煤矿井下坑道钻机产品数据管理模型与系统圆刀片

煤矿井下坑道钻机产品数据管理模型与系统

煤矿井下坑道钻机产品数据管理模型与系统 2011： 产品数据管理(Product data management, PDM)是一种管理与产品相关的信息、过程和资源的技术。其中，产品相关信息包括各种CAD数据、CAPP数据、计算文档、数字化文件、数据库记录等；产品相关过程包括工作流程和更改流程等；产品相关资源包括组织、成员、设备等。PDM是在逻辑上将各种CAx(CAD、CAPP、CAM 等)信息化孤岛集成起来，利用计算机系统控制产品的整个开发设计过程，通过逐步建立虚拟的产品模型，最终形成完整的产品描述、生产过程描述以及生产过程控制数据。可以说，PDM技术是产品数字化开发的保障。关于 PDM 技术的研究与应用，学者们已进行了大量的研究工作，并已形成了成熟的软件系统，如Ennovia、Teamcenter、Winchill、KMPDM等。本文从坑道钻机产品的开发特点出发，结合企业的实际需求，以促进企业产品开发过程的规范化和标准化为目标，构建了相应的PDM功能模型，并予以系统实现。1 钻机PDM需求分析基于产品的结构型式，坑道钻机可分为分体式和履带式两类。由于坑道钻机既有系列化产品，又需满足不同客户的定制要求，因而主要以批量定制的方式生产。再者，坑道钻机往往是在新产品的基础上变型开发，因此，钻机PDM系统要考虑这种开发特点和生产模式。目前，钻机产品开发以KMCAD二维设计为主，同时采用Solid Edge逐步开展三维设计；工艺设计使用KMCAPP，库存管理采用用友ERP软件，各类电子文档均采用本地文件夹方式管理。随着产品类型的增加和研发规模的扩大，这种传统的数据管理方式已远远不能满足要求。其不足性体现为：a.大量的电子数据分散在技术人员的本地机上，数据安全性差；b. 技术文档更改采用手工管理，缺乏版本控制，数据控制和查询困难；c. 工艺和设计两类文档没有关联，且BOM 数据需手工录入，设计协同性较差；d. 零部件明细表的分类汇总需手工进行，结构配置效率低。基于上述不足，定义坑道钻机PDM的总体需求为：a. 实现电子数据的有效、集中、统一管理；b. 实现基于项目的文档管理；c. 实现零部件的分类和相关数据的关联；d. 实现数据的历史版本记录和可追溯性；e. 实现项目流程管理；f. 通过权限管理支持流程控制。2 钻机PDM功能模型基于钻机PDM的需求分析，建立7大功能模型，即项目管理、文档管理、流程管理、BOM管理、零部件管理、组织权限管理和系统集成。这些模型提供了钻机PDM的基本功能，实现了产品开发过程中的数据与过程管理。2.1 项目管理钻机产品研发以项目为基本单元，需实现对项目的基本管理，包括立项、任务分解、工作分配、数据权限控制和监控等。图1所示为钻机项目管理模型，可实现了如下过程：按照计划任务书建立项目；项目负责人分解任务，并分配给相应的组成员；指定产品数据到相应的项目上，并将数据权限与项目相结合，按照项目团队设置访问权限，实现数据借用等功能。对于一些安全级别较高的文件可单独控制权限，即限定受访用户。

图1 项目管理模型

2.2 文档管理技术类文档包括产品的图纸、计算说明书、CAE报告、三维模型、使用说明书，以及技术标准、质量手册、企业标准等公用数据。这些文档需统一置入电子仓库中，并建立共享机制。文档组织是以具体对象如产品或其零部件为节点，相关描述如图纸、三维模型、工艺文件等关联在该节点上，形成该对象的完整描述；进而通过文件的版本与版次管理，保证电子文件的一致性；并按照不同的岗位和职责，进行不同数据的安全共享与流程控制。2.3 流程管理钻机产品研发过程中主要涉及设计和更改流程，图2给出其相应的流程管理模型，设计流程包括了设计、审核、审定和发布4个基本工作步骤；更改流程包括了设计、审核、批准和发布4个基本工作步骤。设计流程中的设计、审核与审定任务分别由工程师、第三方和专家完成；更改流程中的设计、审核与批准任务则分别由设计者本人、第三方和专家完成。

