实用PDM图文档管理平台的设计

庄德升，符美明，陈明刚，白友平，曹红松，刘恒著，沈冠军

(1.重庆望江工业有限公司，重庆 400071;2.中北大学，太原 030051)

火炮作为近程防空武器，其设计精巧复杂，零部件多达5000 多种，研发设计过程中会产生大量设计文件。原有纸质文件管理流程已经不能满足大量应用计算机辅助设计的企业对资料管理的要求［2］。电子文件版本混乱、图纸查阅低效等问题成为制约产品设计、生产的瓶颈。

1 业务流程现状分析

火炮行业中不少机械企业，产品设计均已实现电子化［3］。但面对现有的大量电子文件，还未形成一套有效的电子资料管理机制。一种典型的资料管理现状如图1 所示。

产生设计文件的二、三维设计软件多种多样，本文选取1组常见的设计软件组合进行研究。三维设计平台选用UG NX 软件，二维设计平台为CAXA 软件。则图文档管理的对象类型主要就是上述2 种软件对应的文件类型。由图1 中可以看出，研发阶段的二维和三维设计文档刻盘归档后，便不再更改，二维和三维的联系也不再维护。二维图纸文件的最终归宿是晒成纸质蓝图，指导车间生产。

图1 一种典型的资料管理现状流程

产品试制、生产阶段，车间和设计部门需要频繁就变更进行沟通［4］。因无可信版本的电子版图纸，沟通时需要经常翻阅纸质图纸。因此使用频率较高的图纸经常破损、或被他人借阅，无法及时处理变更。变更发生后，信息部门将更改情况手工标记至纸质蓝图上，并填写临时变更单。临时变更单以年度为周期进行汇总，指导蓝图更改，晒新图后替换旧图。

可以看出，生产过程中，无法获得产品当前最新版本;二维和三维模型的电子文件处于非受控状态;借阅、查询图纸效率低下。这些问题日渐成为制约生产的主要问题。产品数据管理仍停留在手工操作的水平，数据分散在各工程师手中，正确性和完整性无法确定，不能实现有效的数据共享;图纸状态的维护靠持有图纸的工程师自觉完成，无法保证该图纸、技术资料是最新状态，历史版本变更也无法追溯;首次出图后，再无法找到1 整套最新的电子版本用于发布。对于标准件、通用件、借用件等，都是在工程师用到时，才进行寻找和建模，这就导致对于同一重用件，要多次被不同的工程师建立，无法实现该标准件的有效共享。

2 解决思路及方法

为达到查询便利、提高效率，规范电子图文档管理流程，集中管理知识库等目标，迫切需要1 种管理手段，来破除当前电子图文档管理的混乱局面。解决以上问题的1 种途径是通过购买专业的产品数据管理系统(PDM)对电子图文档进行管理。另1 种途径便是自行开发软件，管理产品数据。

第1 种途径的具体实施方法有2 类:一是利用大型PDM、PLM 系统，二是利用通用图档管理软件。优秀PDM、PLM 厂家的软件虽然功能大而全，但是硬件添置费、授权费和实施费用高昂，远远超过大多数企业负担能力，解决电子图文档管理问题，不具备投入高额成本的条件;后者功能较为单一，缺少2 次开发接口或接口过于简单，无法根据公司内部管理流程自行定制数据查询功能和开发专用功能。在此优先选用第2 种途径，通过自行开发管理平台实现对电子图文档资料的管控。

要对数据进行有效管理，需要将所有产品数据归集整理，编码分类后放在所有设计人员均可访问的中央服务器上，作为唯一数据源。通过软件进行访问权限控制。这需要以下共享技术的支持:FTP 技术，用于服务器与客户端之间文件的签入签出管理;数据元建模技术，用于固化产品信息结构，建立适合企业的零部件分类标准和方法;数据库技术，用于存储大量的数据元模型，实现信息检索;Windows 共享文件夹技术，用于CAD 软件网络直连访问;软件编程技术，用于编写客户端软件。

