相关的文件、过程 信息以及责任。它的重要性在于：它以整个企业为整体、以产品为中心、是产品生命周 期中各种功能和应用系统建立直接联系的重要工具，也是设计过程进展的直接体现者。 由于现有的多数p d m 系统更多地关注于支持文档管理和过程管理，在结构管理上普遍还 比较落后、导致了p d m 系统在应用实施中的一些困难、结果使设计、生产和维护等所需 要的技术信息变的非常复杂。因此如何开发和有效实施p s m 系统，以及如何在注塑模具 企业实现p s m 系统以及和其它系统的集成是本论文研究的重点【1 8 珑】。 1 3 课题来源及研究内容 1 3 1 课题的背景与来源 模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，同时又是原料及设备的“效益放大 器”，模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此，模 具工业是国民经济的基础工业，被称为“工业之母”，模具生产技术水平的高低，已成 为衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。 注塑成形作为一种重要的成型加工方法，在家电行业、汽车工业、机械工业等都有 广泛应用，且生产的制品具有精度高、复杂度高、一致性好、生产率高和消耗低的特点， 有很大的市场需求和良好的发展前景。注塑模具的生产要占塑料模具总量的一半以上， 在塑料模具中占主导地位。 注塑模具作为高效率、大批量成形零件的重要工艺装备，在工业生产中被广泛应用。 但产品本身结构的复杂性，以及模具行业典型的单件订单式生产方式，决定了模具生产 过程不同于一般产品：其过程比较复杂，涉及产品成形性分析、毛坯制造、切削加工、 特种加工、光整加工、装配调整及试模修模等多个环节，各过程也多有反复，给生产管 理带来困难。同时，在各环节中产生的信息其载体也并不一致，既有三维模型信息，也 有数控代码和二维工程图信息，信息的传递方式不统一，不便于管理。模具制造部门下 属的各相关班组在接收到制造部门主管下发的任务书后，进行相关活动，如工艺制定、 制造装配、试模调整、质量检测等，直到将模具交付给客户。这一过程所产生的信息有 工艺过程卡、生产作业计划、试模工艺单、修模报告及工艺调整与计划变更等各种图文 洪锡君：注塑模具p d m 中产品结构管理的研究与开发 档文件，这些文件不仅数据量大、数据类型和结构复杂，而且数据载体也是多介质的。 如果单纯用人工的方法对这些海量数据进行管理，并用传统的纸质文件方式来传递信 息，显然难以满足瞬息万变的动态市场竞争的需求，难以保证各个活动所需信息的准确 一致。计算机网络技术的发展，为模具企业彻底摆脱传统的管理模式，全面实施现代企 业的信息化管理提供了有力的支持。应用p d m 技术，以设计模型为依据，为模具生产管理 构建统一的信息模型，可对模具设计、制造全过程信息实施有效的管理，确保模具在不同 阶段所需信息的准确一致和实时有效。 模具产品由若干零部件组成，相互之间有一定的约束关系和复杂的借用关系；用户要 查询有关的信息，要花费大量的时间；对设计和制造b o m ( b i l lo fm a t e r i a l s ) 不一致、不 同用户对产品配置和b o m 有不同的要求等问题，必须建立合理的产品结构模型，实现统一 的产品物料清单，充分发挥计算机技术的优势，对系列产品的不同版本进行有效的组织和 管理，为p d m 系统的建立打下基础 2 3 】。 产品结构模型是实现p d m 系统的关键技术【”，文献【”】介绍了面向数据库技术的产品 结构模型，文献【2 6 】主要研究了面向对象的产品结构模型。总的来看，这种产品结构模型主 要反映产品的装配关系，不能全面合理地包容相关产品数据，尤其是对企业广泛应用的借 用件没有进行处理，也没有进行有效的产品定义扩展，很难适应现代企业对产品数据管理 的要求。