摘要：通过分析军工电子企业的产品研发特点和一体化设计制造的需求，结合行业信息系统的发展方向，构建一套基于PDM的面向产品全生命周期管理过程的协同研制平台。该平台基于Windchill技术建设，主要功能包括产品结构及数据管理、项目计划管理、产品需求管理、技术状态管理、变更管理、优选件/通用件管理以及系统集成等。在平台实施过程中，必须把先进的软件平台框架、企业的数据管理业务流程和企业的工作人员三者有机结合起来。最后，总结平台建设过程中的实践经验。
关键词：PDM系统；协同研制；数据管理；军工电子企业
中图分类号：TP311.52文献标识码：A文章编号：10053824（2013）04008106
0引言
随着市场经济的发展，军工电子科研院所面临着巨大的机遇和挑战：一方面，军方继续加大军事现代化进程，对高、精、尖武器系统装备的需求为国防电子行业带来了良好的发展契机；另一方面，军方对武器系统的可靠性、研制周期、研制成本均提出更为严格、甚至苛刻的要求。为适应当前的市场形势，军工电子企业广泛应用数字化辅助设计、仿真和制造工具，虽然在一定程度上提升了研发能力，但是产品数据的爆炸式增长使企业在产品数据的有效管理上面临着巨大考验。这就要求军工电子企业必须建立一个强大的数字化产品网络协同开发环境和可重用的知识库系统，通过有效的产品研制过程管理和产品数据管理，达到优化信息化环境下产品开发和管理的机制，有效缩短产品开发研制周期，提升产品质量的目的。
PDM（product data management）被称为产品数据管理，它以软件为基础，是一门用来管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、工程数据和权限信息等）以及所有与产品相关过程（包括过程定义和管理）的先进技术[1]。PDM系统以优化的产品信息管理流程为基础，以产品结构为主线管理产品数据，建立起企业统一的产品知识库，确保产品数据的完整性、一致性和有效性。通过共享的数据平台、电讯工艺一体化设计、电子化签审、更改控制流程及技术状态控制，能够大大提高产品研发质量和工作效率[23]。近年来PDM逐步成熟且不断发展，越来越多的军工电子企业将其应用到产品开发过程中，对产品开发全生命周期进行全方位的管理。
1军工电子企业的特点及需求
PDM不仅是一种先进的信息化管理系统，更是一种先进的产品数据管理和协同开发管理的理念，因此，PDM项目在各行业的实施都有着特殊性。必须充分了解行业的特点和需求才能构建一个真正能带来效益的PDM产品数据管理解决方案。
目前，军工电子企业大多是面向订单进行产品设计和生产的，其产品存在多品种、小批量、多批次的特点，设计工作量大，设计更改频繁[4]。军工电子企业面临的挑战主要有：产品研制越来越复杂；研制周期缩短，快速反应的要求高；成本压力越来越大；质量水平及综合保障能力要求苛刻。根据军工电子企业的特点，目前军工电子企业对PDM系统建设的需求主要包含以下几方面：
1）建立多级计划编制模式，实现科研项目全过程的动态控制和跟踪，为项目管理者的决策提供信息支持；
2）引入先进的技术状态管理机制和工程更改管理理念，解决过去手工操作带来的图、文、物不符问题，实现产品历史状态的可追溯性和历史成果的可重用性；
3）通过电子工作流驱动产品研制业务流程规范自动执行，实现设计、工艺、工装、制造、质量等业务环节中工作的有效衔接和信息的顺畅流转，有序协调整个产品生命周期过程中设计、制造、管理和客户服务环节。
4）实现ECAD，MCAD工具与PDM系统的集成，建立结构—电讯协同设计体系，减少双方的设计冲突，提高三维设计更改与二维图纸修改的一致性，减少整机设计的返工现象；
5）通过建立企业级共享和透明的优选元器件跨专业、跨部门的器材选用和废型控制流程，彻底解决军用电子整机设备研制周期长、返工多、效率低、加工成本高的问题；
6）建立产品研制过程统一的信息中枢，有效整合并利用各部门和相关上下游单位产生的各种知识信息资源。
2构建基于PDM的协同研制平台
2.1平台构建
