摘要: 阐述了产品数据管理（PDM）作为并行工程集成框架和使能技术的作用，并结合863/CIMS并行工程民用推广项目齐齐哈尔并行工程，提出了基于Windchill的产品数据管理系统体系框架，研究了PDM的实施途径和方法。
1. 引言
传统的顺序工程设计方法在设计的早期不能全面考虑后续过程的多种要求，产品总是从一个部门递交给下一个部门（例如：设计处——>工艺处——>生产制造车间——>总装车间等），各部门又都根据各自的需要进行修改，从而造成产品开发环节的不断反复，使产品存在较多缺陷。而并行工程是集成地、并行地设计产品及相关过程的系统化方法，它通过组成多学科产品开发队伍、改进产品开发流程、利用各种计算机辅助工具等手段,使产品开发的早期阶段能及早考虑下游的各种因素,达到缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本，从而增强企业竞争能力的目标。MESPACE PREFIX = O />
并行工程要求把产品信息和开发过程有机地集成起来，做到把正确的信息、在正确的时间、以正确的方式、传递给正确的人。这就需要一定的软件支持，而随着产品数据管理系统自身功能的不断发展完善，它已经可以作为并行工程的支撑环境。PDM是管理所有与产品相关的信息和过程的技术，它包括：（1）与产品相关的所有信息，即描述产品的各种信息，包括部件信息、结构配置、文件、CAD图、审批信息等等。（2）与产品相关的所有过程，即对这些信息的定义和管理，包括信息的审批、分配以及更改等等[2]。PDM的典型功能包括文档管理/电子仓库、应用工具的封装集成、产品结构配置管理、过程和工作流管理等。作为支撑环境PDM系统从三个层次上支持并行工程。首先，PDM是成熟的信息集成平台。它支持异构、分布式的计算机环境，是目前最好的CAD/CAE/CAM集成平台，并通过封装、接口、集成这三个层次上的应用集成有效地管理应用工具产生的信息；以产品结构配置为核心，它可以把与产品有关的所有信息组合在一起，从而实现产品相关信息的统一有效管理。其次，PDM有效地支持过程集成。PDM系统提供了丰富的工作流功能，而且还可以有针对地开发具有企业特色的工作过程，它更把各相关的工作流集成在产品生命周期循环中，为并行工程过程集成提供强有力的支持。最后，通过PDM增进循环式的实施过程，使人员、软件、过程相互不断的动态适应，把人、技术、管理三者紧密结合在一起，实现整体效益最大化。因而PDM可以作为并行工程的支撑环境。 在齐齐哈尔车辆厂并行工程项目中，产品数据管理系统的主要目标就是作为齐齐哈尔并行工程的支撑环境管理所有与产品（铁路货车）相关的信息和过程。目前齐厂在产品数据管理上，还基本上是以图纸为主要介质的手工管理，各系统间的数据传递依靠软盘，有时甚至需要人工重新输入，设计图纸和工艺文件等相关文档的修改以及制造过程中的更改频繁，更改指令多是依靠纸制的更改单、人工传递，容易造成操作失误、漏改或未能及时更改。其缺点是：工程设计人员的工作负荷过重，没有更多的时间考虑设计方案上的改进和采用最新技术，管理人员任务繁杂，效率较低，因而产品的周期、质量和成本受到了影响。为解决产品数据管理中存在的这些问题，支持并行工程，本文提出了基于Windchill的产品数据管理体系结构，研究了PDM的实施途径和方法。2. Windchill的基本功能与框架
Windchill是PTC公司1998年4月推出的软件产品，它是一个企业级产品信息管理系统，它以Web为中心，采用Java三段式的体系结构，管理产品整个生命周期循环，一经推出，即被认为是具有先进体系结构的最好的企业级信息管理解决方案之一。Windchill采用浏览器/Web服务器/数据库的三段式运行体系结构（图1）。 Windchill由三部分构成：Windchill Foundation、Windchill Lifecycle Application Suite（Windchill生命周期循环应用组件）和Windchill Information Modeler。
2.1 Windchill Foundation
