多站點(diǎn)在分布式PLM協(xié)同研制中的應(yīng)用研究

趙振杰 郭歡

基于分布式PLM系統(tǒng)進(jìn)行工藝與設(shè)計(jì)協(xié)同，是解決產(chǎn)品跨域協(xié)同研制模式的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文針對(duì)航天產(chǎn)品采用分布式PLM系統(tǒng)進(jìn)行工藝與設(shè)計(jì)協(xié)同的現(xiàn)狀進(jìn)行探討，提出了基于Teamcenter多站點(diǎn)協(xié)同開(kāi)展工藝與設(shè)計(jì)協(xié)同的系統(tǒng)架構(gòu)及工作模式，為分布在不同域環(huán)境中的工藝與設(shè)計(jì)部門統(tǒng)一采用Teamcenter系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同研制提供解決方案。

在我國(guó)航天產(chǎn)業(yè)從航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的過(guò)程中，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)已從降低產(chǎn)品成本、提高效率和追求質(zhì)量的競(jìng)爭(zhēng)，發(fā)展為響應(yīng)迅速、異地協(xié)同及數(shù)字化等全面滿足產(chǎn)品供方的需求競(jìng)爭(zhēng)，并進(jìn)而發(fā)展到企業(yè)原始創(chuàng)新能力的競(jìng)爭(zhēng)。越來(lái)越多的企業(yè)意識(shí)到研制創(chuàng)新不僅是成功的源泉，更是企業(yè)持久成功的基礎(chǔ)。因此，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品研制創(chuàng)新，加強(qiáng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的科學(xué)管理引起了人們的足夠重視，PLM （ProductLifecycle Management，產(chǎn)品全生命周期管理）正是在這樣的背景下產(chǎn)生的。PLM作為企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)集成管理平臺(tái)，以企業(yè)的產(chǎn)品為中心，以提高企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新能力為目標(biāo)，以信息技術(shù)和應(yīng)用軟件為手段，以企業(yè)的知識(shí)型資產(chǎn)為重要資源而建立的一個(gè)支持從概念、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)到維護(hù)整個(gè)產(chǎn)品生命周期的運(yùn)營(yíng)體系。

在數(shù)字化設(shè)計(jì)、仿真和制造等技術(shù)越來(lái)越成熟的條件下，國(guó)內(nèi)航天企業(yè)紛紛學(xué)習(xí)國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，引進(jìn)PLM系統(tǒng)開(kāi)展產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過(guò)程的全生命周期管理，以期達(dá)到轉(zhuǎn)變產(chǎn)品研制模式同時(shí)縮短產(chǎn)品研制周期的目標(biāo)。但由于國(guó)內(nèi)大多數(shù)航天產(chǎn)品由多家單位聯(lián)合承制，許多單位都依據(jù)自身的需求構(gòu)建并部署了適合自己企業(yè)的PLM系統(tǒng)，系統(tǒng)與系統(tǒng)間協(xié)同功能較差，存在嚴(yán)重的“信息孤島”現(xiàn)象。即使某些選用同一PLM系統(tǒng)而采用分布式部署方式的企業(yè)，由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮PLM系統(tǒng)間的協(xié)同及數(shù)據(jù)集成接口需求，很難基于協(xié)同研制模式開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，因此很多企業(yè)也在積極開(kāi)展基于分布式PLM系統(tǒng)組建協(xié)同研制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多廠所異地（或跨域）協(xié)同研制開(kāi)發(fā)。

一、工藝與設(shè)計(jì)協(xié)同的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)串行研制模式即產(chǎn)品設(shè)計(jì)受控后再由工藝人員開(kāi)展工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)和物料申請(qǐng)等后續(xù)業(yè)務(wù)工作。工藝與設(shè)計(jì)協(xié)同研制則強(qiáng)調(diào)工藝人員應(yīng)能夠及早獲得設(shè)計(jì)信息并有能力影響最終設(shè)計(jì)，以識(shí)別和減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題，提前開(kāi)展工藝設(shè)計(jì)及長(zhǎng)周期大型工裝設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品研制周期。相對(duì)于已經(jīng)非常成熟的二維傳統(tǒng)研制模式，基于PLM系統(tǒng)的工藝與設(shè)計(jì)協(xié)同在應(yīng)用過(guò)程中還存在以下不足。

