PDM系統(tǒng)在航天三維設(shè)計(jì)過(guò)程管理中的應(yīng)用

/北京宇航系統(tǒng)工程研究所

產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）是一門用來(lái)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(guò)程（包括過(guò)程定義和管理）的技術(shù)。PDM系統(tǒng)是企業(yè)信息化基礎(chǔ)平臺(tái)，標(biāo)志著現(xiàn)代企業(yè)信息化建設(shè)和應(yīng)用水平，自20世紀(jì)末應(yīng)用以來(lái)，在國(guó)內(nèi)外航空、汽車、艦船等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。近幾年，我國(guó)各航天企業(yè)引進(jìn)或建設(shè)PDM系統(tǒng)，以期為型號(hào)產(chǎn)品數(shù)字化研制提供基礎(chǔ)支撐，同時(shí)還開(kāi)展了產(chǎn)品生命周期管理（PLM）的研究和應(yīng)用工作。PLM是一門對(duì)所有與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)在其整個(gè)生命周期內(nèi)進(jìn)行管理的技術(shù)，包含了PDM的全部?jī)?nèi)容，PDM是PLM中的一個(gè)子集?，F(xiàn)階段，PDM系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)航天企業(yè)數(shù)字化建設(shè)和應(yīng)用的重點(diǎn)，在以三維模型為代表的設(shè)計(jì)過(guò)程管理中發(fā)揮了重要作用。

一、航天三維設(shè)計(jì)過(guò)程管理

在航天產(chǎn)品研制中，多個(gè)型號(hào)并行開(kāi)展數(shù)字化設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)量大，種類繁多，其中以三維模型為代表的設(shè)計(jì)過(guò)程管理成為了技術(shù)狀態(tài)管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為此，通過(guò)基于PDM系統(tǒng)建設(shè)協(xié)同研制平臺(tái)，對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行有效受控，突破傳統(tǒng)二維圖紙管理模式，滿足以三維設(shè)計(jì)為核心的研制需求。

在型號(hào)研制中，以PDM系統(tǒng)為統(tǒng)一辦公環(huán)境，多單位、多部門可同時(shí)參與工作，體現(xiàn)出跨單位、跨部門協(xié)同的特點(diǎn)，以三維為核心的管理模式如圖1所示。

對(duì)設(shè)計(jì)單位來(lái)說(shuō)，PDM系統(tǒng)主要用于三維數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)過(guò)程管理，完成審簽、更改、偏離、分發(fā)等設(shè)計(jì)過(guò)程的技術(shù)狀態(tài)控制，并通過(guò)分發(fā)流程將受控的數(shù)據(jù)發(fā)送到生產(chǎn)單位（見(jiàn)圖2）。同時(shí)，生產(chǎn)單位用戶也可直接訪問(wèn)PDM系統(tǒng)查閱數(shù)據(jù)、參與審批等，以及參加設(shè)計(jì)單位發(fā)起的相關(guān)協(xié)同研制工作。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、基線管理、共用資源管理等屬于PDM系統(tǒng)的基本功能應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)過(guò)程管理提供基礎(chǔ)支撐。審簽管理、更改管理、偏離管理、分發(fā)管理等是三維設(shè)計(jì)過(guò)程技術(shù)狀態(tài)管理的核心功能，應(yīng)符合《航天產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件管理制度》的相關(guān)要求。三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)包括三維模型、相關(guān)聯(lián)的文檔、二維圖及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)等，在PDM系統(tǒng)中完成審簽受控后，可通過(guò)數(shù)據(jù)分發(fā)流程發(fā)送給生產(chǎn)單位。

