PDM/PLM系统的有效性配置模型解决方案

PDM/PLM系统通过工程过程和工程变更等重要技术手段和方法,实现了将用户对产品的功能、物理等特性的要求反映到设计、生产中,最终满足用户的要求。随着应用的深入,对PDM/PLM系统的

产品应用

PDM/PLM系统

产品配置

结构配置

版本配置

有效性

0  引言
在航天领域的信息化应用方面,产品数据管理/产品生命周期管理(Product Data Management/Product Lifeeycle Management,PDM/PLM)系统已经得到了广泛应用。航天产品研制借助PDM/PLM系统实现了产品数据管理和产品研制技术状态管理。航天产品研制技术状态是指在技术文件中规定的,并且在产品(硬件、软件)中达到的功能特性和物理特性。PDM/PLM系统通过工程过程和工程变更等重要技术手段和方法,实现了将用户对产品的功能、物理等特性的要求反映到设计、生产中,最终满足用户的要求。随着应用的深入,对PDM/PLM系统的技术状态管理提出如下需求。


1)多种产品数据的统一管理能力。航天产品在传统研制模式下的技术状态管理面向单型号进行。在多型号、多产品并行研制的发展需求下,研制企业需要统一管理多产品的产品数据,提供统一产品数据源基础上的机械、电气及软件等多类数据的管理能力,支撑多型号、多任务并行研制需要。


2)多种类型的技术状态标识能力。在传统的研发模式下,批/发次状态信息隐藏在研制过程的各项业务活动和数据结果记录中,这种维护批/发次的方式已经无法满足现有的研制要求。研制企业当前急需在统一产品结构中,通过增加技术状态标识的方式来提高产品结构的表达能力,以及产品配置和应用的灵活性。


3)多种维度的产品结构配置能力。一直以来,型号研制对业务模型和文件采用“最新有效”方式,这种方式无法满足多版本有效及并行研制要求。型号研制需要提升PDM/PLM系统的结构配置能力,对时间、批/发次等有效性配置提出要求,通过一种或多种配置规则实现产品结构快速配置和使用。
航天领域的信息化

1产品配置模型的建立
1.1产品配置基本概念
产品配置(Product Configuration,PC)是从预定义的部件集合中选择部件,在不违反部件间约束的前提下,将部件以一定方式进行组合而得到最终产品的设计方式。在PDM/PLM系统中,常用的配置方法包括版本配置、有效性配置和变量配置。


在航天产品设计中,因研制批量、研制特点等因素影响,较少采用变量配置。本文主要结合航天特点,基于提出的上下文概念,建立基于配置上下文的产品配置模型。配置上下文用于描述产品配置发生作用的依存环境信息,描述在什么语境下对什么对象按照什么规则和条件进行配置。本文中,有效性是对象开始有效或开始生效的起止点,是表达业务对象在特定上下文(或语境)中的可用性指标。例如标识日期有效性为2012年5月1日~2015年12月31日,表示某个结构在该时间段内生效,当不限定结束日期时,表示从指定日期开始一直有效。


1.2 产品配置模型
基于有效性的产品配置模型如图1所示,包括结构配置和版本配置两种类型。 
基于有效性的产品配置模型 
图1 基于有效性的产品配置模型

结构配置是在给定的产品结构中,选择可用的子结构节点,被选择的子结构节点表示在指定的应用场景中生效,具有可用性,可用性通过有效性来标识。结构配置解决了在某产品结构中子零/部件的可用性问题。例如图1所示的产品结构,在批次x中,产品/A版本的子部件为部件1和部件3;而在批次Y中,产品/A版本的子部件为部件2和部件3。


版本配置是在给定的某产品结构节点下,选择可用的零/部件版本,被选的版本在给定的应用场景下生效,具有可用性,可用性通过有效性来标识。版本配置解决了在给定的结构节点下的可用版本问题。


为了支持结构配置和版本配置,本文将产品结构(包括产品、部件和零件)节点用主对象和版本对象联合表达。其中,主对象表达了零/部件不随版本变化的信息,例如零/部件的编号、名称、生命周期状态以及创建属性;而版本对象代表零/部件的版本实体,例如和子部件的关系、自身关联的图文档信息等,是记录和管理零/部件在系统中的变化信息的集合。


产品配置模型中的对象关系包括两类,分别为使用关系和归属关系。其中,使用关系是父结构版本对象和子结构主对象的关联关系,例如图1所示的产品/A与部件1之间的关系。在使用关系中,可以根据业务需要添加相应关联属性,如数量、空间坐标值等。归属关系是主对象及其版本对象的关联关系,用于管理一个对象的主对象和版本对象之间的关系,一个主对象可具有多个版本对象,不同版本对象归属于一个主对象。例如图1所示的主对象产品和版本对象产品/A、产品/B及产品/C的关联关系就是归属关系。


