基于windchill的集成式产品数据管理

概述

产品数据管理系统现在正从传统的单机方式向网络化方式转变。windchill是一个较完善的以网络为中心的数据管理集成系统。它可以在网络化环境中产生、收集、查询和组织在不同地理环境的不同数据类型的设计、制造和商务信息。原始的CAD模型仍然由传统的CAD软件产生，制造经验数据仍然保存在原有的数据库中，windchill的数据库只记录信息体对象的关联并将这些信息网络化、动态化和具生命性。在新的开发环境下，概念设计、知识管理和数据挖掘技术也从单机方式向Web协同开发方向发展。基于windchill的协同产品数据开发环境下，大多数原有的数据库和知识库是可重用的。在网络环境下选择和设计数据挖掘工具和知识管理系统，合理使用信息更新和重构技术是基于windchill开发环境下实现高效PDM系统的至关重要的环节。

1、PDM系统配置

windchill是一个网络化的产品数据管理平台，它提供一个纯Java语言为核心的信息平台，所以它允许制造商、经营商和用户在网络环境中以适当的访问权限在不同的操作系统无缝地连接各种格式的数据源。它是一个企业信息集成和分布操作的软件框架。产品原始的设计，制造和其它信息仍然由专门CAD,CAM和OA软件产生。一个合理的基于windchill的PDM系统的配置是非常重要的。我们构建的PDM系统的集成框架如图1所示。

图1 基于windchill的PDM配置框架

该软件系统框架基于协同产品开发系统windchill R6.2、CAD、CAM,ERP,OA和专家系统提供不同的工具和函数处理实际的数据和模型。windchill储存不同的对象在Oracle数据库中。可通过访问它的类的属性、接口和及用Info Engine。与外部的数据进行交换。

windchill具有在线协同产品数据/文件管理和工作流和版本控制能力。windchill可使在用户化设计上，在原有Java类的基础上继承其诸如版本控制和生命周期管理的属性并在些基础上加添具管理知识和规则要素而成为一个新类。然而windchill本身并不提供概念产生的必要功能(如立体建模、加工计划或装配计划)和使用和什理专家系统中的知识的能力。为了克服这个弱点，一个新的与windchill界面融合的用户接口必须被设计以达到概念设计和评估的功能，这个知识储存在同一工程子目录的其它的工程文件中且其相应的属性允许更聚合和精确的知识在该工程中的使用和重用并为其它新工程的使用提供参考。系统运行在客户/服务器方式，它包括Apache web serever、Oracle数据库、LOCAM、windchill和Protege2000。

专家系统使用Protege2000 Expert System shell和Java Expert System Shell(JESS)构造。Protege允许以表单形式进行知识库的构造和维护且本体论可以以诸如JDBC数据库CLIPS、XML和RDF的数据方式存在。JESS集成在这个集成环境中并提供相应的机制定义规则(CLIPS DEFRULES)，因为这在Protege的缺省设置中并不提供。收集在工程信息中的成熟的产品例子是知识库和相应规则的基础。windchill通过新类的定义将其知识库集成为系统的一体。概念设计本体论包含字典定义和明确术语的定义;用户要求信息一如陈述在产品要求答卷和通讯中的信息;行动计划一制造、工程更改、原型构造和为开发小组的单个成员分配的行为;诸如工具、原形、成本趋势图的工程设备的财政顶算;设计计算包括简单方程和FEA分析报告;可行性研究信息和破损模型效果分析数据以防止失败(包括历史数据);测试和质量控制标准和文件(包括诸如碰撞、噪音和防火等物理实验);提供商信息，包括合同、法律文件和提供商资质;制造和装配计划包括概念设计和详细设计，单个零件和性体装配的BOM和CAD模型。这些数据和信息将被抽象为能被共享的知识类。

