2023年11月30日发(作者：)

DOI:10.16567/j.cnki.1000-7008.2005.08.011

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工具技术

PDM系统中产品结构模型的研究

尚 勇

张清萍 黄克正 赵长友

12

山东大学 济南大学

1211

摘 要:分析了产品与零部件之间的结构关系及相关数据,采用面向对象的方法建立了产品结构模型,以此来

描述产品结构树;结合关系型数据库的特点,给出了产品结构树的遍历算法,从而为PDM系统的实现提供了基础。

关键词:产品数据管理, 产品结构模型

ResearchonProductStructureModelBasedonPDMSystem

ShangYong ZhangQingping HuangKezheng etal

Abstract:Thestructurerelationshipandtherelativedatabetweentheproductanditscomponentsareanalyzed,theproduct

structuremodelisestablishedbyusingobject-orientedmethodandtheproductstructuretreeisdescribedwiththemodel.The

traversalalgorithmofproductstructuretreeisgivenaccordingtothecharacteristicsofrelationaldatabaseandthefoundationispro-

videdfortherealizationofPDMsystem.

Keywords:productdatamanagement(PDM), productstructuremodel

1 引言

产品由若干零部件组成,相互之间有一定的约的部件和零件组成,它们之间的关系是相对确定的,

束关系和复杂的借用关系;用户要查询有关的信息,但是层次是不确定的(见图1)。

要花费大量的时间;对设计和制造BOM(BillofMate-

rials)不一致、不同用户对产品配置和BOM有不同的

要求等问题,必须建立合理的产品结构模型,实现统

一的产品物料清单,充分发挥计算机技术的优势,对

系列产品的不同版本进行有效的组织和管理,为

PDM系统的建立打下基础。

产品结构模型是实现PDM系统的关键技术

[1]

,

文献[2]研究了面向数据库技术的产品结构模型,文

献[3]主要研究了面向对象的产品结构模型。总的

来看,这种产品结构模型主要反映产品的装配关系,

不能全面合理地包容相关产品数据,尤其是对企业

广泛应用的借用件没有进行处理,也没有进行有效

的产品定义扩展,很难适应现代企业对产品数据管

理的要求。针对这一现状,在总结PDM实施经验的

基础上,运用面向对象方法,结合关系型数据库的特

点,研究了基于PDM系统环境的产品结构模型的建

立及其实现技术。

2 产品结构模型

产品结构管理是用来维护产品本身的结构关

系,并围绕产品的构成关系,通过把产品分解成装配

体和零件、并把装配体再进一步分解成子装配体和

零件的方法组织和描述一切与产品相关的数据,从不同变型。

收稿日期:2004年12月

而为PDM系统提供组织、控制和管理产品数据的机

制

。产品由许多零部件构成,而部件由层次更低

[4]

图1 产品树状层次模型

随着市场需求、项目确定到产品设计的不断深

入,围绕产品结构形成了种类繁多、结构复杂的数

据。从数据的性质上看,可分为图形数据和非图形

数据;从数据应用上看,可分为产品定义数据和设计

及控制数据两类。这些数据包括产品需求说明、供

应商情况、CAD文件、产品规格说明等。产品树状

层次扩展模型如图2所示。

在产品结构模型中,零部件之间除了具有树状

层次关系和相关属性外,由于实际产品结构的复杂

性,产品结构模型还必须满足以下要求:

(1)可以通过定义各零部件、装配件关系的约束

规则来保证产品结构数据的完整性和一致性;

(2)可以灵活实现产品的可选性配置,根据产品

的各种特殊需求分别选择不同的配置来形成产品的

(3)系统必须具有综合各种数据关系和规则的

能力。产品的设计过程是一个复杂的流程,要求系

2005年第39卷№8

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结点(中间或内部结点);零件无子结点。项目结点统具有维护零部件在其生命周期内的信息的能,比

之间的树状关系通过以下的数据结构来描述:如可查到某个零件的设计者、材料、所处装配层次以

Relation{

ParentID 父项编号

ChildID子项编号

ChildQTY结构数量

Reqinfo相关需求信息

}

及最终用户信息等。

在产品结构模型中对标准件和借用件进行了特

殊处理:

(1)标准件:标准件不需要考虑其内部实现,在

系统中仅仅维护标准件编号、名称以及提供标准件

供应商的名称、地址等相关信息。

图2 产品结构扩展模型

(2)借用件:新产品开发是建立在已存在同类

产品的基础上,在实际设计中借用件所占比例达到

了30%～90%。因此,必须使用借用关系表对借用

关系进行维护以维持产品结构的正确性。产品树中

借用件的修改不仅涉及到产品树本身的结构修改,

而且要更新相关的借用关系表。当被借用的原件被

修改后,系统将查找借用关系表以通知修改借用件。

由于实际情况的需要,在协同设计环境中允许

多个设计方案并存并且以并行的方式进行设计活

动;或在将来的某个时候,对产品的某一子结构进行

优化设计,但同时要求保留原有的设计方案等,上述

需求由版本管理功能来实现。

3 产品结构的面向对象表示

PDM系统主要用来管理工程数据。由于商用

关系型数据库基于记录的描述方式和工程数据的自

身特点,商用关系型数据库并不完全适用于工程管

理领域,具体表现在:①难以描述设计数据的动态变

化;②数据表的结构难于修改;③图形信息存储困

难;④数据和数据描述的维护是独立的。

本文在关系型数据库的基础上,采用模块化的

数据存储结构,通过将BOM分解为项目结点和项目

关系分别进行封装来解决上述问题。以下是产品结

构的面向对象表示。

项目结点(文中的结点指产品树上的产品和零

部件)可被创建、删除和修改。每个结点对象拥有基

本属性,包括标识符、名称、版本号、来源、状态和有

关该对象的描述等。结点对象描述如下:

