摘要：本文分析了企业对零部件管理的需求，零部件标准化的意义和方法，在此基础上从零部件类的定义、属性定义、编码管理、查询管理、更改和版本管理、图档管理、工艺管理等几方面，详细阐述了PDM系统中零部件管理的解决方案。
关键词：PDM；零部件管理；标准化；解决方案
1 前言
产品结构和配置管理一直是PDM技术研究的一个重要领域[1]。产品是由零部件按照一定逻辑关系构成的，对产品结构的组成部分——零部件的管理是PDM系统标准功能之一。但目前实施的大部分PDM项目中，都没有很好地实现零部件管理，往往停留在对零部件简单分类、属性模板定义、产品结构建立等功能上，没有真正从本质上提高企业零部件管理的水平和层次。常常由于没有建立完整的零部件管理系统，导致PDM系统中产品管理模块不能充分发挥效益。
2 企业对零部件管理的需求分析
1）一般企业都有一套规范的编码标准，每个零部件都有唯一代号。随着产品的扩充，原有的编码系统逐渐无法满足要求，企业不得不追加新的编码规范；此外很多企业在引进外部产品图纸时往往将外部产品编码系统也一并引入，导致产品编码体系变得复杂和混乱。单纯依靠手工操作保证零部件编码规范的统一越来越成为一种不现实的要求。
2）产品为满足客户个性化需求不断进行变型设计，零部件变型也越来越多，如何从企业已有的零部件设计库中快速找到符合要求的零部件设计（包括零部件图纸或者工艺文件），避免设计人员重复“发明”已经存在的零部件，是对企业产品开发管理工作的一个挑战。
3）一个零部件可能会被多个产品使用，当零部件进行更改时，需要检索其涉及到的全部产品，并对更改进行影响范围分析，零部件的更改控制使得对零部件的管理变得复杂，产品越复杂，保证更改后产品数据的一致性就越困难。
4）零部件可能因为使用的产品不同、或批次不同、或时期不同将对应不同的工艺路线，企业为了保证传递给生产部门正确的零部件加工信息，需要进行大量协调工作。
5）企业需要在产品设计开发过程中进行零部件的统一和优化，形成零部件族，进而实现零部件的通用化、标准化，最终形成基于功能模块的客户化产品配置解决方案。
6）企业往往在国家标准和行业习惯基础上结合企业自身特点对零部件会进行分类，以利于生产和管理，如部件、组件、整件、重要件、替换件、备用件、可选件等，根据企业的特点快速准确产生零部件分类清单(BOM清单)，是最受企业欢迎的功能之一。
综上所述，PDM系统对产品零部件管理的层次、深度和方便程度往往是PDM系统在实际应用中是否得到认可的一个关键因素。
3 零部件的标准化
零部件是产品的基本组成要素，零部件管理首先是对零部件进行标准化、规范化管理。产品零部件的标准化要从产品设计构思入手，围绕通用零件、多功能模块、标准化接口、通用夹具、几何尺寸和标准工艺来设计产品[2][3]。
零部件的标准化是PDM系统有效管理零部件的前提，也是PDM实施成功的基础，对零部件的标准化可以采用以下8项措施[4]：
3.1建立完善的编码体系
利用零件结构形状和尺寸分布的规律性，按产品零件功能的相似性，把机械零件进行分类和编码。将企业中所有的零部件按照统一的规则命名，做到一物一名。
3.2零部件的ABC分析
对产品中主要零部件按其功能和结构的相似性进行分类，形成零件族。每一个零件族中，确定几个主类型，其余的零件通过主类型的参数变型获得。将企业中零部件划分为A类件(专用件)、B类件（企业标准件）和C类件（标准件和外购件），了解零件的分布状况，从中确定企业标准化零件，供设计人员在设计时优先选用。
3.3参数分析