企业产品研制过程中业务问题的解决不能够单单依赖于某个或几个相对独立的运行系统，必须建立一个科学完善的集成化的解决方案。根据军工电子企业的需求特点，结合行业的信息系统发展方向，我们提出了构建基于PDM协同研制平台的解决方案。该方案采用Windchill技术架构，覆盖了军工电子企业产品从论证阶段、方案阶段、初样阶段、正样阶段、设计定型到试生产阶段的全生命周期过程[5]。
2.2关键技术
PDM协同设计平台基于Windchill技术建设。可采用异构分布的计算机硬件环境、操作系统、网络与通信协议和数据库，包括PC/Windows，Sun/Solaris等硬件平台和相应的操作系统，网络环境主要是通过lnternet连接PDM实施所涉及的各主要部门，实现各种信息的交换。Windchill应用的关键技术及特点如下：
1）采用B/S模式的三层体系结构，即客户端、服务器和数据库。
其中，客户端主要包括2个：浏览器，起着用户接口、执行Windchill Applets小程序、展示HTML页面和表格作用； Bootstrap client，这是可选的客户端组成元素，有了它，可以允许从当地文件系统上下载类文件。服务器层包含了主要的商业逻辑并且承担着处理所有商业数据的作用，由以下几个组件组成：HTTP Web服务器、HTTP网关、Method服务器和服务器管理器，这些组件组成在一起可起到数据库访问、客户端分布和交互、用户权限和安全机制的作用。数据库层是保存元数据和大量的非结构数据的地方，数据库可以是一个专门的服务器或建立在Windchill服务器主机上，通常使用对象关系数据库Oracle作为数据存储的核心。
2）组件技术。
应用组件层实际上是由调用Windchill基础服务的一组程序（界面）组成且能完成一定应用功能的功能模块。如，工作流管理应用组件，就是由工作流定义工具、工作流执行机和工作流监控工具等组成的完成工作流程管理的功能模块。每个服务由一个或多个组件组成，它们建立在对象模型基础上。每个组件被作为一个对象描述，封装它具有的属性和能提供的操作，建立在其上的用户服务和应用服务只处理自己模块的功能逻辑，并采用一定的对象标准实现PDM系统内部的各个软件组件之间的数据交换与方法调用[6]。
3）集成化的数据管理。
Windchill使用了一种扩展面向对象的API并支持CORBA，OLE和Web集成的机制，所以它能够通过把传统数据集成到基于Internet的主体企业信息管理策略中，从而采纳和利用企业以往的投资资源。在体系结构上，它提供了良好的应用集成接口，它与上游CAD工具如Pro/E，AutoCAD，CAPP等集成，还可与下游的ERP集成。通过这些有效的集成，使得企业的产品数据能够在最大程度上进行共享，从真正意义上实现企业系统平台的统一化。
3主要功能
PDM协同研制平台实现的功能模块主要包括：产品结构及数据管理、项目计划管理、产品需求管理、技术状态管理、变更管理、优选件/通用件管理以及系统集成。
3.1产品结构及数据管理
PDM协同研制平台以产品结构（bill of material，BOM）作为产品数据组织与管理的一种基本形式，系统通过产品结构树为骨架最终建立完整的产品信息全集（bill of information，BOI）。产品结构管理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、管理和控制，如图3所示。
3.2项目计划管理
项目计划管理按照产品顶层结构进行项目分解，指导实际项目运作管理。军工电子企业产品结构至顶向下通常分为系统级、设备级和单元级，项目计划管理正是利用工作分解结构（work breakdown structure，WBS）作为系统中制定计划、分配资源和项目跟踪的基础，不同类型项目的WBS结构不同。
这里采用的是Windchill的ProjeckLink组件，从科研项目管理的实际出发，实现了使用系统创建项目，进行人员分配，编制项目一至三级计划，跟踪项目进度，进行相关统计分析等功能，并且根据不同的项目类型制定不同的管理策略（如计划、权限、交付等），以适应不同类别的需求，有效地实现多项目的管理和监控。
该模块建立的项目管理系统能够更好地使项目计划管理与产品数据管理关联，从而实现“项目+产品”的集成化管理模式。如图4所示。