二、基礎(chǔ)功能應(yīng)用

1.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理

圖1 以三維為核心的管理模式

圖2 航天三維設(shè)計(jì)過(guò)程

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是以電子倉(cāng)庫(kù)為底層支持，以BOM為其組織核心，把定義最終產(chǎn)品的所有工程數(shù)據(jù)和文檔聯(lián)系起來(lái)，以結(jié)構(gòu)樹(shù)的形式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的組織、管理與控制，并在一定目標(biāo)或規(guī)則約束下向用戶或應(yīng)用系統(tǒng)提供產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同視圖和描述，如設(shè)計(jì)視圖、裝配視圖、制造視圖、計(jì)劃視圖等。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在PDM系統(tǒng)中創(chuàng)建、維護(hù)和管理，并建立以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為核心的數(shù)據(jù)組織方式。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)掛接產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)或文檔，如三維模型、二維圖樣及相關(guān)技術(shù)文件等，建立緊密的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為審簽、更改、偏離、分發(fā)等技術(shù)狀態(tài)管理過(guò)程的實(shí)現(xiàn)打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)建立遵循自上而下的順序，先進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層次劃分，再進(jìn)行創(chuàng)建。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)一般分為頂層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建和實(shí)體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建2個(gè)部分，如圖3所示。頂層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)位于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的上部，反映產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)規(guī)劃，通常由總體創(chuàng)建，并嚴(yán)格控制更改。實(shí)體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)掛接在頂層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)下，是實(shí)際產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。實(shí)體產(chǎn)品的三維模型檢入PDM系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)根據(jù)模型的裝配結(jié)構(gòu)創(chuàng)建或更新相應(yīng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

2.基線管理

基線是PDM系統(tǒng)的基本功能，其以快照的形式保存數(shù)據(jù)歷史狀態(tài)，使用戶能夠快速查閱或獲取特定狀態(tài)的數(shù)據(jù)，常用于設(shè)計(jì)過(guò)程狀態(tài)保存、設(shè)計(jì)復(fù)查、數(shù)據(jù)對(duì)外發(fā)布、數(shù)據(jù)歸檔等。

在PDM系統(tǒng)中，根據(jù)不同用途將基線類別分為過(guò)程基線、狀態(tài)基線、審批基線等。其中，過(guò)程基線用以記錄設(shè)計(jì)過(guò)程，由設(shè)計(jì)師按需創(chuàng)建和維護(hù)，無(wú)需審批受控；狀態(tài)基線用以記錄型號(hào)研制某一特定技術(shù)狀態(tài)，由設(shè)計(jì)師在不同IPT成熟度下創(chuàng)建，可通過(guò)審批流程固化凍結(jié)；審批基線是在審簽、更改、偏離等審批流程結(jié)束后由PDM系統(tǒng)自動(dòng)生產(chǎn)，且自動(dòng)處于凍結(jié)狀態(tài)，不能更改，用于記錄審批時(shí)的技術(shù)狀態(tài)。

用戶常用的是過(guò)程基線和狀態(tài)基線，狀態(tài)基線可以審簽凍結(jié)。審批基線是統(tǒng)一放置、統(tǒng)一管理，常用于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)布、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)歸檔。基線記錄的內(nèi)容應(yīng)完整，包括完整的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，并能通過(guò)基線恢復(fù)三維模型歷史設(shè)計(jì)狀態(tài)。

3.共用資源管理

在三維設(shè)計(jì)中使用大量的標(biāo)準(zhǔn)件模型、電連接器模型等共用資源，復(fù)用度高。為規(guī)范三維設(shè)計(jì)過(guò)程，應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)件三維模型等共用資源統(tǒng)一管理和維護(hù)。在PDM系統(tǒng)中建立共用資源庫(kù)，包括標(biāo)準(zhǔn)件模型庫(kù)、電連接器模型庫(kù)、通用產(chǎn)品庫(kù)、設(shè)計(jì)模板庫(kù)等，并配套統(tǒng)一的建模標(biāo)準(zhǔn)和管理制度。共用資源庫(kù)對(duì)普通用戶開(kāi)放，設(shè)計(jì)師可隨時(shí)獲取其中的共用資源，以提高設(shè)計(jì)效率，同時(shí)規(guī)范三維設(shè)計(jì)應(yīng)用。

三、技術(shù)狀態(tài)管理

1.審簽管理

在PDM系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的首次送審?fù)ㄟ^(guò)審簽管理功能實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)師創(chuàng)建設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)審簽單對(duì)象，將送審的數(shù)據(jù)添加到其中，然后走審批受控。常用的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)審批流程是：設(shè)計(jì)—校對(duì)—審核—工藝—會(huì)簽—標(biāo)檢—批準(zhǔn)。由于三維模型的查閱方式、管理方法等與傳統(tǒng)二維數(shù)據(jù)有明顯區(qū)別，所以在審簽管理功能實(shí)現(xiàn)上要體現(xiàn)以下幾點(diǎn)：