针对这一现状，在总结具设计、制造过程特点的基础上，运用面向对象方法，结 合关系型数据库的特点，p d m 实施经验和注塑模研究了注塑模具企业中基于p d m 系统 环境的产品结构管理子系统的建立及其实现技术。 1 3 2 课题主要研究内容 p d m 是从2 0 世纪8 0 年代发展到如今已经成为继e r p 之后企业信息化最主要的平台。 它的功能模块从最初的c a d 图档管理系统发展到如今已经包括电子仓库和文档管理、工 作流与过程管理、产品结构与配制管理、零件分类管理、工程变更管理、项目管理、电 子协作、集成工具、浏览和圈阅等各大模块。本论文从最核心的产品结构管理的功能入 手，不求面面具到，力求结合自主开发的注塑模具p d m d ? 的p s m 子系统将模具产品结构 的概念、相关技术、开发流程阐述的尽量详尽。本论文将在以下方面有自己的特色和创 新： f 1 1 参阅有关p d m 系统的发展历史和发展趋势，分析p d m 系统的功能、结构以及与 产品结构管理的关系，明确注塑模具产品结构管理在模具企业信息管理中的核心地位以 及实施的意义； f 2 1 研究注塑模具产品结构形成的实际过程，结合产品结构管理理论，明确注塑模具 产品结构管理的实施步骤和内容： f 3 ) 基于注塑模具产品零部件分类和零部件信息模型，研究注塑模具产品结构模型 大连理工大学硕士研究生学位论文 和产品结构的信息模型及其相关的实现技术； ( 4 ) 对系统进行面向对象的建模，划分系统总体功能结构确定系统中的对象，建立系 统数据库； ( 5 ) 研究注塑模具产品结构管理中版本管理、图文档信息的管理方法、结构树的创建 方法以及产品结构管理多视图管理方法； ( 6 ) 基于系统模型和相关方法实现系统各个模块，开发注塑模具p d m 中产品结构管 理的原型系统。 洪锡君：注塑模具p d m 中产品结构管理的研究与开发 2p d m 中产品结构管理概述 2 1 产品结构管理与p d m 的关系 p d m 系统是一个开放的系统，它以网络环境下的分布式数据库技术为支撑，采用 客户机服务器体系结构和面向对象的设计方法，实现对产品全生命周期中的信息管理， 以及工作流程和项目进展的协调与控制，从而在企业范围内建立一个并行化的产品开发 协作环境。在p d m 体系结构中，产品结构管理( p r o d u c ts t r u c t u r em a n a g e m e n t ) 是重要的 组成部分，产品结构的设计在p d m 系统的设计过程中，处于非常重要的地位【2 ”。 产品结构与配置管理在各大功能模块中占核心地位，它是联系其它模块的纽带。产 品结构最初由设计部门设计者决定，反映的是c a d 系统开发的设计视图，以树状表示， 能很好的表达产品的组成。产品结构树的根节点代表产品，枝节点和叶节点分别表示部 件和零件，是p d m 中信息流动的载体和骨架。p d m 系统通过对附加在结构树上的数据 以及数据流进行管理和控制将企业中的各个系统有机地组织在一起，实现了企业中信息 的集成、过程的集成和人的集成，这对于企业的信息化过程来说是非常关键的。那么实 现产品结构管理是企业信息化的第一步。在p d m 之前制造业信息化进程中最具影响力的 一大信息平台是e r p 。起源于2 0 世纪6 0 年代的e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 系统是如 今众所周知的企业信息化平台。它针对企业级资源的管理，以生产经营、计划管理为主 线，经过将近半个世纪的发展，功能不断扩展，目前已包括物料清单、生产计划大纲、 主生产计划、粗能力需求计划、物料需求计划、车间作业管理、库存管理、财务管理、 客户定单管理、人力资源计划等功能。它同p d m 的功能都在不断的扩展形成了许多交叉 功能，例如零件分类、物料清单、产品的结构、产品配置、组件信息等。这些功能归结 起来都属于产品结构管理。产品结构管理是当前两大信息平台重叠最多的部分，它既是 e r p 的核心也是p d m 的核心。而e r p 只要服务于生产制造。