基于Windchill的電氣設計數據管理集成平臺的構建與應用

姚海蘭，張紹東，朱東偉，張密哲，李 蕊

（唐山軌道客車有限責任公司 產品研發中心，唐山 064000）

基于Windchill的電氣設計數據管理集成平臺的構建與應用

姚海蘭，張紹東，朱東偉，張密哲，李 蕊

（唐山軌道客車有限責任公司 產品研發中心，唐山 064000）

針對軌道車輛電氣設計數據的管理特點，利用信息技術，建立基于Windchill的電氣設計數據管理集成平臺，實現了電氣設計工具E3、研發數據管理工具Windchill、物料數據管理（MDM）系統、產品數據處理及應用（SAP）系統的無縫集成。還實現了研發電氣數據管理系統對電路圖、電氣物料清單（BOM）以及電氣報表等電氣設計數據的全生命周期管理，優化了電氣設計過程及數據流程管理，提升了整個電氣研發團隊溝通和協作工作的效率。

電氣設計；數據管理；集成平臺

隨著我國城市軌道交通的迅猛發展，新機遇要求全新動車組、城軌車設計周期短，企業信息化、精益化管理已成為提高企業核心競爭力的重要手段[1]，傳統的電氣研發設計數據管理平臺存在諸多問題：（1）現有的電氣設計軟件基本處于孤島狀態，與其它子系統集成性差，數據存儲分散；（2）電氣設計過程數據通過手工備份到服務器文件夾且缺少版本管理；（3）電氣設計報表系統速度慢，效率低；（4）物料清單（BOM）在產品數據處理及應用系統（SAP）中靠人工逐級搭建，管理松散，且易出錯。以上問題導致了傳統的電氣設計數據管理平臺已不能適應數字化協同設計環境下復雜列車系統快速研制的要求[2]，急需圍繞電氣圖紙研發設計過程，建立適合自身要求的電氣設計數據管理集成平臺。

基于Windchill的電氣設計數據管理集成平臺的建設，以解決電氣研發設計中存在的問題為目的，圍繞電氣研發設計過程和電氣設計輸出特點，采用二次開發實現電氣設計工具研發數據管理系統、物料數據管理（MDM）系統、SAP系統的無縫集成，基于研發數據管理系統，實現公共資料管理，設計數據管理、流程管理和權限管理等功能，實現集成度好，流程清晰，業務順暢，使用便捷的平臺建設目標[3]。

1 研發平臺工具

1.1 電氣設計工具

電氣設計邏輯復雜關聯性極強，如何在短時間內完成龐大的圖紙繪制，要求多用戶多部門協同設計及管理，保證數據的正確性，并準確完成各類報表數據整理，成為電氣設計必須面對的難題。

本文采用E3（E3.Series）作為電氣設計工具，支持多部門多用戶的協同管理與設計，設計師通過E3.Series對項目進行實時操作，配置的電氣規則可以檢查項目方案是否滿足設計規范，并檢查圖紙中存在的錯誤，以便進行修改，系統管理員可對設計人員的權限進行相應設置，保證每位設計人員只能操作被授權的項目數據，項目數據存儲在同一數據庫中，實現了項目內部的圖紙保持實時更新，可實現數據的準確性和一致性。

項目設計中E3.Reports系統支持自動生成設計部的報表和工藝部的部分報表，例如線纜總表、線束表、元器件清單、線束走向表、布線表和剪線表等，以進行圖紙正確性檢查。

1.2 研發數據管理工具

研發部門是車輛產品電氣設計數據電路圖、電氣BOM以及電氣報表等及機械設計CAE/CAM/ CAD數據的源頭，數據量大且需要頻繁傳遞、交換、處理和存儲，本文采用Windchill作為數據管理研發工具，Windchill是一套集成應用軟件，涉及圖文檔管理、產品結構管理、生命周期管理、工作流程管理、工程變更管理、零部件分類及重用管理、項目管理、制造過程（工藝）管理、供應商管理、用戶需求管理等全部產品生命周期領域。為提升整個電氣研發團隊的溝通和協作工作效率提供軟件平臺[4]。

Windchill還提供開放的開發接口，為研發數據管理系統與各設計工具及公司其它系統集成提供技術保障。

1.3 公司級產品數據管理工具

將SAP定位為公司級產品數據管理系統的核心，所有其他信息系統的構建均以SAP為基礎進行。SAP的許多新產品，包括企業核心組件ECC（ERP Central Components），全部構筑在Web應用服務器（WebAS）平臺之上。WebAS提供了開放式的結構，使用HTML、XML等計算機語言，支持許多數據庫版本和發布，可以容納所有的數據和配置信息，同時，WebAS也提供定制功能，可以使用工業標準語言Java完成二次集成開發。使得其他功能信息系統可以與SAP集成。

