實用PDM圖文檔管理平臺的設計

莊德升，符美明，陳明剛，白友平，曹紅松，劉恒著，沈冠軍

(1.重慶望江工業有限公司，重慶 400071;2.中北大學，太原 030051)

火炮作為近程防空武器，其設計精巧復雜，零部件多達5000 多種，研發設計過程中會產生大量設計文件。原有紙質文件管理流程已經不能滿足大量應用計算機輔助設計的企業對資料管理的要求［2］。電子文件版本混亂、圖紙查閱低效等問題成為制約產品設計、生產的瓶頸。

1 業務流程現狀分析

火炮行業中不少機械企業，產品設計均已實現電子化［3］。但面對現有的大量電子文件，還未形成一套有效的電子資料管理機制。一種典型的資料管理現狀如圖1 所示。

產生設計文件的二、三維設計軟件多種多樣，本文選取1組常見的設計軟件組合進行研究。三維設計平臺選用UG NX 軟件，二維設計平臺為CAXA 軟件。則圖文檔管理的對象類型主要就是上述2 種軟件對應的文件類型。由圖1 中可以看出，研發階段的二維和三維設計文檔刻盤歸檔后，便不再更改，二維和三維的聯系也不再維護。二維圖紙文件的最終歸宿是曬成紙質藍圖，指導車間生產。

圖1 一種典型的資料管理現狀流程

產品試制、生產階段，車間和設計部門需要頻繁就變更進行溝通［4］。因無可信版本的電子版圖紙，溝通時需要經常翻閱紙質圖紙。因此使用頻率較高的圖紙經常破損、或被他人借閱，無法及時處理變更。變更發生后，信息部門將更改情況手工標記至紙質藍圖上，并填寫臨時變更單。臨時變更單以年度為周期進行匯總，指導藍圖更改，曬新圖后替換舊圖。

可以看出，生產過程中，無法獲得產品當前最新版本;二維和三維模型的電子文件處于非受控狀態;借閱、查詢圖紙效率低下。這些問題日漸成為制約生產的主要問題。產品數據管理仍停留在手工操作的水平，數據分散在各工程師手中，正確性和完整性無法確定，不能實現有效的數據共享;圖紙狀態的維護靠持有圖紙的工程師自覺完成，無法保證該圖紙、技術資料是最新狀態，歷史版本變更也無法追溯;首次出圖后，再無法找到1 整套最新的電子版本用于發布。對于標準件、通用件、借用件等，都是在工程師用到時，才進行尋找和建模，這就導致對于同一重用件，要多次被不同的工程師建立，無法實現該標準件的有效共享。

2 解決思路及方法

為達到查詢便利、提高效率，規范電子圖文檔管理流程，集中管理知識庫等目標，迫切需要1 種管理手段，來破除當前電子圖文檔管理的混亂局面。解決以上問題的1 種途徑是通過購買專業的產品數據管理系統(PDM)對電子圖文檔進行管理。另1 種途徑便是自行開發軟件，管理產品數據。

第1 種途徑的具體實施方法有2 類:一是利用大型PDM、PLM 系統，二是利用通用圖檔管理軟件。優秀PDM、PLM 廠家的軟件雖然功能大而全，但是硬件添置費、授權費和實施費用高昂，遠遠超過大多數企業負擔能力，解決電子圖文檔管理問題，不具備投入高額成本的條件;后者功能較為單一，缺少2 次開發接口或接口過于簡單，無法根據公司內部管理流程自行定制數據查詢功能和開發專用功能。在此優先選用第2 種途徑，通過自行開發管理平臺實現對電子圖文檔資料的管控。

要對數據進行有效管理，需要將所有產品數據歸集整理，編碼分類后放在所有設計人員均可訪問的中央服務器上，作為唯一數據源。通過軟件進行訪問權限控制。這需要以下共享技術的支持:FTP 技術，用于服務器與客戶端之間文件的簽入簽出管理;數據元建模技術，用于固化產品信息結構，建立適合企業的零部件分類標準和方法;數據庫技術，用于存儲大量的數據元模型，實現信息檢索;Windows 共享文件夾技術，用于CAD 軟件網絡直連訪問;軟件編程技術，用于編寫客戶端軟件。

隨著5G腳步的臨近，可以將VR技術應用于網絡學習，讓學生在學習時感受到教師和同學仿佛就在身邊，身臨其境，營造濃厚的學習氛圍，也對學生的學習起到監督作用。

3 可行性論證

軟件開發方面，要以較低的成本，對數據進行整合，需要將設計圖紙、模型的電子文件歸集至服務器，通過設計界面友好的軟件進行流程控制，維持二維和三維模型的對應關系;通過數據庫記錄圖紙信息、人員信息、分工信息;通過FTP 服務器端進行文件更改、上傳和下載的權限控制;通過“Windows 共享文件夾”進行網絡共享，方便UG 從網絡端直接打開。實現以上途徑的開發成本比較低廉。