在e r p 系统中，作为核心的 产品结构定义了零件和零件在车间的装配过程，主要反映产品信息的规划视图，是面向 材料和生产过程的。p d m 系统主要服务于工程设计，产品结构管理主要面向产品能力和 配置，反映的是c a d c a e c a m 开发的设计视图。产品结构是e r p 系统和p d m 系统集成 的纽带 2 s , 2 9 1 。 2 2 产品结构管理 产品数据管理的主要功能模块有文档管理、产品结构与配置管理、工作流程管理等， 其中产品结构与配置管理是p d m 系统的重要组成部分，它以电子仓库为底层支持，以 b o m y o 其组织核心，把最终定义产品的所有工程数据和文档联系起来，实现产品数据的 大连理工大学硕士研究生学位论文 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、计划视图等。 产品结构管理基本功能主要包括以下几个方面： ( 1 ) 产品结构树的创建与修改； ( 2 ) 产品零部件与相关信息( 供应商、材料、文档等) 的关联； ( 3 ) 产品零部件的版本控制和变量定义，可选件、替换件的管理； ( 4 ) 产品结构配置规则的定义，根据配置规则自动输出b o m ； ( 5 ) 支持对“零部件或子部件被哪些部件采用”和“部件采用了哪些零件或 子部件”的查询与文档的查询； ( 6 ) 产品结构的多视图管理； r n 系列化产品结构视图管理。 2 2 1 产品结构管理定义 产品结构管理p s m ( p r o d u c ts t r u c t u r em a n a g e m e n t ) ，主要管理产品的结构和配置，指 的是对扩展的产品结构树本身及产品结构所涉及的产品数据的一种操作。这种操作包括 通过产品结构树对产品数据进行的创建、维护、存储、检索和使用，它面向产品功能以 及产品的配置，反映设计状态的产品结构。 产品管理的目标是为了得到产品是否按预期的目标执行所须的信息。它主动控制设 计过程的中间数据及文档的显示、查询、追踪产品数据。使设计及管理人员在每一时刻 都能访问到正确的和相关的信息。 产品结构管理对产品数据的一种典型使用是以各种b o m 表的形式形成产品结构的 多方面视图。如设计视图、装配视图、制造视图、计划视图等。换言之产品结构管理以 电子仓库为底层支持，以材料明细表b o m 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的约束 下，向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述。 产品结构管理( p s m ) ，以整个企业为整体，以产品为核心，是产品生命周期中各种 功能和应用系统建立直接联系的重要工具，也是涉及过程进展的直接体现者。在p d m 的 体系结构中，p s m 是重要的组成部分【3 u j 。 2 2 2 产品结构管理的组成 ( 1 ) 产品结构层次关系管理。产品是由一系列互相关联的零部件组成，部件指的是按 照特定的装配关系组装起来的一组相互关联零件。一系列零件和部件有机的装配在一起 就构成了产品。产品按部件分解，部件再分解成子部件和零件，由此形成的分层树状机 构就是产品结构树。产品结构树以树状表示，能很好的表达产品的组成。产品结构树的 根节点代表产品，枝节点和叶节点分别表示部件和零件。产品结构管理可以实现产品及 洪锡君：注塑模具p d m 中产品结构管理的研究与开发 相关信息的有效的、直观的管理。在产品结构树中，每个零件、部件对象都有自己的属 性，如零( 部) 件的标识码、名称、版本号、数量、材料、类型等。在p s m 系统中查 询零( 部) 件时，可以按照单个或多个属性进行单独或联合查询，以获得零件的详细情 况，如按照类型“借用件”的属性查询就可以得到相关部门关心的借用件信息。 图2 1 产品结构及其基本属性 f i g 2 1p r o d u c ta r c h i t e c t u r ea n dp r o p e r t i e s ( 2 ) 基于产品结构的文档关系管理。