基于PDM的元器件库模型研究与应用

提要：在分析国内电子企业元器件管理中存在问题的基础上，建立了基于产品数据管理的元器件库模型。重点讨论了模型中的对象模式和元器件的分类管理，提出了新元器件入库申请流程的设计。最后给出了产品设计过程中模型在元器件选用控制方面的工程实例。
关键词：产品数据管理 元器件库 零件族管理 元器件选用控制

引言

    产品数据管理是一种利用数据模型对企业的产品形成过程进行管理的方法。产品数据管理的目标是：利用一个集成的信息系统来产生进行产品开发设计和产品制造所需要的完整的技术资料。PDM系统对产品的整个形成过程进行控制并对在该过程中形成的或需要处理的数据和文档进行管理。

    产品结构树是PDM中产品数据组织的基本框架。元器件是产品结构树的一种基本组成元素。除元器件制造企业外，一般电子企业将元器件作为外购件来进行管理。同时它又是一种特殊的标准件，有其自身的质量等级标准。

    随着产品结构的复杂化和新元器件的不断使用，电子企业中的元器件种类和数量不断增多，造成了元器件管理的工作量与难度持续加大。对于典型的电子产品，由于大量使用元器件，元器件通常占到总成本的30%以上。元器件管理问题已经成为电子企业中需要重点关注的管理领域之一。对元器件实施有效的管理，对于降低产品成本，缩短研制周期，提高产品可靠性具有重要的意义。

    本文以UGS公司的PDM软件Teamcenter Enterprise 为基础，建立了面向对象的元器件库模型，重点讨论了基于零件族的元器件分类管理模式，提出了新元器件申请入库的流程设计，并给出了某电子研究所中元器件库的应用实例。

元器件管理现状

    元器件是电子产品的重要组成单元，对于电子产品的成本、研制周期和可靠性都会产生重要的影响。元器件管理不仅仅涉及到产品设计部门，而且会牵涉到制造和采购等部门。目前国内企业中的元器件管理存在的主要问题如下：

(1)缺乏集中统一的元器件库

    企业中没有一个集中统一的元器件库，产品设计人员或者项目组自行建设自己的元器件库，重复建设，效率低下，不同库中的数据不统一，风格不一致。

(2)缺乏有效的元器件库管理机制

    元器件库中的数据由产品设计人员或者项目组自行维护，库中元器件数据未经过审核，难以保证元器件数据的准确性与完备性。新元器件入库不受控，未经过下游采购部门、制造部门的确认，产品的成本、可制造性和可靠性难以保证。

(3)元器件选用控制不严

    产品设计人员使用未经验证的元器件库中数据设计产品，随意性较大。元器件库不能有效制约设计人员对元器件的选用。选用的某些元器件存在可靠性差、采购周期长、成本高或者电子装配要求难以满足等诸多问题，严重影响了产品的研制和生产。

    针对以上问题，电子企业元应当建立全企业范围内的统一元器件库，对入库元器件数据严格审核，确保库中数据的准确性与完备性，形成企业内部唯一的元器件数据源，同时加强元器件库访问权限控制，实现对数据的统一的管理与维护。

元器件库对象模型

    本文提出的元器件库对象模型使用了六个对象：元器件、元器件设计手册、元器件逻辑符号、生产厂家、零件族类别对象和元器件类别参数。六个对象的UML对象模式如图1所示。

图一 元器件库管理对象模型

    (1)元器件：模型中的核心对象，代表一个真实的元器件实体。属性ID号、器件名称、规格号、质量等级反映了元器件的基本信息，优选等级、供货状态反映了元器件的管理信息。元器件类之间存在迭代的可选代用件关联，表明一个元器件对象可以有多个元器件对象作为其可选的代用件。

    (2)元器件设计手册：代表实际的元器件设计手册。该对象与元器件对象之间是一对一的依赖关系。元器件设计手册对象不是真正的设计手册物理文件，只是对设计手册物理文件的封装，记录了设计手册物理文件的名称、存储文件夹和文件类型。

    (3)元器件逻辑符号：代表实际的元器件逻辑符号。该对象与元器件对象之间是一对一的依赖关系。与元器件设计手册对象类似，元器件逻辑符号对象不是真正的逻辑符号物理文件，只是对逻辑符号物理文件的封装。

    (4)生产厂家：代表元器件的生产厂家。它与元器件对象是一对多的关系。对于不关心生产厂家的元器件，和生产厂家不建立对应关系。

    (5)零件族类别对象：代表元器件在零件族中所属的分类。一个元器件必须属于某一个分类，一个分类可以包含多个元器件。

    (6)元器件类别参数：代表元器件的参数。元器件类别参数是一个关系对象，表示元器件属于特定的零件族分类时，所必须提供的参数。不同元器件分属于不同的类别，需要使用不同的参数表征特性，比如：A元器件属于电阻类别，则必须提供其阻抗值；B元器件属于电容类别，则其必须提供其容抗值。针对于不同的零件族类别对象，元器件类别参数对象的结构会发生变化。

