电力系统二次设备企业PDM／CAD集成系统的设计与开发.pdf

2 0 1 2年 3月 中国制造业信息化第 4 1卷第 5期 电力系统 二次设备企业 P DM C AD 集成系统 的设计与开发 刘乐全， 张华俊 ， 秦数棋 ( 国电南瑞科技股份有限公司 ， 江苏 南京2 1 0 0 6 1 ) 摘要 ： 针对电力二次设备企业产品结构复杂、 品种 多样化等特点， 设计 开发 了 P D M C A D集成 系 统， 利用 V C+ NE T为工具 ， 对 Au t o C A D进行二次开发， 完成 了图纸、 零件的一体化管理 。以 P DM数据库为基础 开发 出一种产品结构的管理方式 ， 实现产品结构树 与 图纸明细表 的 同步更 新。对产品结构树进行展开， 自 动生成产品物料清单并可以导出。最后， 用设计实例对这些功能 进行 了验证 。 关键词： 系统集成； 产品数据管理 ； Au t o C A D； 二次开发 ； 物料清单 ； 产品结构树 中图分类号： T P 3 9 1 7 2 ； T P 3 1 1 5 2 文献标识码 ： A文章编号： 1 6 7 2 1 6 1 6 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 3 0 0 4 电力 自动化产品按订单生产 的特点决定了其 生产方式属于小批量 、 多品种 的定制模式。由于 目 前电力系统二次设备相关产品升级换代很快 ， 交货 期较短 ， 要求企业必须具备快速 的反应能力 ， 因此 需要在提高产品工艺质量、 企业快速应变能力 ， 以 及降低生产制造成本等方面进行更深入的研究。 产品数据管理l_ 1 J ( P r o d u c t D a t a Ma n a g e me n t ， P D M) 主要用于管理产 品从设计 到销售各 阶段 中 所有与产品相关的信息和过程， 其主要功能有文档 管理、 产品结构管理 、 资源管理等。计算机辅助设 计( C o mp u t e r A i d e d D e s i g n ， C A D) 系统已经得到了 广泛 的应用， 但是在传统的制造企业 中， C AD系统 仅仅作为绘图工具使用， 并且与 P D M 系统彼此独 立 ， 形成了“ C AD 绘 图， P D M 管理图纸” 的模式， 不 仅 C AD 系统产生 的大量数据得不到有效 的管理 ， P D M 系统 的功能也没有得到有效 的发挥 ， 并且 由 于两系统彼此孤立 ， 容易产生信息不对称等问题 。 为了解 决 这 些 问题 ， 不 少 企业 致 力 于开 发 P D M C AD 集成系统【 2 _ 5 J ， 实现产品数据及相关信 息的共享。采用 P D M C A D集成 系统 ， 能从 根本 上解决信息不对称问题， 消除“ 信息孤岛” ， 有效地 管理产品数据， 提升企业整体设计水平和管理水 平。文献 2 中以 J e t 引擎 为基础 ， 使 用 D AO在 Au t o C AD环境下建立 图档管理系统 ， 实现 了图纸 设计和管理的一体化； 文献 3 采用 v B作为开发 工具， 基于事物特性表设计出独立于具体应用系统 的 P D M C A D集成系统 ， 实 现了零 件特征的管理 与基于特征的零件分类管理及基于实例的推理等 ； 文献 4 利用 NE T F r a me wo r k作 为开发工具 ， 对 A u t o C AD 进行二次开发 ， 实现 了产 品结构树 的搭 建， 并且具有面向对象， 与软件版本、 平台无关的优 点。文献 2 3 所述系统功能较为单一 ； 文献 E 3 3 对产 品特征进行了管理 ， 但忽略了产品结构树 ； 文献 4 虽然可以自动构建产 品结构树 ， 但具有诸多限制 ， 如需要先行建立一颗空树 ， 用户必须按照要求在明 细表 内进行标识等 ， 并且无法实现结构树 自动 、 实 时更新， 即只能保持异步 致性， 不能保证产品结 构树与装配明细表完全相 同。 针对上述 问题 ， 本 文尝试利用 VC+ NE T 作为开发平台， 对 A u t o C AD 进行二次开发 ， 与某电 力二次设备公 司所使用 的 P D M 系统进行深度集 成 ， 开发一套 C S架构 ( C l i e n t S e r v i c e ， 客户机 月 艮 务器) 的 P DM C A D集成系统 ， 实现产 品结构树的 自动搭建并与装配图明细表保持同步一致性 ， 且可 以从中输 出产品物料清单( B i l l o f Ma t e r i a l ， B o M) 。 