对已经确定的零件主类型进行分析研究，哪些尺寸可以保持为常数，哪些尺寸必须定义为变量。通过减少零件参数，也可以减少工具夹具种类，从而建立变型设计系统。
3.4零件分类
采用树状的层次结构来表达分类零件，对零件进行系统的管理。这样既可以增加重复件的使用，也可以加快在计算机系统中查找零部件的速度，从而提系统工作效率。
3.5建立事物特性表
分析零部件的各项几何特性和功能特性，其所有的特征参数就组成了该对象的事物特性表。
3.6原材料的标准化
通过对原材料的使用分析，尽量减少零部件使用的原材料规格种类数目，例如将棒材和板材标准化为少数几种规格。这样可以减少更换原材料、刀具和夹具的准备工作，并能从供货商那里获得批量采购的折扣优惠，以及降低材料库存成本。
3.7工艺标准化技术
工艺标准化包含了加工方法、工艺装备和企业资源的标准化。对相似零部件的工艺过程进行分析，区分其共同的工艺和不同的工艺阶段。共同的工艺阶段采用完全相同的加工方法和工艺装备，可以简化工艺过程描述，提高加工效率。
3.8规范增加零件流程
设计人员在新增加零部件时，必须填写“新增零件申请报告”，指明现有零件为什么不能适应需要，新增加零件的必要性和可行性。同时分析新增零件对采购、制造和装配等阶段的影响。由专业部门对报告进行评审，并给出结论后方能增加。
通过一系列的标准化与规范化工作，在统一的分类编码体系下，缩减了零部件种类及数量，规范了零部件的功能、结构、参数、名称等，对企业资源进行了合理的组织和管理，为PDM系统中产品族模型的建立及进行配置管理奠定了基础。
4 PDM系统中零部件管理解决方案
4.1PDM系统中零部件对象的定义
零部件对象是PDM系统管理的核心业务对象，是整个产品开发设计过程的基础和支点。零部件按照它们之间的装配关系被组织起来，形成产品结构。产品结构是工厂或企业进行产品设计、生产组织的重要依据与标准[5]
PDM系统中的零部件对象采用面向对象的方法实现，通过预定义好零部件类，零部件类进行实例化，生成零部件对象，即企业具体的零部件；设计人员在对象实例的基础上建立结构关系并关联其它对象。
零部件类定义采用事物特征作为分类标准。每一个事物特征成为类上的一个属性，用户在由类生成实例时为属性指定具体的取值。类之间具有继承关系，对象分类之间形成层次结构，如图（1）。子类自动拥有父类的属性集，也可以添加专用属性集。如果用户指定某种属性私有，则不允许子类继承该属性。
图（1）
一个零部件设计完成并发布后，就成为PDM系统零部件库中某零部件类的一个实例，用户可以通过在零部件之间定义引用关系来形成产品或零部件的结构关系。
4.2PDM系统中零部件属性定义
零部件类有自己的属性，子零部件类继承父零部件类的属性。属性的内容由四部分组成：零部件的自身属性信息（如零部件对象属性可能包括图号、名称、类型、材料、供货商等）、相关文档（如设计文档、工艺文档、设计说明书等）、管理信息（主要是各种流程控制信息，如创建人、创建时间等）和零部件与其他各类产品数据对象的关联信息。
通过零部件类的定义和属性设计，配合合理的数据规划技术，可以实现按照零部件任意性质进行统计查询的功能。
在此基础上可更进一步为每个行业的典型产品建立统一的产品零部件属性集，不同的企业和PDM系统之间建立统一的底层数据结构，为PDM由企业数据规范走向行业数据规范奠定基础，最终为实现协同制造提供数据集成支持。
4.3PDM系统中零部件编码管理
在零部件编码体系的基础下，PDM系统提供如下编码服务：
1．编码规则定义：根据用户的编码规则结构，定义数据库中的编码对象。
2．编码规则维护：编码规则重命名、删除编码规则、为零部件类指定对应编码规则。