2 平臺總體方案

針對電氣設計工具與其它子系統集成性差，數據存儲分散問題，提出了將前端電氣設計工具E3、MDM系統、SAP系統、研發電氣數據管理工具Windchill以接口方式進行雙向集成方案，打通系統間數據通道，保證電氣設計工作數據流暢通，實現完整可靠的電氣協同設計平臺。平臺總體方案構架如圖1所示。

圖1 平臺總體方案構架圖

平臺集成方案圖如圖2所示。本集成平臺通過Server開發語言，Java構建完整后端服務平臺，執行底層邏輯運算與業務數據處理；使用跨平臺網絡服務軟件Apache與開源Web應用容器Tomcat組成網絡通信層，實現HTTP請求接收、負載均衡與集群配置等服務功能。本集成平臺涉及各子系統或工具間集成架構以Java核心包為基礎，針對各下游系統或工具技術不統一的現狀設計與開發具有指向性的獨立集成模塊：如E3工具與MDM系統等支持數據交換協議（SOAP）標準，使用通用WebService方式實現雙向集成；對于技術相對封閉的SAP系統，通過其提供的sapjco.jar工具包實現遠程函數調用（RFC）接口訪問，通過動態鏈接庫文件進行遠程數據傳輸；其余無法直接提供集成接口的下游系統，直接使用面向數據庫的SQL進行數據訪問，實現數據級的集成功能。

圖2 平臺集成方案圖

3 平臺功能實現

電氣設計數據管理集成平臺的建設，針對電氣設計數據的管理特點，通過系統及工具間的緊密集成，結合Windchill工具特有的版本、權限、流程等功能，實現電氣數據及版本管理、產品BOM結構管理、報表管理、歷史數據回滾功能、物料編碼管理、圖紙評審管理及工程更改管理，為企業資源計劃（ERP，Enterprise Resource Planning）等系統提供準確可靠的電氣設計數據。

3.1 電氣數據及版本管理

（1）通過數據檢入接口，將E3輸出的電氣設計數據，如圖紙、BOM、報表等自動存入各產品文件夾下，針對電氣數據本身的特點，利用Windchill工具定義特殊的類型、屬性與數據庫表結構，并定制開發相關管理功能，實現對電氣數據的集中管理，電氣數據及版本管理如圖3所示。

圖3 電氣數據及版本管理

（2）版本管理，電氣數據在Windchill中均使用字母大版本+數字小版本方式，每次檢入操作升級一個小版本，每次修訂操作升級一個大版本。Windchill中每條數據的所有版本信息（內容與屬性）均由系統維護歷史記錄，從而解決了不定時將E3設計文件手動備份到本地文件夾方式的問題，避免手工備份安全問題，同時為歷史數據回傳功能提供數據源。

（3）狀態管理，Windchill工具為每種電氣設計數據類型定義其生命周期模板、狀態和轉變規則。狀態屬性標志著數據成熟度，通過流程自動驅動與手動修訂兩種方式控制狀態的轉變。為實現電氣設計數據安全性管理提供基礎。

（4）位置管理，利用Windchill專門的存儲庫來分類管理所有電氣設計相關公共資料。

（5）安全性管理，通過Windchill策略管理器提供數據訪問權限的配置管理功能。對于管理對象，針對其類型、狀態、位置等屬性以及操作用戶所屬的角色、組等信息進行訪問權限控制。提高數據安全及正確性。

3.2 產品BOM結構管理

為避免SAP人工搭建BOM方式造成的人為錯誤，提出BOM由電氣連接圖紙驅動自動創建與管理，產品BOM結構管理接口開發流程如圖4所示。

圖4 產品結構管理接口開發流程

3.3 報表管理

針對電氣設計工具中導出報表，速度慢，未存入數據庫統一管理及無版本管理、存儲等問題，通過數據檢入接口，將電氣總表數據與電氣圖紙分離，并將總表數據存入Windchill電子倉庫與數據庫，同時記錄總表數據電氣圖紙的關聯關系。在系統中通過開發手段固化各類電氣報表匯總邏輯，定義線表匯總模板，實現各類電氣報表的匯總輸出，解決了現有E3系統中進行元器件報表匯總時，速度慢，效率低，匯總時間較長等問題。具體線表種類有：線纜信息總表、電纜清單、設備接線表、線束表、元器件清單和線束走向表。