产品结构建立起来候，就得到了产品结构树，但 这还不足以完全描述一个产品，这时需要设计人员给产品结构中的各个节点添加产品的 其他信息( 特征属性信息、图纸文档等引用信息) ，这样就把产品结构和其相关的一些 信息联系起来。但对于企业不可能将所有的产品结构都独立存储，而是通过分类进行管 理，对象( 如产品、部件、零件等) 与其相关的信息( 图纸文档等引用信息) 并不直接发 生联系。通过文件夹作为连接对象与文档的桥梁，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，数据文件等的分类管理。图2 2 表示了对象、文件夹、文档 的关系。 图2 2 对象、文件夹、文档间的关系 f i g 2 2t h er e l a t i o n b e t w e e no b j e c ta n di n f o r m a t i o n ( 3 ) 版本管理。通常产品的设计过程是个连续、动态的过程。一个设计对象在设计过 程中不断修改，会产生许多版本版本不仅包含了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和与其相关联对象的联系，例如。零部件对象版本与文档版本的 大连理工大学硕士研究生学位论文 关联性一个对象的多个版本间应该又联系，并且还应有识别每个版本的有效条件。此外， 版本应有标识号，一种是按版本产生的时间顺序记为a ，b ，c ；另外一种是按照正整 数的顺序，以时间的先后依次记为1 、2 、3 ，有时两种形式混合使用。常见的版本管理 模型有两种：线形版本模型和树状结构版本模型，见图2 3 线性版本模型是最简单的模 型，它是根据版本产品的时间顺序依次排列的。当产生一个新版本时，系统自动赋予一 个新版本号。线性模型能够很好地描述版本顺序产生的情形，其缺陷是不能区分是新设 计产生的版本，还是在前一个版本的基础上修改的版本，即它不能用于有多种可选设计 方案的情况。 o h 线性版本模型树状版本模型 图2 3 版本管理模型 f i g 2 3t h em o d e lo fe d i t i o nm a n a g e m e n t 树状结构版本模型正好能够弥补线性版本模型的缺陷。在该模型中，一个特定的路 径就反映了一种设计方案的版本繁衍过程，如图2 3 ( b ) 表明了某对象具有两种设计方案， 在b 版本基础上形成了可选c 版本和e 版本；在c ，e 基础上分别有修订后的d 版本和f 版本既是其一版本的修订版本，又是两种设计方案的终止版本。 图2 4 不含版本的零件文档结构 f i g 2 4t h e s t r u c t u r eg r a g ho fp a r tw i t h o u te d i t i o n l l 一 图2 5 包含版本的零件文档结构 f i g 2 5t h es t r u c t u r e 铲a 9 1 lo fp a r tu s i n ge d i t i o n 洪锡君：注塑模具p d m 中产品结构管理的研究与开发 增加了版本属性后，产品结构关系的复杂性明显增加。图2 4 说明了不含版本的零 件与文档之间的结构关系，这是可以直接建立零件对象与其相关的文档信息( 如实体模 型、二维图纸、测试数据、工艺文件与n c 代码) 之间的关系。图2 5 说明了包含版本的 零件与文档之间的结构关系，零件有不同的版本，而文档信息也有自己的版本，这时在 结构关系中表述了不同版本之间的匹配关系。图2 4 与图2 5 上的信息可能分布在不同 的计算机、操作系统上，分别属于不同的电子仓库和p d m 用户，物理上存储在不同的文 件系统和数据库中。 ( 4 ) 产品结构多视图管理。产品材料明细表b o m 集中反映了产品结构的汇总信息， 它描述了产品结构中各个零部件的层次关系，以及零部件的属性，是产品结构管理的核 心。产品结构管理的核心b o m 表记录的是制造某种产品所需的组成件或配方原料的信 a 设计视图