1.數(shù)據(jù)協(xié)同過(guò)程中技術(shù)狀態(tài)難以控制

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，尤其是原理樣機(jī)階段，存在大量的產(chǎn)品設(shè)計(jì)更改，產(chǎn)品版本變化較快，往往造成設(shè)計(jì)與制造部門、制造主單位與外協(xié)廠家大量的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)交換，在數(shù)據(jù)多次協(xié)同過(guò)程中，由于手工操作失誤、導(dǎo)入程序異常等原因往往會(huì)導(dǎo)致工藝部門與設(shè)計(jì)部門的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)技術(shù)狀態(tài)存在不一致問(wèn)題，造成產(chǎn)品重修或報(bào)廢的嚴(yán)重后果。

2.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源不統(tǒng)一

產(chǎn)品設(shè)計(jì)往往會(huì)選用大量的標(biāo)準(zhǔn)件、通用產(chǎn)品和物資等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由于工藝與設(shè)計(jì)部門未統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，給工藝人員在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程帶來(lái)需要手工替換標(biāo)準(zhǔn)件、查詢物資編碼等重復(fù)而繁瑣的額外工作量。

3.流程協(xié)同實(shí)現(xiàn)困難

由于工藝與設(shè)計(jì)部門采用分布式部署PLM系統(tǒng)，部分涉及設(shè)計(jì)、工藝、物資等較多部門的流程未能實(shí)現(xiàn)在一個(gè)PLM系統(tǒng)簽署完成后自動(dòng)在另外一個(gè)PLM系統(tǒng)繼續(xù)流轉(zhuǎn)。目前涉及兩個(gè)PLM系統(tǒng)開(kāi)展流程協(xié)同時(shí)，往往采用的手段是在第一個(gè)PLM系統(tǒng)流程簽署完畢后，在另一個(gè)PLM系統(tǒng)手工發(fā)起流程繼續(xù)審簽，最后通過(guò)WebService等方式將兩個(gè)流程的簽署信息合并在一起進(jìn)行記錄，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正意義上的流程協(xié)同。

4.設(shè)計(jì)基線難以利用

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中依據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的技術(shù)狀態(tài)不同，往往會(huì)產(chǎn)生狀態(tài)基線、審批基線等不同類型的基線，而這些基線只記錄產(chǎn)品數(shù)據(jù)鏈接，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入其它PLM系統(tǒng)往往會(huì)使基線失去鏈接，導(dǎo)致基線失效。

5.數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性容易丟失

由于數(shù)據(jù)對(duì)象在PLM系統(tǒng)產(chǎn)生時(shí)會(huì)與其它數(shù)據(jù)對(duì)象之間存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，通過(guò)系統(tǒng)集成將數(shù)據(jù)導(dǎo)入另外一個(gè)PLM系統(tǒng)會(huì)使部分關(guān)聯(lián)關(guān)系丟失，給數(shù)據(jù)利用及查詢帶來(lái)困難。

為解決目前工藝與設(shè)計(jì)協(xié)同中存在的問(wèn)題，本文采用Teamcenter系統(tǒng)的多站點(diǎn)協(xié)同（Multi-site）功能為企業(yè)分布式PLM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工藝與設(shè)計(jì)深度協(xié)同提供解決方案。

二、基于Teamcenter多站點(diǎn)協(xié)同環(huán)境與工作模式

1.Teamcenter多站點(diǎn)協(xié)同相關(guān)術(shù)語(yǔ)

站點(diǎn)（Site），包含一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫(kù)及訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的所有用戶，除此之外，還包含一些非Teamcenter資源，比如硬件、網(wǎng)絡(luò)性能和在本站點(diǎn)正常運(yùn)行Teamcenter所需的第三方軟件程序（工具）。在通常情況下我們可以將站點(diǎn)理解為一個(gè)獨(dú)立部署的Teamcenter服務(wù)器端。