1.3 产品配置的过程
在产品配置模型支持下,产品配置模型可以管理两类产品结构,本文将其命名为精确产品结构和非精确产品结构,其定义如下:非精确产品结构是由一个产品所有可能的零/部件主对象及其所有版本对象组成的产品结构,即超级产品结构树;精确产品结构是由一个产品的零/部件主对象及其一个版本对象构成的产品结构。在精确产品结构和非精确产品结构概念支持下,产品配置即根据配置条件从非精确产品结构演化为精确产品结构的过程。产品结构的配置与筛选见图2。 
产品结构的配置与筛选 
图2 产品结构的配置与筛选

2 产品配置软件框架
某航天型号协同研制平台PLM系统是面向航天器协同研制的PLM系统,支持从型号设计到制造的全过程管理。为了实现对产品配置的管理,PLM系统的产品配置功能构成如图3所示。 
PLM系统的产品配置功能构成 
图3  PLM系统的产品配置功能构成
 
在产品配置软件框架中,产品配置功能由配置上下文管理、基线管理、日期/单元有效性管理、配置规则管理和筛选器管理等功能构成。基线管理用于实现各类管理基线的定义、维护和管理;日期/单元有效性管理可针对日期有效性、批/发次有效性进行有效性的记录及变更传播;配置规则管理是系统中用以提取产品结构的各种规则的集合,包括最新有效规则、日期规则、有效性规则以及其他复杂规则的组合;筛选器管理用于提供对产品结构进行筛选的功能支持。这些功能通过配置上下文联系在一起,通过用户指定源产品结构、配置规则和配置上下文,自动实现产品的版本有效性配置和结构有效性配置,完成非精确产品结构向精确产品结构的演化。


3 产品配置的关键技术和过程
在产品配置软件框架支持下,产品配置的主要关键过程包括有效性标识设置、配置规则的处理、产品结构筛选以及有效性变更之后的联动处理。


3.1 有效性标识的设置
基于产品配置模型,在系统中可以对产品结构设置结构有效性和版本有效性,其中结构有效性标识设置在使用关系上,版本有效性标识设置在版本对象上。设置结构有效性和版本有效性后的产品结构示例如图4所示。例如在图4中的部件PRODl/A.3和子部件ACl的结构关系上,设置了结构有效性,结构有效性类型为日期有效性,取值范围为2012/12/20—2013/02/08,则表示在2012年12月20日~2013年2月8日的时间段内,部件PRODl/A.3包括子部件ACl,此时间段外的其他任何时间内部件PRODl/A.3的子部件不包含ACl。同理,在ACl对象的A.3版本上设置了版本有效性TXP:03437,表示ACl对象的A.3版本在指定的上下文TXP的第3~第7批有效,其他批次下不使用ACl对象的A.3版本。设置有效性后的产品结构是一棵典型的非精确产品结构树,只有经过条件筛选后才可以得到精确产品结构。 
设置结构有效性和版本有效性后的产品结构示例 
图4 设置结构有效性和版本有效性后的产品结构示例

3.2 产品结构的配置规则
产品配置规则对配置结果具有重要作用。产品配置规则是由多条规则集合组成的复杂规则,这些规则可以是针对给定目标对象的不同类型的筛选规则,例如可以创建一条复合筛选规则,这条复合筛选规则由对某一部件A施加的日期规则、批/发次有效性规则和最新有效规则联合组成,那么系统在筛选部件A的产品结构时,多条规则按照优先级分别作用在源产品结构上,最终经过筛选得到目标产品结构。PLM系统支持的有效性配置类型如表l所示。 
PLM系统支持的有效性配置类型  
 
在实际筛选产品结构时,用户使用的筛选规则往往是多条、多种规则的组合。为了保证多条规则叠加时产品结构的正确筛选和过滤,PLM系统内置了基本的配置规则处理原则,如表2所示。
PLM系统内置的配置规则处理原则  

3.3 产品结构的筛选过程
在执行产品结构筛选的过程中,结构筛选器在配置上下文支持下完成从非精确产品结构筛选精确产品结构的过程,PLM系统产品配置实现过程如图5所示。 
PLM系统产品配置实现过程 
图5 PLM系统产品配置实现过程

