电力系统二次设备企业PDM/CAD集成系统的设计与开发.pdf
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1、2 0 1 2年 3月 中国制造业信息化第 4 1卷第 5期 电力系统 二次设备企业 P DM C AD 集成系统 的设计与开发 刘乐全, 张华俊 , 秦数棋 ( 国电南瑞科技股份有限公司 , 江苏 南京2 1 0 0 6 1 ) 摘要 : 针对电力二次设备企业产品结构复杂、 品种 多样化等特点, 设计 开发 了 P D M C A D集成 系 统, 利用 V C+ NE T为工具 , 对 Au t o C A D进行二次开发, 完成 了图纸、 零件的一体化管理 。以 P DM数据库为基础 开发 出一种产品结构的管理方式 , 实现产品结构树 与 图纸明细表 的 同步更 新。对产品结构树进行展开
2、, 自 动生成产品物料清单并可以导出。最后, 用设计实例对这些功能 进行 了验证 。 关键词: 系统集成; 产品数据管理 ; Au t o C A D; 二次开发 ; 物料清单 ; 产品结构树 中图分类号: T P 3 9 1 7 2 ; T P 3 1 1 5 2 文献标识码 : A文章编号: 1 6 7 2 1 6 1 6 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 3 0 0 4 电力 自动化产品按订单生产 的特点决定了其 生产方式属于小批量 、 多品种 的定制模式。由于 目 前电力系统二次设备相关产品升级换代很快 , 交货 期较短 , 要求企业必须具备快速 的反应能力 , 因此 需要在提高
3、产品工艺质量、 企业快速应变能力 , 以 及降低生产制造成本等方面进行更深入的研究。 产品数据管理l_ 1 J ( P r o d u c t D a t a Ma n a g e me n t , P D M) 主要用于管理产 品从设计 到销售各 阶段 中 所有与产品相关的信息和过程, 其主要功能有文档 管理、 产品结构管理 、 资源管理等。计算机辅助设 计( C o mp u t e r A i d e d D e s i g n , C A D) 系统已经得到了 广泛 的应用, 但是在传统的制造企业 中, C AD系统 仅仅作为绘图工具使用, 并且与 P D M 系统彼此独 立 , 形成
4、了“ C AD 绘 图, P D M 管理图纸” 的模式, 不 仅 C AD 系统产生 的大量数据得不到有效 的管理 , P D M 系统 的功能也没有得到有效 的发挥 , 并且 由 于两系统彼此孤立 , 容易产生信息不对称等问题 。 为了解 决 这 些 问题 , 不 少 企业 致 力 于开 发 P D M C AD 集成系统【 2 _ 5 J , 实现产品数据及相关信 息的共享。采用 P D M C A D集成 系统 , 能从 根本 上解决信息不对称问题, 消除“ 信息孤岛” , 有效地 管理产品数据, 提升企业整体设计水平和管理水 平。文献 2 中以 J e t 引擎 为基础 , 使 用
5、D AO在 Au t o C AD环境下建立 图档管理系统 , 实现 了图纸 设计和管理的一体化; 文献 3 采用 v B作为开发 工具, 基于事物特性表设计出独立于具体应用系统 的 P D M C A D集成系统 , 实 现了零 件特征的管理 与基于特征的零件分类管理及基于实例的推理等 ; 文献 4 利用 NE T F r a me wo r k作 为开发工具 , 对 A u t o C AD 进行二次开发 , 实现 了产 品结构树 的搭 建, 并且具有面向对象, 与软件版本、 平台无关的优 点。文献 2 3 所述系统功能较为单一 ; 文献 E 3 3 对产 品特征进行了管理 , 但忽略了产
6、品结构树 ; 文献 4 虽然可以自动构建产 品结构树 , 但具有诸多限制 , 如需要先行建立一颗空树 , 用户必须按照要求在明 细表 内进行标识等 , 并且无法实现结构树 自动 、 实 时更新, 即只能保持异步 致性, 不能保证产品结 构树与装配明细表完全相 同。 针对上述 问题 , 本 文尝试利用 VC+ NE T 作为开发平台, 对 A u t o C AD 进行二次开发 , 与某电 力二次设备公 司所使用 的 P D M 系统进行深度集 成 , 开发一套 C S架构 ( C l i e n t S e r v i c e , 客户机 月 艮 务器) 的 P DM C A D集成系统 ,