随着5G脚步的临近，可以将VR技术应用于网络学习，让学生在学习时感受到教师和同学仿佛就在身边，身临其境，营造浓厚的学习氛围，也对学生的学习起到监督作用。

3 可行性论证

软件开发方面，要以较低的成本，对数据进行整合，需要将设计图纸、模型的电子文件归集至服务器，通过设计界面友好的软件进行流程控制，维持二维和三维模型的对应关系;通过数据库记录图纸信息、人员信息、分工信息;通过FTP 服务器端进行文件更改、上传和下载的权限控制;通过“Windows 共享文件夹”进行网络共享，方便UG 从网络端直接打开。实现以上途径的开发成本比较低廉。

硬件方面，要求设计部门每位设计人员均配备PC 终端，有仿真服务器1 台，具备每台终端都接入内部高速保密网络的条件。网络基础知识方面，并不需要太多，仅要求设计人员对“Windows 共享文件夹”功能较熟悉。这些条件对于一般的中小公司，比较容易满足。

数据容量方面，对于一般产品，UG 的设计文件平均大小为0.5M，预算每个产品的数据文件数量在10 000个左右，即每款产品数据总量约为5G。100 种产品数据量仅500G 左右，使用FTP 软件就可以。对应数据记录按平均每零件3 条记录估算，每产品数据库所需空间大小约为0.3G，免费数据库MySQL 完全可以胜任此数据量的数据服务。

关于灾难恢复，因软件平台无服务器端，只需要定时备份好数据库以及文件即可应对，恢复非常容易。

因此综合考虑成本、可行性、易用性、安全性等，得出以下结论:FTP 可使用服务器的IIS 自带功能实现，数据库使用开源免费版MySQL 数据库，软件开发语言使用Delphi 或C++。对于软件授权费用的投入是零，硬件只使用一般配置的现有计算机就可以。

4 服务器及客户端选用

4.1 服务器使用FTP

综合考虑经济投入、经费控制、网络安全、性能以及稳定性等方面，搭载了互联网36%的FTP［5］成为了本系统文件传输的最终选择。通过FTP 服务，远程用户可在服务器上获得，可为不同用户分配不同的用户名和密码，还可通过建立虚拟路径，将1 个文件夹映射到另1 个文件夹下，无缝整合多个硬盘。FTP 还可限制IP 地址访问，仅允许指定IP 的用户浏览和访问［6］。服务器拓扑图及软件架构见图2。

图2 服务器拓扑图及软件架构

4.2 数据库使用MySQL

数据库服务使用免费开源的MySQL 数据库。该数据库多应用于论坛、网站的服务器，虽然小型网站选用该数据库居多，但MySQL 对于大数据量的网站，也有不错的表现［7］。

涉及到的数据元信息，如零件信息、文件信息、BOM 信息等，均存放在数据库对应的表中，用户通过软件界面，交互式地访问和查询所需数据。

5 架构模块阐述

5.1 数据元模型

图3 数据规划

5.2 编码及分类规则

编制唯一标识某零件的代码在PDM 图文档管理平台上是比不可少的功能。由于要适应公司的特殊应用环境，编码不仅要能够唯一标识零件［9］，还要具有权限控制的功能。因此，编码规则设置如下:

零部件代号_产品代号_版本号

其中:零部件代号参照公司现有规则制定;产品代号为公司方面指定的一串用于代表某产品的字符串;版本号为该产品的系列基带版本代号，常为S 或A。

公司日常管理零件规则为:将产品按照最小单位为部件来划分，将部件及下属零件分配给指定的人员来负责。负责人又按照重要程度分成3 种:主要负责人、次要负责人和备用负责人。将人员分别与负责人角色和零件代号相关联，即可将分工状况描述清楚。

5.3 文件管理

文件集中存储需要解决命名规则、目录规划、权限控制、文件版本控制问题［10］。

因在局域网中共享，需要命名可读。在信息化过程中，一般的解决方法是对三维模型的命名及文件夹存放制定详细的规范。同时，对于文件命名规则，还必须细致制定，对Windows 中文件名内容易误解的符号如“/”、“.”等也要进行规则定义。