ODS站點(diǎn)，多站點(diǎn)協(xié)同解決方案通常會(huì)使用一個(gè)叫做對(duì)象目錄服務(wù)（Object Directory Services）的專用站點(diǎn)，ODS站點(diǎn)在整個(gè)多站點(diǎn)協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中維護(hù)每一個(gè)對(duì)象的記錄。在ODS中不存儲(chǔ)物理對(duì)象，只是保存一個(gè)類似于圖書(shū)館卡片的記錄，ODS站點(diǎn)準(zhǔn)確地記錄當(dāng)前哪個(gè)站點(diǎn)存儲(chǔ)主數(shù)據(jù)以及主數(shù)據(jù)的基本相關(guān)信息。

IDSM，多站點(diǎn)協(xié)同的另一個(gè)重要的組件是集成分布服務(wù)管理器（Intergrated Distributed Services Manager），如果ODS被理解為一個(gè)對(duì)象定位器，那么IDSM可以被想象為一個(gè)數(shù)據(jù)傳送中心。它提供了從所有權(quán)站點(diǎn)導(dǎo)出對(duì)象、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸和導(dǎo)入對(duì)象到目標(biāo)站點(diǎn)的機(jī)制。

2.工藝與設(shè)計(jì)協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)

由于工藝與設(shè)計(jì)部門部署的Teamcenter站點(diǎn)運(yùn)行相對(duì)獨(dú)立，通過(guò)在二者中間部署ODS服務(wù)將兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的Teamcenter站點(diǎn)連接成為一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互及權(quán)限控制的統(tǒng)一協(xié)同工作環(huán)境，兩個(gè)站點(diǎn)可以分布在不同的域環(huán)境（或地區(qū)），如圖1所示。

在多站點(diǎn)協(xié)同工作環(huán)境中，ODS管理對(duì)象發(fā)布目錄，只記錄了對(duì)象的所在位置信息，不包含對(duì)象的內(nèi)容信息，ODS可以是一個(gè)單獨(dú)的Teamcenter站點(diǎn)，也可搭建在一個(gè)已有的Teamcenter站點(diǎn)之上。每個(gè)站點(diǎn)都有IDSM服務(wù)，用于在站點(diǎn)間管理對(duì)象的傳輸和更新請(qǐng)求，當(dāng)有用戶請(qǐng)求發(fā)生時(shí)，IDSM服務(wù)自動(dòng)啟動(dòng)進(jìn)行處理。

三、分布式協(xié)同工作模式

基于多站點(diǎn)的工藝與設(shè)計(jì)協(xié)同改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與工藝部門串行工作模式，設(shè)計(jì)部門依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟度將設(shè)計(jì)模型及階段基線通過(guò)多站點(diǎn)功能發(fā)送到工藝部門供工藝人員并行開(kāi)展工藝工作。在產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)階段時(shí)，工藝人員即可依據(jù)設(shè)計(jì)方案開(kāi)展新結(jié)構(gòu)、新材料及新工藝研究，明確工藝禁忌。在產(chǎn)品總體布局階段，工藝人員可確定工藝分工，完成裝配性、制造性工藝審查及工藝方案初步設(shè)計(jì)，提出工藝攻關(guān)項(xiàng)目，明確大型工裝初步設(shè)計(jì)方案。在產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)及受控階段，工藝人員對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝性審查，編制材料定額，完成產(chǎn)品工藝方案詳細(xì)設(shè)計(jì)及評(píng)審，開(kāi)展工藝試驗(yàn)、工藝攻關(guān)，完成工裝設(shè)計(jì)及物資備料，采用協(xié)同工作模式后，產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量得到了提高，整體研制周期縮短，如圖2所示。

四、基于多站點(diǎn)的分布式協(xié)同特征分析

1.數(shù)據(jù)協(xié)同高效

通過(guò)ODS服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)不同站點(diǎn)之間數(shù)據(jù)（包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)資源庫(kù)等）的查詢與同步，真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從一個(gè)站點(diǎn)到另外一個(gè)站點(diǎn)的原樣恢復(fù)。更重要的是，多站點(diǎn)不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的協(xié)同，還能實(shí)現(xiàn)流程協(xié)同、編碼規(guī)則統(tǒng)一等功能。