7、实现产 品结构树的 自动搭建并与装配图明细表保持同步一致性 , 且可 以从中输 出产品物料清单( B i l l o f Ma t e r i a l , B o M) 。 1 系统框架总体设计 如图 1 所示 , 系统采用 3层 的 C S架构 , 分别 为界 面层 、 功能实现层 、 数据 库层 。 其 中数据 库使 收稿 日期 : 2 0 1 1 1 00 9 基金项 目: 国网电科 院科技项 目( K ( l 1 0 O 1 Z G N) 作者简介: 刘乐全( 1 9 7 9 ) , 男, 山东潍坊人, 国电南瑞科技股份有限公司工程师, 硕士, 主要研究方向为制造业信息化。 现代设计
8、与先进制造技术 刘乐全张华俊秦数棋电力系统二次设备企业 P DM 3 1 用P D M系 统的 数据库, 采用分布式架构, 部署茬 企业级服务器上 , 响应功能实现层的指令 , 对整个 产品研发 、 设计过程 中的文档 、 模型和图纸进行统 一 管控 ; 功能实现层安装在本地计算机 上, 根据用 户的操作 , 完成相关数据处理 , 并向数据库发送相 圈圈 圜 功能实现 层 产 口 工 图 版 零 F哪 更 用 任 纸 本 件 结 改 J 务 作 管 管 管 构 管 管 管 流 树 管 理 理 理 生 理 理 理 理 成 P D M数据库 PK F K1 F K2 图 1 系统结构 整扭 昱 鹧
9、机 名称 项 目代号 图纸 代 号 创 建日期 版 本 P K l 互程 呈 庄旦 F Kt F K2 , F K3 , F K4 , F K5 , F K 父件代 号 子件代 号 数量 I博 应的指令 ; 用户界面层嵌入在 A u t o C A D操作界面 中, 主要包括对装配图 B O M 的管理和对数据库的 操作及一些辅助绘 图功能。 在用户登录后 , 系统会 自动校验其权 限, 根据 权限的不同, 将会显示不同的界面。在客户端用户 只需按照步骤绘制工程 图, 系统功能实现层将在后 台自动调用相应的功能模块 , 并将操作转换为相应 的数据库指令 , 对数据库进行修改 。 采用这种结构
10、的优点是 : 采用 分布式 的数 据 库 , 可以提高系统的安全性 、 灵活性和健壮性 , 数据 直接进入 P D M 数据库 , 保证 了数 据 的同步一致 性 , 用户同样可以通过 P D M 的界面来查看产 品结 构 、 管理任务等。 2 数据库设计 服务器端数据库如图 2所示 , 主要包括用户表、 工程表、 图纸表 、 整机表、 零件表 、 产品结构表等。 田 呈 用户 名 密码 权 限级 P K I 雯性 墨 l 零件名称 F K I I 项l -1 代 规格 F K 2 I 图纸代号 P K l 墨佳 墨 P K l 墨鲑往墨 l 产品规格 I 产品名称 l 产品 类型 图 2系统
11、数 据库 工程表包含了工程的基本信息、 承接人及所处 状态等, 工程包含了若干整机产品, 这些信息都存 储在产品整机库中, 利用 P D M 系统提供的接 口, I 零件名称 I 规格 F K 1 I 图纸代号 可以实现工程的审核、 校对、 修改等操作及产品整 机的版本控制等功能。 根据企业应用, 将零部件分为 5类 : 专用件 、 空 材 名咛 号 人 同 户 态 接 工 合 客 状 承 K F 竺 佳 一 晶 晶 品 曼 一 产 产 产 K P 一 3 2 2 0 1 2 年 3 月 中国制造业信息化第 4 1 卷第 5 期 机柜 、 通用件 、 外购件 、 标准件。由于该企业的产品 以定
12、制为主, 因此存在着大量的定制零件 , 为 了方 便追溯和管理, 专用件以工程为单位进行管理, 专 用件只可在所属工程 中使用 , 若遇到可直接复用的 专用件也必须再重新注册 ; 通用件是一类特殊的专 用件 , 指在不同规格产品中都会使用 , 或已经形成 企业标准 的部件或零件 ; 空机柜可能是 自产 通用 件 , 也可能是从其他厂家购入的, 由于其特殊性 , 将 这部分数据提取出来 , 在设计数据库时作为单独的 一 类 ; 外购件是企业从外部直接购人 , 不需要进行 再加工便可直接应用于产品装配中的专用零部件, 如交换机等, 部分空机柜也属于外购件 ; 标准件是 指根据国家标准制定 的零件