通常情况下，产品的总体设计需要结构、电讯和软件多专业协同设计，其需求管理也就是一个系统化工程，需要综合各方面的需求输入，并进行全面的需求分解、需求分析、系统设计和测试验证，确保军方和客户的需求得到满足。
产品需求管理功能通过提供集中的需求项存储库，实现研制要求和客户需求收集、采纳、审核、分发、追踪、问题反馈及重用的业务流程管理，建立需求信息和产品技术规格转化之间的映射机制和转换过程，逐步形成较为完善的客户需求和技术规格知识库；并且能够在文档的需求项之间、需求信息与相关工程数据之间建立关联关系，确保基于这些关联信息能够进行需求变更的影响分析，实现需求变更追踪和需求变更控制。
3.4技术状态管理
技术状态管理是以产品BOM结构为核心，有效地组织产品数据，实现研制数据（包括结构、电讯和软件数据）与产品结构之间的关联管理。对于军工电子企业来说，技术状态管理至关重要，能够彻底改变目前存在的图文、图物和图图等不一致的现象。
3.5变更管理
产品加工制造过程和各级鉴定、验收、试验、检验及交付过程中会发现有质量问题，产生技术状态变更或需求变更需要通知设计师，并完成变更过程。这里我们采用Windchill PDMLink的变更管理过程，这是一个结合了很多企业的最佳实践的闭环变更过程。在PDMLink变更管理模型中，通过4个对象，即问题报告、变更请求、变更通告和变更活动及其之间的关联关系来记录变更的原因、过程及结果，并通过工作流引擎和对象生命周期状态的同步来实现对变更过程的严格控制。变更对象的关联关系及其与业务对象的关联关系如图5所示。
图5变更过程关联关系图在技术状态更改控制流程中，引入符合CMII的更改流程，并根据更改流程的复杂程度采用不同的变更流程，分为三类更改：I类（重要）更改、II类（一般）更改和III类（勘误）更改。其中，I类更改指影响装备战术性能、互换性、通用性和安全性的更改；II类更改指对不涉及装备战术技术性能、互换性、通用性和安全性等的更改以及其他一般性修改、补充；III类更改指勘误译印、修正描图等不影响装备质量的更改和补充。
3.6优选件和通用件管理
军工电子企业产品涉及的元器件种类繁多，常常存在器件编码混乱、无统一分类体系和分类库、选型随意、采购成本高等问题，因此需要在系统中建立满足结构设计、电讯设计及采购等部门需要的结构标准件、通用件和优选元器件库，实现器件相关信息（例如，物料编码、厂家资料、器件应用案例和物料检验规范等）的关联管理。主要完成以下2个库的建设：
1）基础元器件和优选件库。
基础元器件和优选原器件库是用于存放元器件的存储库。元器件信息主要由元器件名称、元器件技术规格属性、元器件与制造商之间的关系、元器件封装形式、元器件治疗等级等信息构成，该库主要用于产品结构、分类搜索、与ECAD符号库和封装库集成等。
2）ECAD设计工具符号库和封装库。
针对企业选用的ECAD设计工具类型，建立设计工具的符号库和封装库，军工电子行业主要使用Protel，AD9（altium designer 09）和Mentor等。符号和封装库中的编码与企业采购物资代码、PDM元器件库中的器件编码保持统一。
3.7系统集成
对于下游系统的集成，主要是与生产管理ERP、车间管理MES、物资采购管理等的集成，把在PDM中产生的设计数据发布到生产管理上需要用到的系统中，包括BOM清单、图纸和更改信息等，而在PDM也可以看到下游系统中的一些相关的信息，如成本、库存和采购排期等。因此，PDM与下游系统的集成，既可以是单向的，又可以是双向的。
4实施经验总结
功能强大、涉及业务环节繁多和覆盖用户广泛的特点使得PDM协同研制平台项目的实施工作成为复杂的系统工程，该系统的建设及实施不仅是软硬件工具的部署和应用过程，更是企业产品研制流程优化并落地执行的过程。在实施过程中必须把先进的软件平台框架、企业的数据管理业务流程以及企业的工作人员三者有机结合起来。经过多年的实践，对于军工电子企业的系统实施我们总结出以下经验：
1）由于PDM 系统的实施过程涉及面广、涉及人员多、实施过程比较长，还要改变或调整企业原有的管理模式和管理制度。这就要求企业要给予高度重视，组建强有力的实施队伍，制定详细的实施计划，在企业最高管理者的直接关注与领导下调动企业的一切资源，逐步稳妥地实现各项工作目标。