3．编码录入：导航式输入编码。
4．编码规范化检查
5．基于编码的检索：给出编码的全部或部分，就可以按照编码含义进行对象查询，它包括：精确查询、模糊查询、导航查询三种形式。
此外PDM系统的零部件编码管理还应支持备用编码管理，即一个零部件可能存在两套甚至两套以上编码体系对应的编码。
4.4PDM系统中零部件查询管理
PDM系统的零件分类能够大幅度提高产品设计的工作效率。利用零件基本属性、分类结构、事特特性表和工程图纸，PDM系统应提供以下的查询方法[28]：
1． 查询分类层次（如查询某个零件族）；
2． 查询单个特征或特征组合（例如根据螺纹直径和螺纹长度查询所有的螺钉）；
3． 从某个具体的零件标识号（例如查找具有确切零件标识号的六角螺钉）；
4． 利用结构浏览器通过图形导航的分类结构进行查询；
5． 显示某个CAD几何图形。
在设计人员进行零部件的查询时，系统应该能提供字符和图形两种查询方式。当对所要查询的零部件有比较具体的设想时，通常可以采取字符查询方法；若只有比较模糊的设想，或者想用图形的方式描述该零部件，采用图形查询的方式比较方便。
值得注意是PDM系统还应支持借用查询，专用查询。借用查询（即wherUsed）可找出该零部件被哪些产品利用，利用在哪些结构中。专用查询可找出该零部件最先被哪个产品应用。
4.5PDM系统中零部件更改和版本管理
零部件更改和版本管理基于工作流技术和查询技术。
通过借用查询可以确定本次更改影响的产品范围。如果涉及的全部产品都适用本次更改，更改后完成的零部件将成为本零部件的一个最新发布版本。如果只有部分产品适用本次更改，PDM系统将自动记录更改影响范围，同时系统将发布一个新的零部件代号和对应设计任务。当新的零部件设计任务完成并审核通过后，PDM系统自动替换的受影响产品结构内所有涉及的零部件结构。
PDM系统对于明确需要进行更改的零部件，按照工作流程自动分派并驱动一系列的更改任务。
PDM系统零部件更改管理和版本管理实际上提供一种零部件批量替换操作，替换条件可以由用户确定。
4.6PDM系统中零部件图档管理
零部件通过建立和相关技术文档的关联，来通过零部件快速找到关联文档并按权限进行浏览等操作。
4.7PDM系统中零部件工艺管理
PDM系统中的零部件工艺管理实际是零部件工艺路线配置器。零部件基于图纸的信息是相对固定的，一般情况下也只有一种加工工艺路线与图纸信息对应。但也存在一些零件针对不同的产品，或者在不同的加工批量等情况下存在多种工艺路线，这时需要对零部件工艺信息建立配置器进行管理，保证针对某具体产品时使用正确的工艺信息，同时传递给下游ERP系统的信息也是可靠和完整的。
零部件可以在对应的CAPP工艺文件中输入，也通过编辑工艺路线对象来实现。工艺信息可基于特征和选项、基于规则、基于知识或基于约束和资源等方向建立不同的工艺路线和零部件加工工艺库管理系统。
5 总结
完善而全面的零部件管理将为产品配置工作打下良好的基础，但作为PDM系统产品管理功能的基础，零部件管理不仅仅是基础数据维护的工作，实际上涉及到企业设计工作、工艺准备工作、标准化工作、管理工作等多方面业务和信息的集成。在PDM系统内部，零部件管理也需要通过对象定义、项目管理、工作流管理、工程更改管理、软件集成接口、文档管理多个模块协同配合才能发挥完整的作用。
本文针对企业零部件具体管理需求，在零部件标准化的前提下，提出了对基于PDM系统的零部件管理的解决方案，及其在企业实际工作中是如何应用实施，对企业PDM系统的规划和实施有重要的现实指导意义。
