PDM在注塑机产品开发中的应用

引言

信息技术的发展，使制造业的产品研发方式、生产组织模式和经营管理理念都发生了深刻的变化。数字化设计软件和工具的应用使产品设计开始从二维走向三维、从三维走向数字样机，从简单计算与经验设讦走向综合分析与优化设计，并建立了协同设计、并行设计等先进的产品开发理念。产品数据管理(Product Data Management，PDM)技术是一门管理产品全生命周期的产品相关信息与过程的工业技术[1]。随着制造业信息技术的迅猛发展，越来越多的企业认识到实施产品数据管理技术不仅是制造企业目前信息管理的需要，更是企业赢得未来市场竞争的战略需要。

1 基于PDM的应用集成框架

PDM是一种管理所有与产品相关的信息(包括产品规范、电子文档、CAD文件、产品结构、存取权限等)和所有与产品相关的过程(包括图纸审批/发放、工程更改等)的技术。PDM覆盖产品的整个生命周期，能有效地将产品数据从概念设计、计算分析、详细设计、工艺流程设计、加工制造、销售维护，直至产品消亡的整个生命周期内保持一致、共享及安全[3]。产品数据管理系统是系统支持软件与应用软件的框架，是企业实施产品数据管理技术的基础平台。

利用产品数据管理技术可以实现系统之间的数据传递与共享[4-5]。在PDM的支持下，可以方便地检索变更产品信息，指导产品开发、生产制造等一系列活动。例如，CAD向PDM传递的信息主要有产品设计参数、零部件设计任务书及相关技术条件，产品及零部件的三维模型和二维工程图纸。PDM向CAD传递的信息有产品及零部件计算书和说明书、已有产品全套设计资料等。通过产品数据管理系统，设计部门和管理信息系统及资源制造系统之间可以传递信息解决了设计、计划、经营管理等信息的传递和数据共享等问题，从而起到了沟通信息的桥梁作用，使企业提高设计效率、缩短产品上市时间、提高设计与制造的准确性和一致性。

2 产品数据管理系统的基本功能

产品数据管理技术为企业提供了管理和控制与产品相关的信息以及与产品相关过程的机制与功能。产品数据管理系统具备的主要基本功能如下：

1)电子仓库与文档管理功能电子仓库是产品数据管理系统中最基本、最核心的内容，是实现产品数据管理系统中其他相关功能的基础。电子仓库是在产品数据管理中实现某种特定数据存储机制的元数据(管理数据的数据)库及其管理系统。文档管理的功能包括：文档对象的浏览与导航、文档的分类归档管理、文档的版本管理和文档的安全控制。通过电子仓库可以比较方便地实现文档的分布式管理与共享。

2)产品结构与配置管理作为数据组织与管理的一种形式，它以电子仓库为底层支持，以材料明细表为其组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，实现产品数据的组织、管理与控制，并在一定目标或规则约束下，向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述。产品结构与配置管理以创建面向整个产品生命周期的产品结构树为中心，实现对产品零部件的管理和操作。产品结构与配置管理在产品数据管理中处于核心地位，是PDM及CAX集成的基础。

3)产品工作流程与设计过程管理它是产品数据管理系统中重要的基本功能之一，用来定义和控制数据操作的基本过程，主要管理数据流向以及在产品生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。

4)产品零件分类管理与检索零件分类管理就是将企业的零件按照相似性原则，划分成若干类，分别加以管理。其目的是为最大限度地重用现有设计成果开发新的产品提供支持。

5)系统定制与集成工具系统定制是指PDM系统按照客户的需求，对自身系统进行裁剪、修改、添加的功能。集成工具是指为了建立PDM系统与其他外部系统的联系，PDM系统提供的标准接口及实现方法，将CAD，CAE和CAM等系统有机集成，实现数据传递与共享。

3 基于PDM的产品开发过程

产品开发设计技术包括产品的开发设计技术以及过程的开发技术。基于PDM的产品开发过程包括2个阶段：一是前期工作阶段，包括零部件分类等；二是产品建模阶段，其主要任务是在前期工作的基础上建立零部件主模型、主文档和产品主结构，包括：零件几何形状分析；零件参数分析；建立零部件主模型；建立零部件主文档；建立产品主结构等，为设计过程做好技术准备。