2）遵循“总体规划，分布实施”的平台建设思路。系统实施前必须明确企业的愿望需求，包括当前的以及今后预期可能有的，明确哪些是当前可以实现的，哪些是目前还不能做到的，哪些是不可行的。然后，根据愿望需求制定阶段目标，将整个系统分阶段来完成。且每个阶段要划分好项目实施的边界，明确涉及到的用户群范围、覆盖的产品数据、覆盖的业务环节和流程范围等。
3）每个阶段在完成一部分功能的实施工作以后，就要推广应用到工程业务实际中，同时根据实际应用总结的问题，开展下一阶段实施内容的规划、需求收集、定制化开发等工作，最终使整个PDM协同研制平台项目实施形成一个螺旋式上升并提升的过程。
4）采取“以点带线、以线带面”的实施模式，即以典型型号的研制为对象，以业务流程作为驱动，将整个研制流程纳入到PDM协同研制平台系统中进行统一管理。在管理该型号研制流程的过程中，建立起适合企业相关业务部门优化的业务流程模板，经过实践验证后，再逐步完善，推广到其它型号的研制工作中去。
5）结合PDM协同研制平台的应用需要，做到标准规范先行。通过各种相关标准文件的制定、宣传与贯彻，规范型号研制过程中涉及到的各类操作和业务流程，为系统的顺利使用奠定基础。
6）为保障PDM协同研制平台实施的有效性，军工电子企业在系统建设前还应具备以下基础条件：有统一的物资编码规范，完成企业内部物资编码工作，对元器件、标准件、通用件做到一物一码；已建立企业器件基础数据库，包含零部件（结构、电子电路）的物资编码、技术指标、厂家信息、应用案例等详细信息；针对不同军兵种标准及要求，完成企业文档模板的归类和设计；企业组织架构基本稳定，梳理并建立一套符合企业产品研制特点的研发过程管理流程。
5结束语
PDM协同研制平台能够帮助工程技术人员和研发人员管理所有产品相关信息和所有与产品信息相关的开发过程，将数据库的管理能力、网络的通信能力和系统的控制能力相结合，提供了产品全生命周期的信息集成化管理，支持建立一个并行化运作的产品开发协作环境，实现知识共享。据国外资料统计，企业引入科学的PDM应用能使产品过程缩短25%，减少工程设计更改4%，加快产品投放市场进度50%～80%，总体成本缩减25%以上[8]。
军工电子企业中研发创新能力是最核心的竞争能力，通过建设PDM协同设计管理平台，将有助于从以下几个方面来提升企业的核心竞争力：优化产品研制流程，提升企业管理水平；实现产品技术状态管理，提高产品研制质量；支持并行工程，缩短产品研制周期；实现知识积累与共享，提高企业的创新能力；整合各业务系统，提升企业的整体运作效率，最终提高企业管理水平。
参考文献：
[1]范文涛，李涛. 产品数据管理（PDM）的原理与实施[M].北京：机械工业出版社，2004.
[2]邓超.产品数据管理（PDM）规范应用指南[M].北京：中国经济出版社，2007.
[3]童秉枢，李建明.产品数据管理（PDM）技术[M].北京：清华大学出版社，2000.
[4]刘博，张韶华，李永红.产品数据管理（PDM）系统推广应用探析[EB/OL].（20090829）[20130218]. http：///p078840449045.html.
[5]张晓东.产品全生命周期管理系统体系结构研究[J].中国制造业信息化，2003，32（8）：8386.
[6]王波兴，王波.构筑以Windchill为基础的PDM平台[J].机械科学与技术，2004（8）：1619.
[7]范文慧，葛正宇，何山，等.基于Windchill的PDM系统的研究与实现[J].计算机集成制造系统，2002（9）：715719.
[8]乔生红.基于工作流技术的中小企业PDM系统研究[D].南京：东南大学，2005.
作者简介：
杨旭（1980），女，四川自贡人，硕士，工程师，主要从事企业信息化规划、Windchill 技术应用、PDM协同研制平台实施及应用等研究。Practice of collaborativedevelopment platform based on PDM in military electronic enterprise