1 系统框架总体设计 如图 1 所示 ， 系统采用 3层 的 C S架构 ， 分别 为界 面层 、 功能实现层 、 数据 库层 。 其 中数据 库使 收稿 日期 ： 2 0 1 1 1 00 9 基金项 目： 国网电科 院科技项 目( K ( l 1 0 O 1 Z G N) 作者简介： 刘乐全( 1 9 7 9 ) ， 男， 山东潍坊人， 国电南瑞科技股份有限公司工程师， 硕士， 主要研究方向为制造业信息化。 现代设计 与先进制造技术 刘乐全张华俊秦数棋电力系统二次设备企业 P DM 3 1 用P D M系 统的 数据库， 采用分布式架构， 部署茬 企业级服务器上 ， 响应功能实现层的指令 ， 对整个 产品研发 、 设计过程 中的文档 、 模型和图纸进行统 一 管控 ； 功能实现层安装在本地计算机 上， 根据用 户的操作 ， 完成相关数据处理 ， 并向数据库发送相 圈圈 圜 功能实现 层 产 口 工 图 版 零 F哪 更 用 任 纸 本 件 结 改 J 务 作 管 管 管 构 管 管 管 流 树 管 理 理 理 生 理 理 理 理 成 P D M数据库 PK F K1 F K2 图 1 系统结构 整扭 昱 鹧机 名称 项 目代号 图纸 代 号 创 建日期 版 本 P K l 互程 呈 庄旦 F Kt F K2 ， F K3 ， F K4 ， F K5 ， F K 父件代 号 子件代 号 数量 I博 应的指令 ； 用户界面层嵌入在 A u t o C A D操作界面 中， 主要包括对装配图 B O M 的管理和对数据库的 操作及一些辅助绘 图功能。 在用户登录后 ， 系统会 自动校验其权 限， 根据 权限的不同， 将会显示不同的界面。在客户端用户 只需按照步骤绘制工程 图， 系统功能实现层将在后 台自动调用相应的功能模块 ， 并将操作转换为相应 的数据库指令 ， 对数据库进行修改 。 采用这种结构 的优点是 ： 采用 分布式 的数 据 库 ， 可以提高系统的安全性 、 灵活性和健壮性 ， 数据 直接进入 P D M 数据库 ， 保证 了数 据 的同步一致 性 ， 用户同样可以通过 P D M 的界面来查看产 品结 构 、 管理任务等。 2 数据库设计 服务器端数据库如图 2所示 ， 主要包括用户表、 工程表、 图纸表 、 整机表、 零件表 、 产品结构表等。 田 呈 用户 名 密码 权 限级 P K I 雯性 墨 l 零件名称 F K I I 项l -1 代 规格 F K 2 I 图纸代号 P K l 墨佳 墨 P K l 墨鲑往墨 l 产品规格 I 产品名称 l 产品 类型 图 2系统数 据库 工程表包含了工程的基本信息、 承接人及所处 状态等， 工程包含了若干整机产品， 这些信息都存 储在产品整机库中， 利用 P D M 系统提供的接 口， I 零件名称 I 规格 F K 1 I 图纸代号 可以实现工程的审核、 校对、 修改等操作及产品整 机的版本控制等功能。 根据企业应用， 将零部件分为 5类 ： 专用件 、 空 材 名咛 号 人 同 户 态 接 工 合 客 状 承 K F 竺 佳 一 晶 晶 品 曼 一 产 产 产 K P 一 3 2 2 0 1 2 年 3 月 中国制造业信息化第 4 1 卷第 5 期 机柜 、 通用件 、 外购件 、 标准件。由于该企业的产品 以定制为主， 因此存在着大量的定制零件 ， 为 了方 便追溯和管理， 专用件以工程为单位进行管理， 专 用件只可在所属工程 中使用 ， 若遇到可直接复用的 专用件也必须再重新注册 ； 通用件是一类特殊的专 用件 ， 指在不同规格产品中都会使用 ， 或已经形成 企业标准 的部件或零件 ； 空机柜可能是 自产 通用 件 ， 也可能是从其他厂家购入的， 由于其特殊性 ， 将 这部分数据提取出来 ， 在设计数据库时作为单独的 一 类 ； 外购件是企业从外部直接购人 ， 不需要进行 再加工便可直接应用于产品装配中的专用零部件， 如交换机等， 部分空机柜也属于外购件 ； 标准件是 指根据国家标准制定 的零件 ， 如螺丝 、 螺母等。 与零部件库相对应的则是产 品整机库 ， 产品整 机库用于存储 已经设计 的产品壁 机信 息， 产 品结 构表则存储着整机产品和部件的构成信息 ， 包括父 零件代号 、 子零件代号、 组成用量 、 所属工序 、 备注 等。