一是送審數(shù)據(jù)包括三維模型、相關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)文件、二維圖、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、基線等，其中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、基線等屬于PDM特有的數(shù)據(jù)類型，這些數(shù)據(jù)可通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)快速添加到審簽單中。

圖3 型號(hào)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖

二是對(duì)于三維模型，應(yīng)結(jié)合三維模型特點(diǎn)、PDM系統(tǒng)，按照《航天產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件管理制度》的基本要求，研究制定三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的簽署規(guī)定，內(nèi)容包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的簽署完整性要求、簽署人員的權(quán)限職責(zé)、簽署方法等，為PDM系統(tǒng)審簽管理功能實(shí)施提供依據(jù)。在審批時(shí)，注意審查送審數(shù)據(jù)的完整性、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系等。

三是在審批過(guò)程中，三維模型可在輕量化模型瀏覽器打開(kāi)顯示，若要查看詳細(xì)模型信息，則需在集成環(huán)境中使用三維CAD軟件打開(kāi)模型。

四是在統(tǒng)一的協(xié)同辦公環(huán)境中，通過(guò)PDM流程可使工藝、會(huì)簽環(huán)節(jié)并行開(kāi)展，多單位、多部門可同時(shí)參與流程，以便提高會(huì)簽效率。對(duì)于外部會(huì)簽，可通過(guò)代理會(huì)簽方式將外部會(huì)簽信息錄入PDM系統(tǒng)。

五是記錄在PDM系統(tǒng)中的各級(jí)審簽信息（姓名、日期、意見(jiàn)等），可在流程中或結(jié)束后隨時(shí)查看。在審批結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)以電子簽名的方式將簽字信息打印在文檔、二維圖等的簽署欄，對(duì)于三維模型，系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建簽名附件，實(shí)現(xiàn)電子簽署。

六是審批通過(guò)后，系統(tǒng)自動(dòng)將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)狀態(tài)置為受控狀態(tài)，不允許更改，并自動(dòng)創(chuàng)建審批基線，記錄送審數(shù)據(jù)的技術(shù)狀態(tài)。

2.更改管理

圖4 更改流程

通用PDM系統(tǒng)的更改流程符合CMII規(guī)范要求，但過(guò)程控制較繁瑣，應(yīng)結(jié)合行業(yè)或企業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行適用性改進(jìn)。按照《航天產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件管理制度》的基本要求，結(jié)合PDM系統(tǒng)特點(diǎn)，通過(guò)定制和開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)更改管理功能，更改流程如圖4所示。在PDM系統(tǒng)中，通過(guò)應(yīng)用更改請(qǐng)求（ECR）和更改通告（ECN）2個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象實(shí)現(xiàn)更改管理功能，其中更改通告是實(shí)施更改的具體對(duì)象，在三維設(shè)計(jì)更改中應(yīng)用最多。

三維設(shè)計(jì)更改管理在實(shí)施上要注意以下幾個(gè)方面，同時(shí)它們也體現(xiàn)出與傳統(tǒng)二維更改的明顯區(qū)別。

一是三維模型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)屬于新數(shù)據(jù)類型，在PDM系統(tǒng)中存在緊密關(guān)聯(lián)，所以在更改三維模型時(shí)應(yīng)同時(shí)更改相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

二是應(yīng)確保更改檢入后的三維模型正確性，當(dāng)涉及上下級(jí)裝配模型的設(shè)計(jì)接口協(xié)調(diào)時(shí)，受影響方應(yīng)在更改單審批中會(huì)簽確認(rèn)。

三是更改單說(shuō)明的更改對(duì)象應(yīng)與更改通告中的更改數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，在文檔生成時(shí)，盡量實(shí)現(xiàn)代號(hào)、文件名稱等信息的自動(dòng)提取和填寫(xiě)。