硬件方面，要求設計部門每位設計人員均配備PC 終端，有仿真服務器1 臺，具備每臺終端都接入內部高速保密網絡的條件。網絡基礎知識方面，并不需要太多，僅要求設計人員對“Windows 共享文件夾”功能較熟悉。這些條件對于一般的中小公司，比較容易滿足。

數據容量方面，對于一般產品，UG 的設計文件平均大小為0.5M，預算每個產品的數據文件數量在10 000個左右，即每款產品數據總量約為5G。100 種產品數據量僅500G 左右，使用FTP 軟件就可以。對應數據記錄按平均每零件3 條記錄估算，每產品數據庫所需空間大小約為0.3G，免費數據庫MySQL 完全可以勝任此數據量的數據服務。

關于災難恢復，因軟件平臺無服務器端，只需要定時備份好數據庫以及文件即可應對，恢復非常容易。

因此綜合考慮成本、可行性、易用性、安全性等，得出以下結論:FTP 可使用服務器的IIS 自帶功能實現，數據庫使用開源免費版MySQL 數據庫，軟件開發語言使用Delphi 或C++。對于軟件授權費用的投入是零，硬件只使用一般配置的現有計算機就可以。

4 服務器及客戶端選用

4.1 服務器使用FTP

綜合考慮經濟投入、經費控制、網絡安全、性能以及穩定性等方面，搭載了互聯網36%的FTP［5］成為了本系統文件傳輸的最終選擇。通過FTP 服務，遠程用戶可在服務器上獲得，可為不同用戶分配不同的用戶名和密碼，還可通過建立虛擬路徑，將1 個文件夾映射到另1 個文件夾下，無縫整合多個硬盤。FTP 還可限制IP 地址訪問，僅允許指定IP 的用戶瀏覽和訪問［6］。服務器拓撲圖及軟件架構見圖2。

圖2 服務器拓撲圖及軟件架構

4.2 數據庫使用MySQL

數據庫服務使用免費開源的MySQL 數據庫。該數據庫多應用于論壇、網站的服務器，雖然小型網站選用該數據庫居多，但MySQL 對于大數據量的網站，也有不錯的表現［7］。

涉及到的數據元信息，如零件信息、文件信息、BOM 信息等，均存放在數據庫對應的表中，用戶通過軟件界面，交互式地訪問和查詢所需數據。

5 架構模塊闡述

5.1 數據元模型

圖3 數據規劃

5.2 編碼及分類規則

編制唯一標識某零件的代碼在PDM 圖文檔管理平臺上是比不可少的功能。由于要適應公司的特殊應用環境，編碼不僅要能夠唯一標識零件［9］，還要具有權限控制的功能。因此，編碼規則設置如下:

零部件代號_產品代號_版本號

其中:零部件代號參照公司現有規則制定;產品代號為公司方面指定的一串用于代表某產品的字符串;版本號為該產品的系列基帶版本代號，常為S 或A。

公司日常管理零件規則為:將產品按照最小單位為部件來劃分，將部件及下屬零件分配給指定的人員來負責。負責人又按照重要程度分成3 種:主要負責人、次要負責人和備用負責人。將人員分別與負責人角色和零件代號相關聯，即可將分工狀況描述清楚。

5.3 文件管理

文件集中存儲需要解決命名規則、目錄規劃、權限控制、文件版本控制問題［10］。

因在局域網中共享，需要命名可讀。在信息化過程中，一般的解決方法是對三維模型的命名及文件夾存放制定詳細的規范。同時，對于文件命名規則，還必須細致制定，對Windows 中文件名內容易誤解的符號如“/”、“.”等也要進行規則定義。

為使圖紙可隨時打開，杜絕惡意文件修改、刪除，使用只讀Windows 共享文件夾的方式進行圖紙共享。用戶可通過訪問共享文件夾直接用UG 或CAXA 打開對應的文件。當更改發生后，由該零件的設計負責人通過軟件提交二維圖紙和三維模型的更改，使用內嵌在軟件內的FTP 終端上傳至服務器。服務器上的原文件并不刪除，按照規則重命名，以防誤操作用于撤銷。應在軟件內部通過訪問數據庫內的訪問規則進行權限控制，對于非授權人員，無法執行零件更改功能，因此可以保證數據版本的唯一性。

圖4 典型的目錄規劃方式

5.4 查詢方式

所有的相關信息均掛在對應的零件上。需查找某種信息時，如三維模型、圖紙等，可直接定位到該信息對應的零件。特殊產品的設計人員溝通時，通常使用零件件號的簡稱來指定零件。因此，查詢零件以及相關信息功能，要考慮用戶習慣，設計零件查詢關鍵詞時也應包含指定件號的查詢。

