基于PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的產(chǎn)品維修性設(shè)計
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產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 (Product Data Management,簡稱
PDM)是 80年代開始興起的一項管理企業(yè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)與產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)的技術(shù)，它繼承和發(fā)展了設(shè)計資源管理、設(shè)計過程管理、信息管理等各類系統(tǒng)的優(yōu)點，并應(yīng)用了并行工程方法學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫和面向?qū)ο蟮燃夹g(shù)，有效地解決了企業(yè)信息集成、過程優(yōu)化管理等企業(yè)“瓶頸”問題[2 ]。
利用PDM在產(chǎn)品設(shè)計、制造過程中能夠管理所有與產(chǎn)品有關(guān)的信息與過程的特點，將產(chǎn)品設(shè)計中的維修性要求自然融合到產(chǎn)品的整個設(shè)計和制造過程中去，使得產(chǎn)品能夠獲得良好的維修特性，也避免了產(chǎn)品設(shè)計過程中因未能達到指定維修性要求而產(chǎn)生的在時間、資源等方面的重復(fù)和浪費。基于PDM的產(chǎn)品維修性設(shè)計改變了以往產(chǎn)品維修性設(shè)計不能完全融入產(chǎn)品的設(shè)計過程的局面，能夠很好的體現(xiàn)并行工程的設(shè)計理念。
一、 PDM結(jié)構(gòu)與功能特點
美國制造業(yè)信息咨詢公司CIMdata總裁Ed. Miller認為PDM的定義應(yīng)是：PDM是一門用來管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息 (包括零件信息、配置、文檔、CAD文件、結(jié)構(gòu)、權(quán)限信息等 )和所有與產(chǎn)品相關(guān)的過程 (包括過程定義和管理 )的技術(shù)。
PDM是系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的分布式數(shù)據(jù)處理技術(shù)為支撐 ,采用客戶端 /服務(wù)器 (Client/Server)體系結(jié)構(gòu)和面向?qū)ο?(Object Oriented)的設(shè)計方法，實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的信息管理，協(xié)調(diào)控制工作流程和項目進展，在企業(yè)范圍內(nèi)建立一個并行化產(chǎn)品開發(fā)協(xié)作環(huán)境。
PDM的體系結(jié)構(gòu)分為四層：（如圖1所示）。
第一層是支持層。目前的PDM一般以通用的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫作平臺，利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫的存、取、刪、改、查等基本的數(shù)據(jù)管理功能。
第二層是面向?qū)ο髮印DM系統(tǒng)將其管理的動態(tài)變化數(shù)據(jù)的功能轉(zhuǎn)化幾個、幾十個、甚至幾百個二維關(guān)系型表格，實現(xiàn)面向產(chǎn)品對象管理的要求。
第三層是功能層。在面向?qū)ο髮拥幕A(chǔ)上，根據(jù)PDM系統(tǒng)的管理目標，在PDM系統(tǒng)中建立相應(yīng)的功能模塊。
第四層是用戶層，包括開發(fā)工具層和界面層。
PDM軟件系統(tǒng)一般提供九大功能：數(shù)據(jù)倉庫及文檔管理功能、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)編輯功能、產(chǎn)品配置管理功能、工作流控制功能、分類編碼與檢索功能、項目管理功能、應(yīng)用集成和開發(fā)工具[3]。這些功能強調(diào)了以下一些特點：
1)數(shù)據(jù)共享、安全性和完整性；
2)實施范圍在企業(yè)內(nèi)部的最大化；
3)現(xiàn)有ＰＤＭ對項目管理功能設(shè)置較弱；
4)更好的利用富有創(chuàng)造力的團隊精神，提高設(shè)計效率，提高生產(chǎn)效益；
5)強調(diào)應(yīng)用工具的封裝、集成與功能強大的接口。
二、 當前產(chǎn)品維修性設(shè)計中的新問題
隨著產(chǎn)品設(shè)計制造技術(shù)的飛速發(fā)展，在產(chǎn)品的維修性設(shè)計中也不斷的暴露出一些問題。這些問題的出現(xiàn)極大的阻礙了產(chǎn)品設(shè)計和制造業(yè)的進一步發(fā)展，急需盡快解決。
當前在裝備型號研制中主要存在著以下幾個問題：