通过此表存储的信息可以搭建产品结构。 图纸库存储 着整机或零件物料对应的工程图 及其相关信息， 数据库中的图纸与产品或零部件存 在一对一或一对多的关系。一些没有对应物料的 图纸按照文档的方式来存储、 管理。用户表包含了 用户 的用户名 、 密码 、 权限等， 根据权限不同， 用户 可以对数据库进行不 同的操作 ， 一般用户只具有对 自己工程及其整机产品库 、 专用件库的修改权限和 其他库的只读权限； 设计管理员具有对通用件、 标 准件 、 外购件库 的修改权 限； 用户管理员则可 以进 行新建用户、 修改用户权限等操作。 3 产品结构树的生成 该企业 的产品 以整机为主 ， 在 P D M C A D系 统集成前 ， 需要专人对照整机装配图的明细表将物 料信息逐个录入 P D M 系统 ， 这样的方式忽略了产 品的结构 ， 不仅容易产生错误 ， 而且延长了整个产 品的设计周期。本系统利用 A u t o C A D提供的二次 开发工具及 P D M接口， 使得用户无需关心产品结 构树 的搭建过程 ， 只需要按照标准绘制 C A D图纸 即可， 整机装配图的绘制过程也就是产品结构树的 搭建过程。 为了统一标准， 绘制装配图时， 只能使用在 P D M 中注册过的物料。图 3所示为添加一个物料 时的系统流程图。用户选择一个物料， 并选择是否 需要在图中显示该物料图形 ， 对于一些不需要在图 中显示图形的物料， 用户只需指定其使用工序和用 量即可。对于需要在图中显示图形的物料 ， 系统将 自动读取其对应的图纸 ， 从中提取图块插入到装配 图中， 并在图块中写人物料代号、 名称、 装配工序等 信息。通过物料代号， 能判断 B O M 中是否已经存 在该物料， 不存在则将物料信息添加到 B O M 中， 同时在数据库 的产品结构表中添加一条新记录； 若 物料已经存在， 则在数据库及 B O M 中更新其组成 用量而不至产生重复的记录。 图 3 插入 物料 流程 图 执行上述操作后 ， 系统将会生成装配件与零件 的关联关系 ， 父节点为装配件 ， 子节点为零件 ， 由此 可构建产品结构树。整机装配图绘制完成后 ， 其产 品结构树也随之搭建完成 。由于在 图块 中记录了 零件的相关信息， 通过对这些信息的读取， 系统能 够识别图块的复制 、 删除等操作 ， 从而在后 台做出 相应的操作。同时系统提供 了产 品 B OM 的编辑 功能， 用户删除物料 B O M， 系统也会 自动删除对应 图块 ， 修改产品结构树 ， 从而保证 了图形 、 B O M( 明 细表) 与产品结构树 的同步一致性 。 4 产品报表输出 产品设 计 完 成 后， 需 要 将 其 设 计 B OM ( E B O M) 转化为生产 B ( ) M( MB oM) ， 从而指导相关 部 门进行原材料采购或生产 ， 以及对产品进行成本 核算等。MB O M 可以通过遍历产 品结构树得 到， 系统提供了导出接口以及表格格式编辑功能， 可将 MB OI 、 ， I 按照指定格式导出为 E X C E L文件。 产品结构树是树状结构， 根节点为工程， 如图 4 所示， 只需要从工程出发， 按照一定的遍历算法， 即可获得其全部子节点。本系统采用广度优先的 原则， 首先获得 所有的第一级子件 T 1 1 T 1 ， 再查询这些节点是否有子节点， 如果存在， 就继续 读取 ， 如此反复 ， 直到获得全部子节点。将这些节 点代表的零件信息输出， 即可生成 MB O M。 现代设计与先进制造技术 刘乐全 张华俊秦数棋 电力系统二次设备企业 P D M 3 3 卢、 、 零 酃件 图 4 产品结构树 在遍历过程 中， 存在一些物料 ， 例 如空机柜或 外购部件 ， 虽然可 以继续展开 ， 但 由于其已经是采 购 牛产的最小单位 ， 系统不会将其展开。 5 系统实现 本系统采用了 A t u d 2 A D作为设计平台， O r a c l e 9 i 作为数据库 ， 开发工具选 用的是 V C+ N E T 。 