元器件的分类管理模型

    由于元器件的种类繁多，因此分类情况很复杂，一种大类下往往还可以在分多个层次的子类，不同子类的元器件参数也不同。传统的对象分类设计方法，是给对象加一个或者多个类别属性，这些类别属性分别代表不同的分类层次。这种方法只适合于分类名称和分类层次数目固定的对象，不能满足元器件分类的特点要求。本文提出基于PDM零件族的元器件分类管理模型，较好地满足了元器件分类管理的要求。图二是模型的示意图。

图二 基于PDM零件族的元器件分类管理模型

    (1)类别表示：模型中，元器件类别用对象类表示，父类表示上级父类别，子类表示下级子类别，不同类别分支下的子类别层次可以不同。

    (2)类别参数表示：某一元器件类别所要求的参数用关系对象表示，关系对象一端是类别对象，另一端是元器件对象。不同类别的参数名称和数量都可以不同。

新元器件的入库申请流程

    为保证入库的元器件数据的正确性和完备性，新元器件数据必须经过严格的审核流程后，才能进入元器件库。图三是PDM中新元器件入库申请流程示意。

图三 新元器件入库申请流程示意

    (1)创建：设计人员在PDM系统个人工作区中创建元器件对象、元器件设计手册对象和逻辑符号对象，并建立相互的关联关系。然后建立元器件对象与生产厂家对象和零件族类别对象的关系，确定元器件参数值，最后将新建立的对象检入共享数据区。此时对象的状态缺省为“工作中”。
    (2)提交流程：在共享数据区将新创建的对象提交流程。系统将对象的状态更改为“流程中”。
    (3)审核：由产品设计部门的领导审核。
    (4)会签：由元器件采购部门和生产环节的电子装配部门会签。
    (5)分级：元器件维护组负责确定元器件的优选等级和供货状态。
    (6)批准：企业中的元器件管理主管总师批准。
    (7)入库：PDM系统自动将提交流程的对象检入到归档数据区，并将对象的状态冻结。系统将新入库对象的状态更改为“已发布”。

元器件库的权限控制

    为了实现元器件库的集中管理，正式入库后的元器件数据只能由元器件维护组中的人员进行维护。

    元器件数据权限控制的基本原则是：当状态为“工作中”时，元器件数据的创建者可以随意更改数据；处于“流程中”的元器件对象，只有元器件维护组中的人员能够更改其“优选等级”和“供货状态”属性值；处于“已发布”状态的对象，只有元器件维护组的人能够更改。

    设计人员对于“流程中”和“已发布”的元器件数据只具有查看权限。

    元器件库的应用实例

    本文所述的元器件库模型在某机载电子产品研究所的PDM系统――Teamcenter Enterprise 4.0上获得实现，建成了基于零件族分类管理的元器件库。为了有效控制产品设计时元器件的选用，系统利用元器件库实现了以下功能：

    (1)利用PDM 系统中Mentor Graphics Integration软件模块实现了元器件库和Mentor软件的集成，元器件库映射为Mentor软件环境中的元器件待选目录。设计人员在Mentor 软件环境中，可以直接从元器件库中按照元器件类别快速选用元器件，被选中元器件的逻辑符号自动在逻辑电路图中生成。利用Mentor软件设计产品时使用的非库中元器件，无法被检入到PDM系统。

    (2)设计图纸中的元器件清单审签归档流程中，系统自动判断清单中所列的元器件是否在元器件库中，并且自动将元器件的优选等级标识在清单上，为审签人提供参考。

    给模型中的元器件对象增加成本属性，就可以实现产品元器件采购费用的初步估算；为实现产品的可靠性分析，还可以给库中的元器件增加可靠性数据。总之，对于电子企业而言，元器件库是企业的核心基础数据库之一，在本文所述的元器件库模型上进行适当改造或者扩充，就可以实现许多重要的功能。

参考文献
1、 (德)约瑟夫.萧塔纳著。制造企业的产品数据管理――原理、概念与策略。祁国宁译。北京：机械工业出版社，2000
2、 范文慧，李涛，熊光楞等。产品数据管理(PDM)的原理与实施，北京：机械工业出版社，2004
3、 张志珍主编。技术状态管理实施指南，北京：中国计量出版社，1998
4、 王丙义编著。信息分类与编码，北京：国防工业出版社，2003