1. 維修性設(shè)計與工程設(shè)計的結(jié)合的緊密性問題。目前的維修性設(shè)計工作在裝備設(shè)計部門一般由專業(yè)設(shè)計室承擔(dān)，也有個別單位（型號）采用設(shè)計師兼管維修性設(shè)計，在裝備設(shè)計過程中進行維修性分配與預(yù)計工作。設(shè)計單位的可靠性室，一般說來，協(xié)助主管總師進行可靠性、維修性的管理工作。因此，維修性設(shè)計往往不是由專職的維修性工程師來進行的，主要是靠各專業(yè)的設(shè)計人員來完成，但是他們往往對維修性設(shè)計技術(shù)不夠了解或不夠熟悉，甚至不夠重視。
2. 維修性設(shè)計手段單一，與工程需要不適應(yīng)。目前，型號維修性設(shè)計工作主要的依據(jù)就是已頒布的GJB368A《裝備維修性通用大綱》、GJB/Z 57《維修性分配與預(yù)計手冊》。個別單位引進了預(yù)計、分配軟件，但是由于種種原因，這些軟件也沒有得到很順利的應(yīng)用，維修性工作基本上還是采用手工作業(yè)的方式進行。而維修性設(shè)計工作，和其他專業(yè)的設(shè)計工作一樣，要求在設(shè)計過程中不斷的、反復(fù)的進行維修性分析迭代，以反映出對裝備維修性設(shè)計的影響，但手工作業(yè)顯然不能滿足要求。
3. 與工程CAD的發(fā)展不協(xié)調(diào)。當前產(chǎn)品設(shè)計和研制過程都依靠以計算機輔助為手段的先進設(shè)計工具，而且逐步發(fā)展到整個產(chǎn)品設(shè)計研制過程要并行的進行、要在一個統(tǒng)一的平臺上進行數(shù)據(jù)和信息的管理，以實現(xiàn)先進設(shè)計理念的要求。這對維修性設(shè)計又提出了新的要求。
> 4. 與當前并行設(shè)計理念不能很好的共容。目前，對維修性的研究尚未納入并行設(shè)計中，這使得在產(chǎn)品設(shè)計階段很難真正考慮到維修性，很難將維修性真正設(shè)計到產(chǎn)品中去。要達到并行工程的要求，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計研制的并行工作，就要求產(chǎn)品開發(fā)模式由新的改變，就需要以并行工程的組織模式——集成產(chǎn)品開發(fā)團隊(IPT：integrated product team)模式展開工作，維修性設(shè)計作為產(chǎn)品設(shè)計的一個部分，當然也要適應(yīng)并行設(shè)計的要求。
利用PDM在產(chǎn)品設(shè)計、制造過程中能夠管理所有與產(chǎn)品有關(guān)的信息與過程的特點，將產(chǎn)品設(shè)計中的維修性要求自然融合到產(chǎn)品的整個設(shè)計和制造過程中去，可以較好的解決所提出的這些問題。
三、 基于PDM的產(chǎn)品維修性設(shè)計
3.1 并行維修性設(shè)計是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計研制的必然趨勢
傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計制造模式，又稱為“串行工程”、“拋過墻式”作業(yè)，其產(chǎn)品開發(fā)的過程順序完成，每一過程的開始是以上一個過程的結(jié)束作為前提，各個過程之間基本上是獨立的，彼此缺乏信息的交流，常常造成設(shè)計修改大循環(huán)，嚴重影響產(chǎn)品的上市時間、質(zhì)量和成本。因此造成產(chǎn)品的可制造性、可裝配性和可維護性差；不能對現(xiàn)有的設(shè)備、工具和人力等各種資源進行最優(yōu)化利用。
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，市場要求企業(yè)以最短的時間開發(fā)出質(zhì)量最高、用戶可接受的新產(chǎn)品。那種不注重產(chǎn)品開發(fā)的企業(yè)將在市場競爭中處于劣勢。迅速開發(fā)出滿足用戶需求的新產(chǎn)品并盡快上市成為企業(yè)贏得市場競爭的關(guān)鍵。要解決這些問題，必須改變長期以來傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式。
1986年美國國防部防御分析研究所（IDA）發(fā)表了非常著名的R-338報告，提出了“并行工程”（Concurrent Engineering：CE）的概念，將其定義為對產(chǎn)品及其相關(guān)過程進行并行、一體化設(shè)計的一種系統(tǒng)化的工作模式[4]。它特別強調(diào)在設(shè)計階段應(yīng)該全面考慮產(chǎn)品生命周期內(nèi)各個階段對產(chǎn)品的設(shè)計需求，使得產(chǎn)品在設(shè)計階段便具有良好的可制造性、可裝配性、可維護性及回收再利用等方面的能力，從而最終達到縮短產(chǎn)品研制開發(fā)周期（T）、全面提高產(chǎn)品質(zhì)量（Q）、降低產(chǎn)品成本（C）及改善售后服務(wù)（S）的目標。實踐證明：并行工程是達到改善產(chǎn)品TQCS目標的有效方法。
目前，對維修性的研究尚未納入并行設(shè)計中，這使得在產(chǎn)品設(shè)計階段很難真正考慮到維修性，很難將維修性真正設(shè)計到產(chǎn)品中去。并行設(shè)計要求同時考慮壽命周期中的各種因素，而維修性是壽命周期中的一個重要因素，因此，維修性必然是并行工程所要研究的一個重要內(nèi)容。事實上，維修性和產(chǎn)品的TQCS指標有著密切的關(guān)系，對其均有重要影響。