本文第 4个章节描述的构建产品结构树的过程 ， 其 中添加多个物料到整机 B OM 中的关键代码如下 ： i f ( m p C o m 一 s e l e c t l n s t a n c e C A b s t r a c t I t e ra ， s z Ou i d s ) ) s p l i t ( s z O u i d s ， o u i d A r r ， ) ； f o r( i n t i =0 ； i l i n l d 3 o m ( Ou i d ， o u i d A r r G e t A t ( i ) ， d o s ) ； 使用此系统进行产品设计 ， 图纸明细表与产品 结构树的对比如图5 所示。 图 5 装配图明细表与产品结构树 的对 比 6 结 束 语 本文描述 的 P D M C A D集 成 系统 ， 实现 了 图 纸文档的一体化管理 ， 保证了产品结构树与装配图 的同步一致性， 完成了E B O M到 MB O M 的转换与 输出。该系统已在某电力二次设备公司使用， 公司 设计人员依托其进行设计 ， 达到了减少设计时间 、 降低产品成本的 目的 ， 取得了较好 的成效。 参考文献 ： 1 C a t e r D E，B a b e r B S C o n c u r r e n t E n g in e e r i n gt h e P r o d u c t De v e l o p me n t E n v i r o n me n t f o r t h e 1 9 0 0 s MB o s t o n ： A d d i N o n W e s l e y P u b l i s h i n g Co mp a n y， 1 9 9 2： 1 07 8 2 宋 健， 蒋寿伟 图档管理系统设计 J 工程图学学报， 2 0 0 4， 2 5 ( 2 ) ： 5 65 9 3 苏少辉， 祁国宁， 顾巧祥， 等 面向大批量定制设计的C A D系 统与P D M 系统的集成研究 J 计算机集成制造系统， 2 0 0 5 ， 1 1 ( 6 ) ： 7 9 98 0 4 4 陈开 ， 魏坤 ， 竺长安 ， 等 基于 Au o t o C A D和 P D M 数据库 的 产品结构管理开发 J 工程图学学报， 2 0 0 9 ， 3 0 ( 5 ) ： 1 7 7 1 8 2 5 谭夏梅， 李冰 用 O b j e c t A R X实现设计图纸的管理 J 工 程图学学报 ， 2 0 0 3 ， 2 4 ( 3 ) ： 5 8 6 3 ( 下转第 3 9页) 现代设计与先进制造技术 高飞叶文华基于嵌人式系统的O P C数据采集技术的 3 9 了一种基于嵌入式系统的 O P C数据采集方案， 该 方案硬件上采用成本低、 体积小 、 可靠性高的嵌入 式设 备 ， 软 件上采用 实 时性 好 的 Wi n d o ws C E系 统 ， 经实际系统 的开发与测试 ， 可 以很好地满足工 业过程控制中对数据采集的要求 。当前提出的物 联 网的概念 ， 就是希望通过信息感知设备将物体与 互联网联系起来 ， 而本文设计的嵌入式数据采集系 统可以采集工业现场设备的信息， 并通过 O P C标 准接 口共享信息至整个企业 内部网络， 甚至是 I n t e r n e t ， 可以看作是一种可行 的信息感知设备 的模 型 ， 在工业过程控制中具有十分广阔的应用前景。 参考文献 ： 1 徐攀 S C AD A系统 中应 用 O P C数据 接 口技术 的研 发 D 成都 ： 西南交通大学 ， 2 0 0 9 2 张胜 基 于 0P C技术 的开放式 ) ( 二 s系统 的研究 D 武汉 ： 武汉理工大学 ， 2 0 0 6 3 肖士利 ， 叶文华 数控机床 的现 场数据 实时采 集和监 控 系统 的研究 J 中国制造业信息化 ， 2 0 0 8 ， 3 7 ( 1 1 ) ： 3 8 4 2 4 尤枫 ， 邵俊军 ， 赵恒 永 基于 Wi n C E的 OP C数据 采集 系统 设计与实现 J 计算机工程与科学， 2 0 0 7 ， 2 9 ( 6 ) ： 1 2 4 1 2 7 5 吴鑫， 宫亮 ， 杨煜普 O P C跨平台通信的实现方法 J 计 算 机工程 ， 2 0 0 9， 3 5 ( 1 3 ) ： 2 4 0 2 4 2 6 OP C F o u n d a t io n OP C Da t a Ac c e s s C u s t o m I n t e r f a c e S p eci f i c a t i o n Ve r s i o n 3 0 S Wa s h in g t o n ：O