3.4 歷史數據回滾功能

針對設計系統方案反復改變現象及設計誤操作問題，無法實現歷史版本的恢復問題，提出了歷史數據回滾功能，以Windchill存儲的歷史版本為數據源，供選擇并操作。

在Windchill中存儲歷史版本及用于數據修復XML文件，數據恢復時，利用E3工具API接口實現項目中所有設備、符號、連接器針腳、芯線、電纜對比及修復，從而實現自動執行歷史版本數據與整車級圖紙合并操作，此功能使用靈活，避免重復工作，提高設計效率，接口開發流程如圖5所示。

圖5 歷史數據回滾接口開發流程

3.5 物料編碼管理

為了避免人工重復維護物料信息，實現物料編碼閉環管理，提出了物料編碼管理功能，設計師可根據需求由MDM或者Windchill發起物料編碼申請，MDM系統新物料編碼發布后，Windchill根據接收到的物料數據結合物料來源標記進行匹配判斷，若為電氣物料則合并MDM標準物料屬性與電氣物料特有屬性，調用E3物料編碼接收接口，自動執行電氣物料編碼回傳操作，將編碼信息回傳至E3元器件庫。物料編碼接口開發流程如圖6所示。

圖6 物料編碼接口開發流程

3.6 圖紙評審管理

研發人員完成設計后，在E3端完成提交Windchill工作，在Windchill中發起圖紙評審簽審流程，圖紙審批流程發起時機由用戶決定，可以針對多張圖紙發起一個審批流程（批量審批），審批過程中鎖定圖紙檢入權限及E3項目修改權限，審批通過后系統自動對圖紙PDF文件電子簽名，自動發布至SAP系統，電氣圖紙評審流程圖如圖7所示。

3.7 工程更改管理

電氣數據變更管理要實現電氣變更的全過程記錄，包括變更原因、變更影響分析和變更執行情況，保證變更的正確性、完整性、及時性和閉環管理。

通過基于已在Windchill中建立的有效變更業務控制手段，實現電氣圖紙文件變更信息和變更過程的有效管理；通過基于問題報告、變更請求、變更通知單等變更對象實現對變更業務的管理。規范產品變更及數據發放流程，提高數據發布的準確性、有效性和及時性，從而提高產品質量、可靠性，減少返工。

4 系統應用效果

目前，公司應用基于Windchill的電氣設計數據管理集成平臺的軌道車輛產品包括城軌城際、高速動車組各兩個項目，電氣設計數據量達到4 000多個。通過電氣設計工具與研發數據管理系統、物料管理系統、企業資源管理系統的無縫集成，實現了企業內電氣設計的協同工作環境，電氣數據及版本統一管理，通過在Windchill中固化各類電氣報表匯總邏輯，各類電氣報表的匯總輸出在5 s內完成，BOM由圖紙驅動自動創建與管理，提高產品研發效率，提升設計質量，逐步實現數據標準化、結構標準化及流程標準化。

圖7 電氣圖紙評審流程圖

5 結束語

本文依據電氣設計輸出特點，以研發設計流程為導向，信息技術以及數據的交互傳遞和共享為手段，建立了基于Windchill的電氣設計及數據管理平臺，實現了電氣設計各子系統的無縫集成，解決了數據存儲分散、研發設計過程管控粗放等問題，遵循了客戶導向思維的理念，逐步實現研發平臺精益化。

[1]郭曼莉.特種裝備知識工程平臺—PERA.KE在海軍裝備行業的應用[J]. CAD/CAM與制造業信息化，2013（5）：27-29.

[2]郭玉亮.SAP與Pro/INTRLINK一體化協同設計系統的構建與應用[J].鐵路計算機應用，2013，22（5）：5-7.

[3]王廣明.高速動車組三維設計及數據管理平臺建設[J].鐵路計算機應用，2012，21（10）：19-22.

[4]劉 日.基于國產PLM系統的三維CAD協同設計的應用于實踐[J]. CAD/CAM與制造業信息化，2014（7）：27-29.

責任編輯陳 蓉

Data management integrated platform of electrical design based on Windchill

YAO Hailan, ZHANG Shaodong, ZHU Dongwei, ZHANG Mizhe, LI Rui
( Product Research and Development Center, Tangshan Railway Vehicle Co. Ltd., Tangshan 064000, China )

This article established the data management integrated platform of electrical design based on Windchill according to the data management characteristics of electrical design for railway vehicles, implemented the seamless integration with electrical design tool E3, developed data management tool Windchill, material data management(MDM) system, Systems Applications and Products in Data Processing(SAP). It was realized the whole life cycle management of circuit diagram, BOM, and other electrical design data by the management system of electrical data, optimized the process of electrical design and the management of data flow, improved the efficiency of communication and collaboration.

electrical design; data management; integrated platform

U270.2∶TP39

A

1005-8451（2016）12-0045-05

2016-05-20

姚海蘭，工程師；張紹東，工程師。