为使图纸可随时打开，杜绝恶意文件修改、删除，使用只读Windows 共享文件夹的方式进行图纸共享。用户可通过访问共享文件夹直接用UG 或CAXA 打开对应的文件。当更改发生后，由该零件的设计负责人通过软件提交二维图纸和三维模型的更改，使用内嵌在软件内的FTP 终端上传至服务器。服务器上的原文件并不删除，按照规则重命名，以防误操作用于撤销。应在软件内部通过访问数据库内的访问规则进行权限控制，对于非授权人员，无法执行零件更改功能，因此可以保证数据版本的唯一性。

图4 典型的目录规划方式

5.4 查询方式

所有的相关信息均挂在对应的零件上。需查找某种信息时，如三维模型、图纸等，可直接定位到该信息对应的零件。特殊产品的设计人员沟通时，通常使用零件件号的简称来指定零件。因此，查询零件以及相关信息功能，要考虑用户习惯，设计零件查询关键词时也应包含指定件号的查询。

特殊产品的零件编号同时采用2 位编码和4 位编码规则。所以，缩略代号在不同产品中均应能找到对应零件，因此设计查找功能时，要求可以选择查找范围。

除零件查询外，还需要设计用户信息查询、分工查询、BOM 结构正反向查询等其他查询功能。

5.5 权限及变更控制

传统管理方式下，纸质设计图纸信息对全部设计人员是公开的，只对借阅情况进行登记。软件管理时，全体设计人员均持有已经授权的个人账号，可通过局域网访问共享文件夹的方式只读访问文件。

实际生产过程中，图纸的更改由生产或设计部门提出，设计部门出具许可，信息部门记录备案。软件通过权限流程规划，将图纸更改部门权限分散至更改许可人，把设计部门出具许可和记录备案合二为一，实现许可即图纸，图纸即备案。年度蓝图换版时，可节约大量办理核准表时间，直接将当前电子版二维图晒蓝即可。变更的历史记录由软件的轻量化版本控制系统完成，他记录了变更的数据记录和FTP 历史文件，以备回滚。

软件将权限编制成代号，将代号与被授权者动态的关联，通过数据中的记录控制各种权限。使权限的管理和分配更灵活，可在需要时随时变更。

图5 权限、变更、版本控制图解

6 应用实例

笔者所在团队以一家使用UG 和CAXA 软件的公司生产设计中所涉及到的图纸及零件信息作为数据对象，进行了软件应用。软件管理的零件记录超过10 000条。持授权用户名、密码登录软件后，可以方便根据代号、BOM 结构迅速定位目标零件，浏览详细信息;也可以通过引用查询进行零件BOM 所属正反向查询、分工情况查询、用户信息查询、历史文件查询等。因使用用户数量在一百多人左右，为便于管理，软件根据用户所在办公室进行了分组。软件界面见图6。

小组还对UG 进行了2 次开发，将软件内嵌入UG 的菜单［11］，方便用户在设计时随时访问数据库，迅速查询所需信息，界面见图7［12］。

图6 软件界面概览

图7 嵌入UG 菜单

7 结束语

在应用过程中，笔者所在团队发现，适用于自己公司的轻量化PDM 非常适用于暂时不具备条件实施大型PDM 系统的公司。一方面，通过梳理管理流程，可以引导公司发现管理短板，助力公司改进，通过程序化管理，启发其规范现有数据，为以后实施大型PDM 奠定数据基础;另一方面，轻量化PDM 软件能针对公司面临的瓶颈领域集中提出解决方案，规避大又全的大型软件的高昂投入，迅速解决公司燃眉之急。

本文提出的图文管理方法，架构开放，数据元与软件独立，可随时根据公司员工的使用情况进行优化，数据可随时导入导出。结构相对小巧精干，可靠性高，灾难恢复能力强。随着使用的深入，可以根据公司用户的需求进行挖掘，灵活的扩展软件功能，如电子签名［13］、流程管理、变更通知、报表统计等功能。

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［2］马蓉芬，姚道德.网络设计智能专家系统［C］//电力行业信息化年会，2009.

［3］王海英.对推进我军信息化建设的几点思考［C］//军事电子信息学术会议，2006.

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