四是二維更改管理規(guī)定不完全適用于三維設(shè)計(jì)更改，應(yīng)制定專門的三維更改規(guī)定，明確更改流程、更改規(guī)則、更改單編號(hào)、更改方式、換版方法、增加方法、作廢方法等內(nèi)容，以指導(dǎo)三維設(shè)計(jì)更改規(guī)范開(kāi)展。

五是更改單文檔模板應(yīng)統(tǒng)一配置，不允許更換和調(diào)整。

六是在PDM系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)化的更改信息應(yīng)與更改單中填寫(xiě)的更改信息保持一致，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)填寫(xiě)，并且不允許更改。

七是利用PDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更改信息的查詢和統(tǒng)計(jì)，特別是歷史更改的追溯和維護(hù)。

3.偏離管理

在《航天產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件管理制度》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)偏離的定義是：產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)前，對(duì)該產(chǎn)品的某些方面在限定的產(chǎn)品數(shù)量或期限內(nèi)，允許不按其對(duì)已批準(zhǔn)的現(xiàn)行設(shè)計(jì)文件要求進(jìn)行制造、試驗(yàn)的活動(dòng)。在一定程度上，可以認(rèn)為偏離屬于“臨時(shí)更改”。在PDM系統(tǒng)中，與更改管理功能相比，偏離管理功能的實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，在流程上與更改管理類似。

在三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的偏離管理實(shí)施中注意以下幾個(gè)方面：

一是應(yīng)對(duì)偏離數(shù)據(jù)的命名進(jìn)行規(guī)范，與已批準(zhǔn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分。

二是偏離數(shù)據(jù)不影響已批準(zhǔn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的正常表達(dá)，不影響已批準(zhǔn)裝配模型的的正常技術(shù)狀態(tài)。

三是二維偏離管理規(guī)定不完全適用于三維設(shè)計(jì)偏離，建議結(jié)合企業(yè)實(shí)際制定專門的三維偏離規(guī)定，以便明確偏離流程、偏離單編號(hào)、偏離數(shù)據(jù)命名等內(nèi)容，指導(dǎo)三維設(shè)計(jì)偏離規(guī)范開(kāi)展。

4.數(shù)據(jù)分發(fā)管理

基于PDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的電子分發(fā)，即將有組織的電子數(shù)據(jù)通過(guò)信息系統(tǒng)從設(shè)計(jì)單位發(fā)送到生產(chǎn)單位，發(fā)送的電子數(shù)據(jù)包括三維模型、二維圖、設(shè)計(jì)文檔、更改單、BOM信息等，常用的分發(fā)流程如圖5所示。對(duì)于正式分發(fā)，只允許發(fā)送已批準(zhǔn)數(shù)據(jù)；對(duì)于處于IPT階段的設(shè)計(jì)工藝協(xié)同，可通過(guò)預(yù)分發(fā)流程將必要的數(shù)據(jù)發(fā)送到生產(chǎn)單位，以提前備料、工藝準(zhǔn)備等。

圖5 分發(fā)流程

審批前，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的檢查，如數(shù)據(jù)完整性、是否已批準(zhǔn)等。批準(zhǔn)后，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)接收單位判斷執(zhí)行的分發(fā)方式，包括系統(tǒng)外離線分發(fā)、系統(tǒng)間數(shù)據(jù)分發(fā)、系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)分發(fā)，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的生產(chǎn)單位需求。

通過(guò)建設(shè)適用航天企業(yè)的PDM系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了三維設(shè)計(jì)過(guò)程管理，可支撐多個(gè)航天型號(hào)產(chǎn)品的數(shù)字化并行協(xié)同研制。通過(guò)不斷實(shí)踐、總結(jié)和分析積累了經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，為PLM應(yīng)用、平臺(tái)優(yōu)化升級(jí)等未來(lái)信息化建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。PDM系統(tǒng)具有管理三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，但也可管理其它CAD數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)及項(xiàng)目數(shù)據(jù)等，功能拓展值得研究。航天信息化平臺(tái)建設(shè)任重而道遠(yuǎn)，其先進(jìn)性、通用性、可擴(kuò)展性等影響未來(lái)發(fā)展，相信航天數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的建設(shè)和應(yīng)用將會(huì)得到不斷進(jìn)步?！?/p>