研发人员选定需要进行配置的产品结构顶层结构,并设定一条或多条配置规则,系统根据配置规则集,自动获取每条规则的配置范围和约束条件,从非精确产品结构中筛选精确产品结构。当利用多条规则筛选时,若未取得精确版本对象的产品结构节点,则利用下一条规则筛选,依次类推,最终获得的产品结构是在主对象下具有精确版本对象的精确产品结构。以图4所示的产品结构为例,当通过日期有效性和发次有效性筛选产品结构时,设定日期有效性条件为2012年12月1日之后生效,发次有效性条件为PL:03发次,则系统依据筛选过程完成产品结构筛选,并得到如图6所示的目标产品结构示例。 
目标产品结构示例 
图6 目标产品结构示例
 
3.4 有效性的变更与传播
3.4.1 变更与传播范围的确定
在工程应用中,当工程变更发生后,通常会引起业务对象有效性的变化。当业务对象的有效性发生变化后,原来标识在产品结构关系和版本对象上的有效性需要根据更改后的有效性同步做出相应调整,以避免有效性标识的冲突。本文将某个结构发生有效性变化以后对子结构及其关联版本所引起的有效性调整统称为有效性传播,利用有效性传播来自动完成相关联产品结构的有效性计算。在传播方式上,为了适应产品配置模型(见图1)的需要,定义了结构传播和版本传播两种方式。


结构传播是指顶层部件的版本对象的有效性调整以后,产品结构对其各级子结构的结构配置进行有效性调整的过程,结构传播是沿着产品结构向下层子结构设置有效性的过程。


版本传播是对一个对象的新版本(即通过工程更改产生的新版本)设置计划有效性后,自动调整该对象的旧版本有效性取值范围的过程,通过修改旧版本的有效性范围来保证与新版本有效性的一致。在有效性传播中,系统自动根据配置上下文的管理要素分别识别出目标对象、配置规则、作用范围和约束条件的实例值,并进行相应的有效性调整。


3.4.2 有效性值的计算和调整
在有效性的传播过程中,可能引起旧版本对象上已有有效性的调整。当部件的新版本设置计划有效性后,旧版本的有效性需要根据设置的计划有效性进行调整。新版本计划有效性、旧版本有效性和旧版本调整后的实际有效性关系图如图7所示。
新版本计划有效性、旧版本有效性和旧版本调整后的实际有效性关系图 
图7 新版本计划有效性、旧版本有效性和旧版本调整后的实际有效性关系图

在图7中,旧版本有效性指对象旧版本上已经设置的有效性;新版本计划有效性指将要在对象新版本上设置的有效性;当在新版本上设置有效性后,需要对旧版本的有效性进行调整,旧版本调整后的实际有效性指将旧版本原来的有效性取值调整以后的有效性。
在有效性调整时,根据新版本计划有效性和旧版本有效性关系,可以分为覆盖、重叠但不覆盖和无重叠3种情况分别进行调整。

每种情况下新版本计划有效性为(A’-B’),旧版本有效性为(A-B),则根据(A'-B’)和(A-B)的关系,对对象新版本设置的有效性均为新版本计划有效性, 即对象新版本设置的有效性范围均为(A'-B’);而对对象旧版本有效性的处理措施是当新版本计划有效性与对象旧版本原有的有效性存在重叠或覆盖情况时,需要对改前对象原有的有效性进行调整,有效性取值表如表3所示。
有效性取值表 
 
4 模型在航天产品中的应用
在航天产品研制中,PLM系统成为支撑研制的基础业务系统。在实际应用中,产品研发人员将日期有效性和单元有效性(批/发次有效性)设置在零/部件版本对象和结构关系上。
 
    
当利用日期和单元有效性筛选产品结构时,系统首先按给定有效性条件完成结构配置,确定给定产品结构在特定上下文中使用的零/部件对象,然后再进一步确定对应零/部件下的有效版本对象。实际应用过程中,通常是多种配置条件(日期、批次、发次等)组合后的综合配置,基于组合规则的PLM产品结构筛选如图8所示。
基于组合规则的PLM产品结构筛选  
图8 基于组合规则的PLM产品结构筛选 
 
5 结语
本文结合航天产品研制的技术状态管理需求,建立了基于上下文的有效性配置模型,通过结构配置和版本配置手段,实现了非精确产品结构和精确产品结构的管理,并通过有效性标识、有效性计算和有效性更改等技术手段,实现了在统一产品结构和数据源基础上,准确管理多产品、多批/发次研制数据的技术状态管理。
 
通过模型的应用,不仅能提高航天产品批/发次管理效率,确保技术状态清晰、准确、完整和可追溯,而且为航天产品研制提供了更灵活的管理技术手段,有利于航天产品研制模式和管理模式的创新实践。所建立的配置模型已经在某航天型号协同研制平台PLM系统中得到应用,可以为相关PDM/PLM系统的功能实现提供参考和借鉴。