图2 流程管理模型

2.4 BOM 管理建立产品结构的方法有两种：a. 直接读取SolidEdge模型，形成PDM 系统的产品结构，且与几何模型中的装配结构保持一致；b. 利用图形化产品结构编辑界面，通过新建、拖放、拷贝、粘贴等功能，利用数据库中现有的零部件构造新的产品结构。图3所示为钻机产品的BOM管理模型，实现产品BOM 的生成、编辑与多层展开、相似产品结构差异比较、零部件替换管理等功能。该模型提供了5种报表：图样目录明细表、外购件明细表、标准件明细表、加工件明细表和外协件明细表。

图3 BOM管理模型

2.5 零部件管理如图4所示，零部件管理包括属性管理、编码管理、版本管理、数据集管理、状态管理、分类管理和资源管理。零部件的主属性包括编号、名称、描述、创建日期、修改日期、所有者、材料、分类(借用、外购、自带、标准件)、生产地、重量、图幅、组焊件等。所有属性均可作为检索条件对零部件进行查询；自制零部件依据图号编码，标准件则以“国标号+规格型号”为编码；相关数据集包括CAD、CAPP、OFFICE文档和图形等；状态管理能够提供工作、审查、冻结等需要的零部件状态，且不同状态的零部件版本有不同的权限控制；分类管理则依据产品结构对同一类产品进行分类；资源管理则将零部件分为标准件、外协件和外购件3种不同类型。

图4 零部件管理模型

2.6 组织权限管理图5给出了钻机PDM 的组织权限管理模型，建立了设计组、施工工艺组、专家组和综合办。其中设计组又分为产品设计组和工艺设计组。每个组中包含的成员又可能属于不同组，对应着不同的角色。如设计、工艺、审核和审定，同一个成员在不同项目中也可对应着不同角色。在具体项目中，每一角色又被赋予不同的权限来保证其任务完成。

2.7 系统集成图6所示为钻机PDM的系统集成模型。对于KMCAD 和Solid Edge两种CAD软件，二者均与PDM实现了深度集成；对于KMCAPP，则实现了PDM对该类文件的管理；对于CAE软件如LMS Motion 等，仅实现了PDM对相关文件的管理。

3 钻机PDM 系统结构采用TeamCenter Express 建立了钻机PDM 系统。图7所示为该系统的总体结构，图中SE表示Solid Edge。该系统实现了项目管理、文档管理、流程管理、BOM管理、零部件管理和组织管理6大功能，完成了项目管理和设计业务过程的优化重组；通过标准库和文件模板的建立实现了企业文档的标准化和规范化；通过建立产品数据库和资源库形成了产品数据中心；通过集成Solid Edge、KMCAD等应用软件实现了数据管理和流程支持。图8描述了该系统的组成，包括7 部分内容：公用数据中心、产品、资源库、电子流程、零部件、组织和查询模板。

系统总体结构

图8 PDM 系统组成

钻机PDM系统采用C/S结构建立在计算机局域网环境中，其拓扑结构如图9所示。其中，服务器端包括数据库、配置文件和产品数据3类文件；客户端包含Author、Consumer 和Professional3种类型，分别面向普通设计人员、非设计部门人员和项目主管。

系统拓扑结构

4 产品数据运行实例以ZDY6000L型履带式自行走功能的全液压动力头式坑道钻机为例，说明钻机PDM系统中的数据运行情况。导入ZDY6000L的Solid Edge三维数据到PDM系统中，可自动生成产品数据结构；将相应的二维KM数据导入，联接到相应的零部件下，形成了产品文档结构。其中，加工件的编码为图号，外购件的编码为其代号，标准件的编码为“国标号+规格型号”。通过产品结构编辑器，可以获得ZDY6000L的产品结构。5 结论a. 在分析坑道钻机PDM 需求的基础上，建立了钻机PDM 的7大功能模型，包括项目管理、文档管理、流程管理、BOM 管理、零部件管理、组织权限管理和系统集成，实现了项目管理和设计业务过程的优化重组。b. 采用软件TeamCenter Express构建了钻机PDM系统，提出了系统的总体结构和拓扑型式，给出了PDM系统的组成，并结合ZDY6000L钻机产品实例予以说明，为坑道钻机的数字化开发提供了保障。(end)

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