P C F o u n d a t i o n ， 2 0 0 3 7 J O P CF o u n d a t io n OP CXMLD AS p e c i f i c a t io nVe r s i o n1 0 I s W a s h i ng t o n：OP C Fo u n d a t i o n， 2 0 03 1 8 J wi n d Riv e r Wi n d R i v e r Vx O P C S A l a r n e d a ：Win d Riv e r ， 2 0 01 9 綦希林， 曲非非 Win d R i v e r 在工业控制中的解决方案 J 微 计算机信息， 2 0 0 2 ， 1 8 ( 6 ) ： 1 3 1 1 0 j S o f t wa r e A G DC ( ) M o n N o n Mi c r o s o f t P la t f o t i n s S D a r m s t a d t ：S o f t wa r e AG，2 0 0 0 1 1 1 j O P C F o u n d a t i o n O P C f o r Wi n d o ws C E Wh i t e p a p e r 【 S j Wa s h i ng t o n：0PC Fo u n d a t i o n1 9 9 9 1 2 j N u n z i o M T o r r i s i ，J o a o F G Ol i v e i r a Re mo t e c o n t r o l o f CN C ma c h i n e s u s i n g t h e Cy b e r OP C c o mmu n i c a t i o n s y s t e m o v e r p u b l i c n e t w o r k s J T h e I n t e rn a t i o n a l J o u r n a l o f A d v a n c e d Ma n u f a c t u r i ng T e c h n o lo g y ， 2 0 0 8 ，3 9 ( 4 ) ： 5 7 05 7 7 1 3 张军 ， 邹益仁 ， 马曾 良 0P C X MLD A网关 的设计 与实现 J 计算机应用研究， 2 0 0 5 ( 7 ) ： 2 5 3 2 5 6 1 4 彭瑾， 王锦标 新的O P C规范0 P CX ML D A J 冶金 自动化 ， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 69 1 5 林晟， 张光新， 周泽魁 O P C的新发展X ML J 机电工 程 ， 2 0 0 4 ， 2 1 ( 9 ) ： 5 76 1 De s i g n a n d I mpl e me nt o f OPC Da t a Ac q u i s i t i o n Te c h no l o g y Ba s e d o n Emb e d d ed S y s t e m GAO F e i ，YE W e nh u a ( N a n j i n g Un i v e r s i t y o f Ae r o n a u t i c s a n d As t r o n a u t i c s ， J i a n g s u Na n j i n g ， 2 1 0 0 1 6 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ai mi n g a t t h e p r o b l e ms o f OPC d a t a a c q u i s i t i o n t e c h n o l o g y e x i s t i n g i n t h e c u r r e n t i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n，i t a n a l y z e s t h e i mp l e me n t a t i o n o f OP C c r o s s p l a t for r n c o mmu n i c a t i o n 。