3.1 前期工作阶段

首先建立一个比较完整的编码体系，其次对零部件进行ABC分析。所谓的ABC分析是指将B类件(即企业标准件)尽可能转变为c类件(即标准件和外购件)，将A类件(即专用零件)尽可能转变为B类件，从而找出实施标准化的目标，减少企业自制零件的比重，便于产品数据管理系统的管理。PDM系统的核心任务之一是使企业的数据和知识可供所有被授权用户透明方便的使用。

一个完备的PDM系统必须向开发设计人员提供完善、灵活的零部件分类功能，从而提供有效的检索手段[6]。为了支持PDM系统的有效应用，还要尽可能采用面向零部件几何形状的命名方法，建立统一的、无冗余的零部件名称词典。

3.2 产品建模阶段

零部件主模型是指利用一些关键的参数来描述零部件外型以及各尺寸之间的联系，包括零部件几何模型以及与其相对应的事物特性表。事物特性是指表征产品、部件和零件的几何特性、功能特性和制造特性等的信息集合。事物特性表示产品建模方法的基础。在零部件主模型的基础上可以根据需要建立不同的模板，利用不同的模板可以派生出不同类型的文档。产品主结构描述了一个可配置的、包括所有与标准构件的模块化产品系统的组成情况，可以根据不同客户的需求，从产品主结构中派生出客户定制产品的结构。产品族的主结构由3种不同的主模块组成：基本模块，可选模块和必选模块。

4 PDM技术在注塑机产品开发中应用

基于PDM的产品开发技术可以应用于不同的产品，针对不同类型、不同复杂程度的产品，应该采取不同的处理方法。实施PDM技术的关键是实现产品的结构与配置管理。通过它创建产品零件结构树，实现对产品零部件的管理和操作[7-9]。一个精确的产品数据模型是成功实现产品配置与过程管理的基础。本文将PDM理念应用于注塑机产品的数字化设计中，尝试实现产品结构与配置管理。

1)实现注塑机产品的产品设计和参数化建模。注塑机产品的机械结构主要由锁模部件、调节机构、注射部件、床身和控制部件等5部分组成。各组成部件均可利用Pro/E软件的电子表功能得到一系列不同规格的实体，完成零件库的建立。然后利用建模程序，可以读取用户编制的数据文件，完成一些较为复杂零件的三维建模，实现产品参数化设计，从而提高设计效率。

2)应用PDM的产品建模技术来支持快速产品设计方法的实现。通过进行二次开发，从Pro/E所建立的注塑机产品的实体模型中提取其几何数据及相关信息，生成产品结构树，建立产品——部件——零件多级结构关系，建立其零部件的主模型。用户从中能够清楚地了解整个注塑机产品的体系结构，可以方便地找出整体结构的零部件的装配关系及其具体信息，例如其注射部件所调用的零部件信息以及零部件的基本参数信息和文件信息。

3)采用PDM技术实现产品数据信息的存储和传递。将提取的产品信息存储到相应的数据库中，采用面向对象的关系数据库，以适应潜油螺杆泵系统的数据信息的存储与管理。数据库中主要包含属性信息和关联信息，其中的属性信息包括产品属性信息、部件属性信息、零件属性信息、图纸属性信息、标准件属性信息及材料属性信息等；关联信息包括产品关联信息、产品与部件关联信息、部件与零件关联信息、零件与图纸关联信息等。从而为后续的CAE和CAM等系统提供完整可靠的设计和制造信息，实现CAD，CAE和CAM之间的数据共享。

5 结束语

产品数据管理技术是一门管理产品全生命周期的产品相关信息与过程的工业技术。随着我国制造业信息化的逐步深入，产品数据管理技术也处于不断的发展之中。产品数据管理技术的实施解决了CAX系统的集成，实现了企业范围内的全面地数据共享，最大限度地减少了产品开发、生产制造过程中数据处理重复劳动，发挥信息技术的综合效益，提高了制造业的核心竞争力。应用实践表明，在产品开发过程中灵活运用PDM技术可以实现产品信息的有效管理，将CAX与PDM相集成，缩短了产品设计周期，提高了产品开发效率。