特殊產品的零件編號同時采用2 位編碼和4 位編碼規則。所以，縮略代號在不同產品中均應能找到對應零件，因此設計查找功能時，要求可以選擇查找范圍。

除零件查詢外，還需要設計用戶信息查詢、分工查詢、BOM 結構正反向查詢等其他查詢功能。

5.5 權限及變更控制

傳統管理方式下，紙質設計圖紙信息對全部設計人員是公開的，只對借閱情況進行登記。軟件管理時，全體設計人員均持有已經授權的個人賬號，可通過局域網訪問共享文件夾的方式只讀訪問文件。

實際生產過程中，圖紙的更改由生產或設計部門提出，設計部門出具許可，信息部門記錄備案。軟件通過權限流程規劃，將圖紙更改部門權限分散至更改許可人，把設計部門出具許可和記錄備案合二為一，實現許可即圖紙，圖紙即備案。年度藍圖換版時，可節約大量辦理核準表時間，直接將當前電子版二維圖曬藍即可。變更的歷史記錄由軟件的輕量化版本控制系統完成，他記錄了變更的數據記錄和FTP 歷史文件，以備回滾。

軟件將權限編制成代號，將代號與被授權者動態的關聯，通過數據中的記錄控制各種權限。使權限的管理和分配更靈活，可在需要時隨時變更。

圖5 權限、變更、版本控制圖解

6 應用實例

筆者所在團隊以一家使用UG 和CAXA 軟件的公司生產設計中所涉及到的圖紙及零件信息作為數據對象，進行了軟件應用。軟件管理的零件記錄超過10 000條。持授權用戶名、密碼登錄軟件后，可以方便根據代號、BOM 結構迅速定位目標零件，瀏覽詳細信息;也可以通過引用查詢進行零件BOM 所屬正反向查詢、分工情況查詢、用戶信息查詢、歷史文件查詢等。因使用用戶數量在一百多人左右，為便于管理，軟件根據用戶所在辦公室進行了分組。軟件界面見圖6。

小組還對UG 進行了2 次開發，將軟件內嵌入UG 的菜單［11］，方便用戶在設計時隨時訪問數據庫，迅速查詢所需信息，界面見圖7［12］。

圖6 軟件界面概覽

圖7 嵌入UG 菜單

7 結束語

在應用過程中，筆者所在團隊發現，適用于自己公司的輕量化PDM 非常適用于暫時不具備條件實施大型PDM 系統的公司。一方面，通過梳理管理流程，可以引導公司發現管理短板，助力公司改進，通過程序化管理，啟發其規范現有數據，為以后實施大型PDM 奠定數據基礎;另一方面，輕量化PDM 軟件能針對公司面臨的瓶頸領域集中提出解決方案，規避大又全的大型軟件的高昂投入，迅速解決公司燃眉之急。

本文提出的圖文管理方法，架構開放，數據元與軟件獨立，可隨時根據公司員工的使用情況進行優化，數據可隨時導入導出。結構相對小巧精干，可靠性高，災難恢復能力強。隨著使用的深入，可以根據公司用戶的需求進行挖掘，靈活的擴展軟件功能，如電子簽名［13］、流程管理、變更通知、報表統計等功能。

［1］曲艷峰，楊小兵.基于ODBC 數據庫的UG/NX 應用系統開發［J］.上海電力學院學報，2008，24(4):385-392.

［2］馬蓉芬，姚道德.網絡設計智能專家系統［C］//電力行業信息化年會，2009.

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［4］信息協同管理項目［C］//2010 年中國造船工程學會MIS/S＆A 學術交流會議.

［5］蔡勇.FTP 服務器技術研究及實現［D］.四川:電子科技大學，2005.

［6］聶巖峰，彭向軍，徐先超.FTP 服務器樞紐中的文件處理引擎設計［J］.計算機工程，2010，36(22):245-247.

［7］伍志聰.MySQL 數據庫在中小型業務系統的應用［J］.數字技術與應用，2011(11):122.

［8］傅仕偉，嚴雋琪，陳文培，等.基于實例設計中的產品數據模型及實例庫設計［J］.2000，12(2):132-136.

［9］Heng Zhu Liu，Hong Song Cao，Wei Ning Yang，et al［J］.Advanced Materials Research，2012:482-484.

［10］吳慧明. 建設涉密信息集中存儲平臺［C］//第七屆(2008 年)海峽兩岸科技與經濟論壇，2008.

［11］何麗孫，文磊，王宏偉.基于UG 的Web 三維零件庫系統開發［J］.機床與液壓，2012，40(11):91-94.

［12］黃勇.UG/OPEN 應用開發典型實例精解［M］.北京:國防工業出版社，2010.

［13］徐民，牟亞偉，韋韌，等.電子簽名在醫院信息系統中的應用與實踐［J］.中國數字醫學，2012，7(3):103-104.