normal style="MARGIN-TOP: 0px; MARGIN-BOTTOM: 0px; TEXT-INDENT: 21.25pt; LINE-HEIGHT: 17pt">Windchill Foundation是以Web为中心的信息构架，它充当各应用软件的平台。Foundation由Web机制和数据处理逻辑、Windchill基本类库、Foundation服务四个层次组成。Windchill Foundation的基础是以Web为中心的体系结构，它使用完整的Web机制和通讯协议。其底层数据库采用当前流行的对象关系数据库管理系统Oracle 8.x。Windchill构筑了功能丰富、可重用的基本类库包括：item类，关系类，和基本行为类等。此外，内建的对象模型封装了可重用的对象保持、搜索引擎索引、访问控制、目录服务、对象所有权、并发和加解锁、对象版本、对象结构、以及大量其它的公共活动。Windchill Foundation再以基本类库上的高层应用服务形式提供一系列可重用的服务。这些服务都带有完整的用户界面，它们包括企业级文档管理和电子仓库、生命周期管理、工作流、系统监控等。
2.2 Windchill生命周期循环应用软件组件
normal style="MARGIN-TOP: 0px; MARGIN-BOTTOM: 0px; TEXT-INDENT: 21.25pt; LINE-HEIGHT: 17pt">在Windchill Foundation提供的服务之外，Windchill还将提供一套综合的企业应用软件组件，包括：Windchill产品数据管理（PDM）、Windchill ProductView、Windchill零部件和供应商管理（CSM）、Windchill内容库、Windchill产品配置器、Windchill过程规划软件、Windchill企业产品建模软件（EPM）等。
normal style="MARGIN-TOP: 0px; MARGIN-BOTTOM: 0px; TEXT-INDENT: 21.25pt; LINE-HEIGHT: 17pt">Windchill PDM提供了产品结构管理、BOM视图管理和更改管理等功能模块。Windchill产品结构管理使用户能够创建和修改BOM表的多种不同视图。它还结构化管理零件号以反映产品配置信息，并提供相关文档（例如，任意类型的文件或文件集及其属性）的交叉索引。用户能够动态生成表示产品单元特定配置的简单BOM表。通过一个类似于资源管理器的浏览器，用户可以快速地浏览、查询和查找相关对象并得到相关的其它信息。Windchill BOM视图管理提供管理产品结构多视图的能力，包括如建模视图、设计视图、规划视图、组合视图和维护视图等。Windchill更改管理提供报表，管理产品发布，管理零件、相关文档和产品结构更改的功能。
2.3 Windchill Information Modeler：
normal style="MARGIN-TOP: 0px; MARGIN-BOTTOM: 0px; TEXT-INDENT: 21.25pt; LINE-HEIGHT: 17pt">Windchill Information Modeler是面向对象的应用开发环境，它既支持Windchill 的客户化工作，又支持完全的重新开发，它是Windchill的二次开发工具。Windchill Information Modeler支持需求分析和应用设计，接着由逻辑应用软件模型生成可运行软件。Windchill Information Modeler由Windchill Object Model、对象模型的图形化开发工具、Windchill System Generator（Windchill系统生成器）以及Symantec Visual Cafe等组成。
3. 支持并行工程的产品数据管理框架
3.1 基于Windchill的PDM系统体系结构：
normal style="MARGIN-TOP: 0px; MARGIN-BOTTOM: 0px; MARGIN-LEFT: 0.25pt; TEXT-INDENT: 21pt; LINE-HEIGHT: 17pt">PDM系统的总体目标是建立一个支持并行工程的分布式产品数据管理环境，实现信息共享及CAD/CAE/CAM系统和其它应用系统与PDM系统的集成，使产品数据得到全面管理；建立支持并行化产品开发流程的过程和工作流管理系统，实现工作流程自动化。根据齐齐哈尔车辆厂的应用需求和Windchill软件本身的功能，建立PDM系统的体系结构（图2），其中基本环境管理、应用工具的封装与集成、文档管理/电子仓库、并行化产品开发流程和过程管理四个模块以Windchill基本构架为基础经功能配置或应用开发实现；产品结构配置管理和BOM视图管理这两个模块以Windchill PDM为基础，经过功能配置或应用开发实现。
