PDM在飞机制造工装设计中的应用研究
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1 引言
近年来，飞机制造技术发生了根本性的变革，采用模线样板、标准样件、零件成形模具与装配型架的模拟量传递体系的传统飞机设计制造方法，已向数字化样机、数字化预装配、数控加制造方案，将对飞机工装设计制造提出更高的要求，原有运作机制、
项目管理以及工程数据管理体制已经不能满足现行的业务需求。此外，在工装设计部门已采用三维数字化设计，对飞机装配过程进行模拟，并对工装关键件进行有限元分析；在工艺装备元件上，与外形有关的型面均采用数控加工；在部分型架安装中采用CAT光学工具系统。通过应用CAD、CAE、CAM、CAT技术，促进了生产力的发展，使企业取得了明显的效益。但随着各计算机辅助技术日臻成熟，各种应用单元都自成体系，彼此之间缺少有效的信息共享和利用，随之而来的大量电子数据日渐增多，数据管理、利用没有有效手段。因此，飞机工艺装备部门迫切需要一套项目及工程数据管理系统，来解决目前在工程数据管理、工作
流程管理等方面存在的问题。
PDM作为管理与产品有关的信息与过程，支持并行工程的关键使能器，是解决目前存在问题的最佳方案，也是企业计算机信息化发展到一定阶段的必然结果。
2 PDM原理
产品数据管理（PDM，Product Data Management）是帮助工程技术人员、管理人员在产品全生命周期中管理产品数据与产品研发过程的工具。PDM系统确保跟踪设计、制造所需要的大量数据和信息，并由此支持和维护产品。
从产品来看，PDM系统可帮助组织产品设计，完善产品结构修改、跟踪进展中的设计，及时方便地找到存档数据以及相关的产品信息；从过程来看，PDM系统可以帮助协调组织，诸如设计审查、批准和变更，工作流优化，以及产品发布过程事件。PDM系统的设计体现了并行工程、敏捷制造和精良生产等概念。
许多企业已经意识到：实现信息的有序管理将成为它们在未来的竞争中保持领先地位的关键因素。PDM是制造企业信息化不可缺少的重要组成部分。世界著名的PDM咨询公司CIMdata在其实施PDM的报告中指出：在被调查的企业中有98%的企业计划实施PDM。当前，PDM正成为制造业的热点。据国外资料统计，PDM的应用能使产品设计周期缩短25%，减少工程设计修改14%，加快产品投放市场进度50%-80%，总成本削减25%以上。
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3 存在的问题及解决方案
目前洪都集团公司在飞机工装设计、制造过程中存在因实现企业数字化而产生的两个问题：一方面是基于PDM的工装设计与产品设计并行问题，另一方面是工装设计过程中的数据管理问题。PDM技术是解决目前存在问题的最佳途径，为此，选择PDM作为解决问题的支持平台。
3-1 PDM产品选择
根据PDM商用软件的功能、系统的开放性、系统的集成性以及技术服务等主要因素对产品进行考察，结合计算机辅助技术在企业内实际应用情况，选择EDS产品iMAN。
3-2 实施目标
具体实施目标如下：
建立完善的工艺装备产品数据库，对工装设计过程中产生的数据进行文档管理；建立安全管理机制，制定权限规则；
建立工作流程管理，审批和更改规范化；
建立产品结构管理机制，汇总和统计产品明细表及各类清册；
集成和封装企业内相应的应用软件。
3-3 IMAN功能模块的定制
一方面，出于成本方面的考虑，不可能在每台计算机上都安装PDM完整模块；另一方面，根据不同工装产品部门以及工装产品不同阶段的工作角色，来定制iMAN功能模块。定制iMAN应用模块如下：
iMAN基本模块；
产品配置模块；
高级配置模块；
工作流程模块；
图像管理模块；
开发工具；
应用程序接口；
iMANWeb。
3-4 关键技术分析
将PDM系统在本地化实施过程中关键技术及难点概括如下：
产品对象定义及编码；
产品对象属性定义；
数据模型关联性；
支持基于并行工程的工装设计过程管理；
安全访问机制。