13、, 如螺丝 、 螺母等。 与零部件库相对应的则是产 品整机库 , 产品整 机库用于存储 已经设计 的产品壁 机信 息, 产 品结 构表则存储着整机产品和部件的构成信息 , 包括父 零件代号 、 子零件代号、 组成用量 、 所属工序 、 备注 等。通过此表存储的信息可以搭建产品结构。 图纸库存储 着整机或零件物料对应的工程图 及其相关信息, 数据库中的图纸与产品或零部件存 在一对一或一对多的关系。一些没有对应物料的 图纸按照文档的方式来存储、 管理。用户表包含了 用户 的用户名 、 密码 、 权限等, 根据权限不同, 用户 可以对数据库进行不 同的操作 , 一般用户只具有对 自己工程及其整机产品
14、库 、 专用件库的修改权限和 其他库的只读权限; 设计管理员具有对通用件、 标 准件 、 外购件库 的修改权 限; 用户管理员则可 以进 行新建用户、 修改用户权限等操作。 3 产品结构树的生成 该企业 的产品 以整机为主 , 在 P D M C A D系 统集成前 , 需要专人对照整机装配图的明细表将物 料信息逐个录入 P D M 系统 , 这样的方式忽略了产 品的结构 , 不仅容易产生错误 , 而且延长了整个产 品的设计周期。本系统利用 A u t o C A D提供的二次 开发工具及 P D M接口, 使得用户无需关心产品结 构树 的搭建过程 , 只需要按照标准绘制 C A D图纸 即可
15、, 整机装配图的绘制过程也就是产品结构树的 搭建过程。 为了统一标准, 绘制装配图时, 只能使用在 P D M 中注册过的物料。图 3所示为添加一个物料 时的系统流程图。用户选择一个物料, 并选择是否 需要在图中显示该物料图形 , 对于一些不需要在图 中显示图形的物料, 用户只需指定其使用工序和用 量即可。对于需要在图中显示图形的物料 , 系统将 自动读取其对应的图纸 , 从中提取图块插入到装配 图中, 并在图块中写人物料代号、 名称、 装配工序等 信息。通过物料代号, 能判断 B O M 中是否已经存 在该物料, 不存在则将物料信息添加到 B O M 中, 同时在数据库 的产品结构表中添加一
16、条新记录; 若 物料已经存在, 则在数据库及 B O M 中更新其组成 用量而不至产生重复的记录。 图 3 插入 物料 流程 图 执行上述操作后 , 系统将会生成装配件与零件 的关联关系 , 父节点为装配件 , 子节点为零件 , 由此 可构建产品结构树。整机装配图绘制完成后 , 其产 品结构树也随之搭建完成 。由于在 图块 中记录了 零件的相关信息, 通过对这些信息的读取, 系统能 够识别图块的复制 、 删除等操作 , 从而在后 台做出 相应的操作。同时系统提供 了产 品 B OM 的编辑 功能, 用户删除物料 B O M, 系统也会 自动删除对应 图块 , 修改产品结构树 , 从而保证 了图
17、形 、 B O M( 明 细表) 与产品结构树 的同步一致性 。 4 产品报表输出 产品设 计 完 成 后, 需 要 将 其 设 计 B OM ( E B O M) 转化为生产 B ( ) M( MB oM) , 从而指导相关 部 门进行原材料采购或生产 , 以及对产品进行成本 核算等。MB O M 可以通过遍历产 品结构树得 到, 系统提供了导出接口以及表格格式编辑功能, 可将 MB OI 、 , I 按照指定格式导出为 E X C E L文件。 产品结构树是树状结构, 根节点为工程, 如图 4 所示, 只需要从工程出发, 按照一定的遍历算法, 即可获得其全部子节点。本系统采用广度优先的 原
18、则, 首先获得 所有的第一级子件 T 1 1 T 1 , 再查询这些节点是否有子节点, 如果存在, 就继续 读取 , 如此反复 , 直到获得全部子节点。将这些节 点代表的零件信息输出, 即可生成 MB O M。 现代设计与先进制造技术 刘乐全 张华俊秦数棋 电力系统二次设备企业 P D M 3 3 卢、 、 零 酃件 图 4 产品结构树 在遍历过程 中, 存在一些物料 , 例 如空机柜或 外购部件 , 虽然可 以继续展开 , 但 由于其已经是采 购 牛产的最小单位 , 系统不会将其展开。 5 系统实现 本系统采用了 A t u d 2 A D作为设计平台, O r a c l e 9 i 作为
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