i n t r o d u c e s a n OP C d a t a a c q u i s i t i o n me t h o d b a s e d o n e mb e d d e d OS W i n d o ws CEB a s e d o n t h e e mb e d d e d t e c h n o l o g y i t p r o p o s e s a n e w OP C d a t a a c q u i s i t i o n me t h o d，d e v e l o p s a d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m wi t h OP C DA a n d OPC XM L DATh e t e s t i n g r e - s u i t p r o v e s t h a t t h e me t h o d i s a n e w d a t a a c q u i s i t i o n a p p r o a c h a n d h a s a g r e a t i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n p r o s p e c t Ke y wo r d s ： 0P C DA；OPC XM L DA ；E mb e d d e d S y s t e m；Da t a Ac q u i s i t i o n ( 上接第 3 3页) De v e l o pme nt o f a PDM AD I n t e g r a t ed S y s t e m f o r a S e c o n d a r y Equ i pme n t En t e r p r i s e i n El e c t r i c Po we r S y s t e m L I U L e q u a n ， Z HA NG Hu a j u n ，QI N S h u q i ( NA RI Te c h n o l o g y D e v e l o p me n t C o L t d ， J i a n g s u Na n j i n g ，2 1 0 0 6 1 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： I t a n a l y z e s t h e f e a t u r e s o f t h e s e c o n d a r y e q u i p me n t i n e l e c t r i c p o we r s y s t e m s u c h a s c o mp l e x f l e x i b l e a n d d i v e r s i f i c a t i o n，d e s i g n s a P DM C AD i n t e g r a t e d s y s t e mB a s e d o n Au t o C AD a n d VC+ +Ne t ，t h i s s y s t e m r e a l i z e s t h e i n t e g r a t i v e ma n a g e me n t o f d r a wi n g s a n d p a r t Ba s e d o n t h e d a t a b a s e o f P DM ，t h i s s y s t e m b u i l d s a mo d e f o r d e v e l o p me n t o f p r o d u c t s t r u c t u r e ma n a g e me n t ，u p d a t s t h e p r o d u c t s t r u c t u r e t r e e wi t h d r a w i n g d e t a i l l i s t ， g e n e r a t e s t h e B i l l o f Ma t e r i a l ( B OM)b y r e a d i n g t h e p r o d u c t s t r u c t u r e t r 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