2、产品结构和配置

从制造的角度看，一个产品由一定量的零件组成。一个有组织的零件的聚合结构表达了一个产品的结构。windchill提供丰富的功能和接口来产生、描述零件和产品对象和它们之间的相互关系。在Whillchill中描述的零件和产品信息可以分布在不同地点的机器上。原始的零件和产品的模型和图纸由不同的CAD软件在不同区域，部门的机器上完成。windchill除了用于组织零件和产品的结构，它还可以作为企业的标准零件和特殊零件库构建器。

2.1扩展的零件类定义

windchill由数千个Java类组成。用户可以通过windchill支持的API和子类建立其相应的联系。一个零件是一个产品最基本的组成要素。WPPart是windchill中个API子类并且具有可扩展性。通过Rational Rose建模和windchill系统生成器，可以扩展这个子类的方法、属性和接口。被设计的WPPart扩展属性包括零件类型(标准、锻造、铸造、一般、外购…)，处理方式和成本。通过结合BOM的不同视图和零件类型和加工方法，恰当的BOM可供不同的部门使用。一个企业中各个不同的部门处理不同的BOM相对应的事务和安排。通过结合输出的BOM中性文件和ERl，中的成本估算软件，就能得到一个产品有价值的综合表达。另外，WPPart的扩展属性一成本将给我们一个直接和外向的表达并且可容易地被获取和计算。

2.2标准零件库的定义和建立

产品结构可以在windchill中被描述和操纵。同时标准零件和一些用于不同车间的特殊零件也可以由windchill的产品结构来竹理。标准零件和特殊零件的定义和构建如图2所小。标准零件由它们的结构、用途和特征等方式等来分类。通过定义零件的通常的特征来定义全部的零件在同一个数据库中。在一般情况下，一个零件的CAD文件并不会被保存以减少磁盘的存储空间。零件的模型由特征语言驱动程序从零件的特征描述数据库中提取数据}的及叼构造。零件的特征描述是一个字符串记求，这将更方便地通过STEP和XML与其它体系和程序交换信息。

图2 标准零件库的定义和构建

3、产品成本评估

产品成本和财务管理是PDM系统的一个重要方面，windchill能结合来自ERP和传统数据库的成本信息和不同视图的材料清单，给出综合和动态的成本报告。产品成本评估的软件框架如图3所示。

整个企业的设计和制造财务管理由传统的ERP软件完成。通过windchill提供的电子商务平台，一个企业可以在商务水平级跟踪和处理订单和合同。在制造水平级、材料清单和成本估算是产品生命周期管理重要的一环。为了及时处理复杂的成本囚素，我们定义了零件类的扩展的零件类型、价格方式和成本特性。这样不同车间的材料准备和成本可以由不同视图的BOM来结算。通过WPPart的扩展属性:Cost(成本)可以更直接和方便地与其它软件建立接口。windchill提供诸如lnfo Engine、用户化报告、动态用户结构等与其它CAD/CAM/ERP系统交换数据，粗约的成本估算将依据零件的特征模型、知识库和经验制造数据库来完成。个精确的成本估算将由专门的成本评估软件完成。产品成本包括静态评估成本和动态运行成本。一个产品有生命周期，它能被工作流对象所控制。通过了解和控制产品生命周期中工作流对象，设计者和制造者将组织和了解材料清单以及财政平衡状况。制造成本的动态监视和评估通过获取产品工作流对象来完成。适当和适时的材料和资金准备是个良好工作流的反映，这也是正确决策的前提。

4、结论和进一步的研究

windchill是一个以网络为中心的分布式协同产品管理和制造知识管理的核心框架。产品的原始模型和数据仍然由相应的CAD/CAM和ERP软件来完成。高效的PDM系统可以通过windchill提供的类的扩展、功能函数和接口与其它CAD/CAM软件无缝地集成构筑。在WEB环境的产品结构配置提供了一个柔性的方式来管理设计和制造事务。用同样的方式我们还可构造在一般的设计制造工程数据库中保存产品的标准零件和特殊零件库，合理设计 BOM视图和成木标志将在设计制造系统中提供一个实用的成本评估功能。从经济角度出发，良好地设计工作流和动态监视工作流将是我们进一步的研究方向。