2.協(xié)同跨域

產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造可能分布在不同的企業(yè)或不同的地域，通過(guò)多站點(diǎn)的遠(yuǎn)程推送、導(dǎo)出與導(dǎo)入可使協(xié)同不受網(wǎng)絡(luò)及地域限制，滿足航天產(chǎn)品研制多部門、跨地域、多領(lǐng)域協(xié)同研制需求。

3.數(shù)據(jù)權(quán)限可控

通過(guò)多站點(diǎn)的權(quán)限控制，接收站點(diǎn)收到的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為發(fā)送站點(diǎn)設(shè)計(jì)主數(shù)據(jù)的副本，副本只允許查看，不能作任何修改。當(dāng)接收站點(diǎn)需要對(duì)主數(shù)據(jù)進(jìn)行修改時(shí)，發(fā)送站點(diǎn)可通過(guò)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)所有權(quán)方式將設(shè)計(jì)主數(shù)據(jù)的修改權(quán)限移交給接收站點(diǎn)，當(dāng)主數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)同步策略定期自動(dòng)更新副本對(duì)象。

五、應(yīng)用案例

基于Teamcenter多站點(diǎn)協(xié)同架構(gòu)，通過(guò)在航天某設(shè)計(jì)部門與工藝部門定制統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型、流程模型等，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)在兩站點(diǎn)間的實(shí)時(shí)交互。在產(chǎn)品研制過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員依據(jù)模型的產(chǎn)品成熟度等級(jí)設(shè)定產(chǎn)品狀態(tài)基線，并通過(guò)多站點(diǎn)協(xié)同功能將狀態(tài)基線（含數(shù)據(jù)）同步到工藝部門，工藝人員依據(jù)基線中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)人員同步開(kāi)展工藝相關(guān)工作。同理，工藝人員亦可將發(fā)現(xiàn)的工藝設(shè)計(jì)問(wèn)題通過(guò)多站點(diǎn)功能反饋至設(shè)計(jì)部門。除此之外，設(shè)計(jì)與工藝部門的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源（如標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、物資庫(kù)等）可通過(guò)多站點(diǎn)功能定期同步，如圖3所示，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研制過(guò)程中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一、有效管理。

在流程協(xié)同應(yīng)用方面，Teamcenter通過(guò)“遠(yuǎn)程任務(wù)箱”功能處理遠(yuǎn)程站點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的流程任務(wù)，通過(guò)分配相應(yīng)的遠(yuǎn)程任務(wù)查看與操作權(quán)限，Teamcenter允許在一個(gè)站點(diǎn)對(duì)另外一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的流程任務(wù)進(jìn)行處理，如圖4所示。在遠(yuǎn)程任務(wù)箱中提供“要執(zhí)行的任務(wù)”與“要跟蹤的任務(wù)”兩個(gè)文件夾，“要執(zhí)行的任務(wù)”用于接收遠(yuǎn)程站點(diǎn)發(fā)送來(lái)的待處理任務(wù)，“要跟蹤的任務(wù)”用于存放已處理完的遠(yuǎn)程站點(diǎn)任務(wù)。用戶在接收到遠(yuǎn)程站點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的流程任務(wù)時(shí)，通過(guò)雙擊遠(yuǎn)程任務(wù)箱進(jìn)入遠(yuǎn)程站點(diǎn)的四層瘦客戶端進(jìn)行簽署，完成同一流程在不同站點(diǎn)的任務(wù)流程，為實(shí)現(xiàn)分布式PLM協(xié)同研制過(guò)程中的流程協(xié)同提供解決方案。

六、結(jié)語(yǔ)

Teamcenter多站點(diǎn)工藝與設(shè)計(jì)協(xié)同實(shí)現(xiàn)了基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)成熟度的設(shè)計(jì)制造協(xié)同，真正實(shí)現(xiàn)分布式PLM系統(tǒng)間的有效協(xié)同與數(shù)據(jù)交互，解決了設(shè)計(jì)與工藝部門數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的技術(shù)狀態(tài)精確控制、數(shù)據(jù)同步、流程協(xié)同及數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性難題，提高了工藝人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的參與程度，減少了不必要的設(shè)計(jì)變更，縮短產(chǎn)品整體研制周期，促進(jìn)了航天產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造協(xié)同工作模式的創(chuàng)新與發(fā)展。圈

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