l 建立分布式异构平台的产品数据管理环境，这部分工作主要包括：硬件和网络环境的设定；软件安装（如操作系统、Oracle、Windchill、Java、Web&Email、浏览器等）和环境设定；安全和系统监控，如防火墙、访问Server时的身份验证等；还包括用户/组的定义、域的定义、索引策略、项目和角色定义等；系统备份和恢复功能。
l 实现不同层次应用工具的封装、接口、集成，根据实际需要及投入/产出比针对各种应用工具分别采取相应的策略：通过Windchill提供的Pro/INTRAlink Gateway实现与Pro/ENGINEER的数据接口，与其它主要的CAX、DFX工具建立必要的数据接口，对大量其它应用工具进行封装，实现工具、数据的有效集成。
l 建立电子仓库，实施全面的文档管理。要管理的数据包括CAD文件、各种分析文档、电子表格、多媒体信息、图象文件等等。通过统一的图形化用户界面（GUI），使分布的产品开发团队成员可以实时共享各种产品数据；建立适合企业自身特点的电子信息仓库；确定产品数据的版本管理模式，使版本得以控制，以保证共享中产品数据文档的一致性；确保产品数据的安全共享和即时传输。
l 实现产品结构配置管理和BOM多视图管理，以产品结构为核心、以产品对象为基本单元组织数据，建立统一的产品数据模型，把数据、相关资源连接成一个统一整体，以维护全生命周期中产品数据的一致性和完整性。
l 实现并行产品开发过程数据流程和变更过程管理，主要包括：实现产品设计预发布、审批发放流程、工程更改流程等，并实现变更数据的跟踪维护。
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normal style="MARGIN-TOP: 0px; MARGIN-BOTTOM: 0px; LINE-HEIGHT: 17pt"> 如图3所示，应用开发有两条基本途径：一是由Rational Rose参照Windchill的UML参考对象模型为应用建模，然后将Rose模型提交给Windchill系统生成器，生成应用扩展；一是利用内嵌的Sun公司Symantec Cafe软件，通过它们客户化Windchill并扩展相应的对象、接口、方法、模板，以满足功能需求。在Symantec Cafe集成开发环境下，利用Java语言环境以及商业Java Beans、Windchill基本对象类、方法类和GUI组件，生成客户端浏览器动态网页，同时扩展Java服务器的对象模型和方法库。
normal style="MARGIN-TOP: 0px; MARGIN-BOTTOM: 0px; TEXT-INDENT: 21.25pt; LINE-HEIGHT: 17pt">PDM系统从效益驱动、分步实施、重点突破的原则出发，拟采用循环增进式的实施方式。首先，以系统功能为横轴、实施阶段为纵轴，实行项目分解。在纵向把项目分解为功能目标相对独立的子项目，再按子项目的内在逻辑规律沿纵轴的阶段和时间顺序排列，同时考虑效益优先的原则。以此功能-阶段视图为基础，初步形成总体实施规划。其次，每个子项目的实施过程都是一个不断循环的过程，要经过数据收集、分析综合、工作流程改进、系统创建配置、评审再反馈等五个阶段，并不断地反复以实现最优化。
4. 结论
实施并行工程是企业面对激烈的市场竞争所应采取的有效措施之一，由于特定的功能和结构，PDM系统能够从信息集成、过程集成和人、技术、管理的紧密结合三个层次为并行工程提供支持，所以可以作为并行工程的支撑环境。而PDM系统的实施是一个相当复杂的过程。本文根据齐厂的应用需求情况，提出了基于Windchill的PDM系统体系结构，其主体结构包括基本环境管理、应用工具的封装与集成、文档管理/电子仓库、并行化产品开发流程和过程管理、产品结构配置管理以及BOM视图管理等六个模块；研究了系统的应用开发过程，提出了基于Windchill系统生成器和商用Java集成开发环境的两种方式应用开发方法，并探讨了PDM系统增进循环式的实施方法。