解決維修性的根本出路在設(shè)計，而要在設(shè)計階段解決維修問題，即進行維修性設(shè)計必然會影響到研制進度。但是實踐證明，在設(shè)計階段解決維修問題是十分必要也是十分有益的，它能夠有效的縮短產(chǎn)品研制開發(fā)周期。
并行設(shè)計強調(diào)在設(shè)計開始就考慮壽命周期中的所有因素，而維修是產(chǎn)品的研制、使用過程必然的延伸，是產(chǎn)品壽命周期鏈條中的重要環(huán)節(jié)，在并行設(shè)計的過程中必須考慮產(chǎn)品的維修性。并行維修性設(shè)計是在并行設(shè)計框架下集成與維修相關(guān)的各種信息并進行優(yōu)化利用的活動，除了維修性方面的信息外，它也能將維修保障系統(tǒng)所需的物質(zhì)資源、人力資源、信息資源及維修組織機構(gòu)與維修制度等基本要素集成進來，從而將維修性設(shè)計與維修性管理等工作統(tǒng)一起來、聯(lián)系起來，即將維修性工程與維修工程集成到一起。
3.2 PDM能為實施并行維修性設(shè)計提供集成框架支持
進行并行維修性設(shè)計就是要將與維修性相關(guān)的一切活動有序地組織到并行設(shè)計環(huán)境中。為了成功地實施并行維修性設(shè)計，離不開并行設(shè)計集成框架軟件的支持。并行設(shè)計框架是構(gòu)造和支撐集成的并行設(shè)計環(huán)境的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，是產(chǎn)品并行設(shè)計的開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境。
所謂“集成框架”，是在異構(gòu)、分布式計算機環(huán)境中能使企業(yè)內(nèi)各類應(yīng)用實現(xiàn)信息集成、功能集成和過程集成的軟件系統(tǒng)。隨著產(chǎn)品設(shè)計研制技術(shù)的不斷發(fā)展，企業(yè)規(guī)模的不斷擴大，企業(yè)集成信息模型越來越復(fù)雜，對信息控制和維護的有效性、可靠性和適時性要求越來越高，迫切需要尋求更高層次上的集成技術(shù)，能夠提供高層次的信息集成管理機制，從而提高整個產(chǎn)品設(shè)計過程的運作效率。
PDM為并行設(shè)計提供統(tǒng)一的產(chǎn)品及相關(guān)數(shù)據(jù)的管理、通信、產(chǎn)品的生命周期管理等服務(wù)功能，它是并行設(shè)計的實施平臺，是其他各工具工作的環(huán)境與基礎(chǔ)。PDM作為支持并行工程的使能技術(shù)，能支持異構(gòu)的計算機環(huán)境，包括不同的網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫，能提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與共享，PDM還能夠非常方便的實現(xiàn)對應(yīng)用系統(tǒng)的封裝、過程的管理與監(jiān)控及虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)等。
并行維修性設(shè)計采用集成化與并行化的思想來進行產(chǎn)品維修性設(shè)計，強調(diào)在信息集成基礎(chǔ)上的功能集成、過程集成，PDM支持并行工程，不僅想MIS系統(tǒng)和MRPII系統(tǒng)傳遞所需信息，而且ERP（相當于MIS系統(tǒng)和MRPII系統(tǒng)的集成）中產(chǎn)生的于產(chǎn)品維修性設(shè)計信息，也使由PDM 系統(tǒng)來傳遞的。
由此可見，PDM能夠很好的為實施并行維修性設(shè)計提供集成框架支持。
3.3 基于PDM的產(chǎn)品維修性設(shè)計結(jié)構(gòu)
基于PDM的產(chǎn)品維修性設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2所示。PDM系統(tǒng)是建立在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理平臺上的面向?qū)ο蟮膽?yīng)用系統(tǒng)，產(chǎn)品維修性設(shè)計工作通過PDM平臺、通過開發(fā)的相應(yīng)的應(yīng)用工具，實現(xiàn)與其他專業(yè)設(shè)計工作同步開展，并行設(shè)計的目標。基于PDM的產(chǎn)品維修性設(shè)計系統(tǒng)能夠滿足維修性設(shè)計工作中明確要求、了解約束，系統(tǒng)綜合、同步設(shè)計，早期投入、預(yù)防為主和糾正缺陷、實施增長的一般原則。
PDM數(shù)據(jù)庫采用面向?qū)ο蟮年P(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它能夠支持豐富的語義和復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，可以對PDM系統(tǒng)廣泛的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用要求提供支持。
通過PDM系統(tǒng)，可以開發(fā)出良好的圖形和標準化用戶界面，還可以進一步開發(fā)人機交互界面，為用戶提供更加友好、易于操作的界面。應(yīng)用PDM系統(tǒng)平臺，還可以為下一步采用更為先進的體系結(jié)構(gòu)（如分布式數(shù)據(jù)庫等）、采用WEB使能技術(shù)和提供更為強大的功能提供支持。