Property{

id 标识符

name对象名

type 对象类型

owner创建人

version版本号

relevel发放层

status状态

remark相关说明信息

}

4 产品结构模型的实现

由于在实际生产中,制造业面对的产品种类多,

结构复杂,变型也多,这就造成了BOM的数量庞大,

如汽车制造厂的零部件就多达二十万个。BOM管

理零部件数量如此众多,其数据存取的效率、安全性

和数据结构的灵活性就成了首先要解决的问题。下

面就传统的存储模型和模块化BOM采用的存储模

型进行分别论述。

传统的产品结构存储模型将结点对象和结点之

间的关系放在一起考虑,形成了表1所示存储表结

构,该结构可记录产品的所有下级部件、零件及其属

性,优点是稳定、可靠,统计、查询方便。但缺点是由

表1 传统的产品存储结构

产品部件部件部件零件属性

产品部件零件属性

产品部件部件部件零件属性

部件部件零件属性产品

………………

created

-

date 创建时间

在实际应用中,结点分为三种类型:产品、部件

和零件。其中,产品为最高层次的结点,在产品树上

位于顶端,是根结点;部件则对应着产品树的一个枝

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于存储重复(尤其对借用件)而造成灵活性差、数据先通过存储过程遍历该结点下的所有结点,形成新

冗余度大等问题。的查询集合,然后根据查询条件得到进一步的查询

针对传统产品结构存储模型的不足,本文采取结果。

了灵活、有效的产品存储结构,配合用面向对象的方

法描述的结点属性及结点之间的树状关系,将关系

表和属性表分开存储,通过特定的方法将借用件和分析了产品与零部件之间的树状层次关系,并

标准件分别处理,增强了数据存取和修改的灵活性,对其加以扩展。结合关系型数据库的特点,采用面

大大减小了数据的冗余,显著提高了效率。在图3向对象的方法建立了产品结构模型,以此描述产品

所示的产品存储结构(ER图)中,属性表中的一个子结构树。该产品结构模型信息覆盖量大,扩展性好,

项同时与关系表中多个父项相对应,即该子项(零、易于维护,为PDM系统的实现提供了基础。

部件)同时用于多个父项(产品、部件),而子项的属

性只在属性表中存储一份,即无论零部件属于哪个

产品(或部件),在属性表中只唯一表达一次,两表形

成了多对一的关系。

工具技术

6 结语

参考文献

1 FrancisEHTay,JinxiangGu.Productmodelingforconceptual

designsupport.ComputersinIndustry,2002,48:143～155

2 HLJohannesson.Computeraidedproductstructuremodeling

usingaDBMS.AdvancesinDesignAutomation,1993,65(1):

511～518

3 YChung,GWFischer.Conceptualstructureandissuesforan

object-orientedbillofmaterials(BOM)datamodel.Comput-

ersandIdustrialEngineering,1994,26(2):321～339

4 吴含前,姜澄宇,王宁生等.一种面向对象的产品结构与

配置管理.南京航空航天大学学报,2001,33(2):171～

174

第一作者:尚勇,山东大学机械工程学院,250067山东

省济南市

图3 产品存储结构

5 产品树的遍历算法

在产品结构树的实际应用中,经常需要对产品

树上的某个结点(在一般情况下可认为该结点是任

意的)进行遍历,以实现零、部件的查询、统计和汇总

等工作。如统计某装配下的所有自制件、外购件、标

准件、借用件、外协件等,进行零部件所处位置的查

询及上下关系的查询等,为了快速、高效地实现上述

功能,就需要设计时空代价较小的产品树遍历算法,

该算法的优劣是影响搜索效率的关键因素。

在C/S体系结构中,系统的主要计算和查询需

求在Client端提出,然后由应用程序通过网络提交

给关系型数据库,数据库按照一定的策略向操作系

统发出存取请求,数据库在请求得到满足的情况下

将结果返回给Client端的应用程序,并以一定的形

式显示结果。如果将大量的计算放在Client端,网

络流量将会大大增加,进而增加了网络传输的压力。

而数据库存储过程是经过优化并存储在服务器的数

据库中的特殊查询模块,具有Client端应用程序激

活、服务器端执行和执行效率高等优点,因此为了提

高系统执行查询和其它操作的效率,产品结构树的

遍历算法普遍以存储过程的形式存储在数据库中。

在对产品结构树上的任一结点进行查询时,首

我国模具产量居世界第三但水平落后

由于产品附加值低,目前国内模具行业每个职工平均每

年创造模具产值约合1万美元左右,而模具工业发达国家大

多是人均15万～20万美元,有的甚至达到25万～30万美

元。目前我国模具生产总量虽然已位居世界第三,但设计制

造水平在总体上要比德、美等国家落后许多,也比韩国、新加

坡等国落后。

当前我国模具生产厂中多数是“大而全”、“小而全”,而

国外模具企业大多是“小而专”、“小而精”。国内模具总量中

属大型、精密、复杂、长寿命模具的比例只有30%左右,而国

外在50%以上。2003年我国模具进出口之比为4:1,进出口

相抵后的净进口为10.3亿美元,是净进口量最大的国家。

目前广东有2000多家机械五金模具销售和服务机构,

但拥有自主品牌的企业却只有两三家。专家认为,企业开发

能力弱、没有品牌,导致了经济效益欠佳,在市场中常处于被

动地位。人才严重不足、科研开发及技术攻关方面投入太少

是造成五金模具附加值低的重要原因。