4 技术实现
PDM系统的功能，尤其是其文档管理、产品结构配置、流程控制以及权限管理功能，必须能够支持工装产品形成过程中各阶段的工作。同时，采用并行工程等先进的工程方法时，PDM 系统的应用功能必须能够提供有力的支持。通过iMAN产品结构管理功能把工装产品的所有工程数据和文件联系起来，配置管理描述了产品结构随批架次变化情况，文档管理、产品结构管理为配置管理提供了基础。此外，PDM系统与CAPP、ERP等集成也十分重要。
4-1 产品数据库和文档管理
在企业逐渐实现计算机信息化过程中，大量计算机辅助应用程序应用到飞机设计制造部门，由于这些互不兼容的软件产生的数据格式不一致，存储介质亦是各种各样，再加上人员组织管理的不同，使得企业无法在管理、设计、工艺和制造部门之间以及相关企业间有效地传递数据信息，实现信息共享。信息传递主要是通过书面文件、报表、电子数据及电话联络方式。此外，这些信息由于系统软件的高效而迅速地产生，已形成爆炸性的增长趋势。PDM系统的文档管理功能就是为解决这一问题而设置的。它把产品生命周期所有信息载体———文件管理起来，确保数据的一致性、有效性、完整性和安全性。这也是实行飞机设计、制造并行工作机制的基本环境支持。文档管理技术实现包括：数据对象建立、数据组织模型、数据仓库、文档管理功能的实现以及数据检索功能。
4-2 工作流程管理
PDM系统的数据管理功能保证产品数据的集中管理和安全性，而流程管理模块则对产生
这些数据的过程进行协调和控制，可以建立串行或并行的工作流程，使得工程技术人员并行地协调工作。当用户打开自己的任务箱（inbox）时，就可以看到最新的工作任务清单和相应的文档，然后通过集成的应用程序就能进行相应的工作。项目发起人或执行人可以通过- 作业流程查看器.随时查看整个项目的执行状态，直到该工作全部完成。
4-3 权限管理
在产品研制过程中，按传统方式，数据经不同人员的不同操作后得到最终确认，而在iMAN中是由流程管理来实现的。在流程的执行过程中，不同节点上不同角色的用户对数据的访问权限是不同的，通过在定义流程模板时设置不同节点的不同角色以不同的权限来实现，而在流程执行者以外的用户对这些数据也拥有不同的权限。这一切都通过在iMAN中定义的权限规则树来控制。
4-4 产品结构管理
利用PDM系统的产品结构管理(Product Structure Management)功能可以实现对工装产品结构与配置信息和物料清单（Bill of Materials）的管理。工装设计人员可以利用PDM提供的图形化接口来对产品结构进行查看和编辑。PDM系统通过有效性和配置规则来对系列化产品进行管理。产品结构配置规则是由系统管理员按企业产品结构配置规则（批架次）预先定义好，根据产品的版本和工作状态等来决定。PSM把产品定义的全部数据，包括工装产品三维A 二维模型、分析数据、技术说明、工艺文件等，都与产品结构建立了联系，使设计和审核人员能够很方便地知道某一项变化所造成的影响。同时多视图功能为不同部门提供了从不同的角度来配置BOM的功能。
iMAN系统的产品结构管理模块提供产品结构的创建与编辑和产品结构的配置这二个方面的功能。
4-5 集成封装各应用软件
与CAD/CAM集成
在iMAN中实现企业的产品并行研制工作会涉及大量的CAD/CAM/CAE应用，而iMAN能有效地集成CAD/CAM/CAE软件，在iMAN中实现产品并行研制。
封装各应用软件
iMAN系统对以下一些常用软件（诸如Word、
Excel、MSphotoedit、AutoCAD、AcrobatReader等）进行封装，对封装的文件系统提供检入/检出的机制（Check-in/check-out），防止多人同时修改同一个数据文件。
5 小结
本文通过研究如何在洪都航空工业集团工装部门应用PDM，并结合并行工作思想，来解决因CAD/CAM/CAE在飞机工装部门的不断深入应用而出现的工装数字化设计、制造、测量等关键工程技术统一、有效的协同工作机制问题，从而实现工装设计、制造到测量数字化的规范管理。