基于Windchill的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)管理集成平臺的構(gòu)建與應(yīng)用

姚海蘭，張紹東，朱東偉，張密哲，李 蕊

（唐山軌道客車有限責(zé)任公司 產(chǎn)品研發(fā)中心，唐山 064000）

基于Windchill的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)管理集成平臺的構(gòu)建與應(yīng)用

姚海蘭，張紹東，朱東偉，張密哲，李 蕊

（唐山軌道客車有限責(zé)任公司 產(chǎn)品研發(fā)中心，唐山 064000）

針對軌道車輛電氣設(shè)計數(shù)據(jù)的管理特點(diǎn)，利用信息技術(shù)，建立基于Windchill的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)管理集成平臺，實(shí)現(xiàn)了電氣設(shè)計工具E3、研發(fā)數(shù)據(jù)管理工具Windchill、物料數(shù)據(jù)管理（MDM）系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用（SAP）系統(tǒng)的無縫集成。還實(shí)現(xiàn)了研發(fā)電氣數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對電路圖、電氣物料清單（BOM）以及電氣報表等電氣設(shè)計數(shù)據(jù)的全生命周期管理，優(yōu)化了電氣設(shè)計過程及數(shù)據(jù)流程管理，提升了整個電氣研發(fā)團(tuán)隊溝通和協(xié)作工作的效率。

電氣設(shè)計；數(shù)據(jù)管理；集成平臺

隨著我國城市軌道交通的迅猛發(fā)展，新機(jī)遇要求全新動車組、城軌車設(shè)計周期短，企業(yè)信息化、精益化管理已成為提高企業(yè)核心競爭力的重要手段[1]，傳統(tǒng)的電氣研發(fā)設(shè)計數(shù)據(jù)管理平臺存在諸多問題：（1）現(xiàn)有的電氣設(shè)計軟件基本處于孤島狀態(tài)，與其它子系統(tǒng)集成性差，數(shù)據(jù)存儲分散；（2）電氣設(shè)計過程數(shù)據(jù)通過手工備份到服務(wù)器文件夾且缺少版本管理；（3）電氣設(shè)計報表系統(tǒng)速度慢，效率低；（4）物料清單（BOM）在產(chǎn)品數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用系統(tǒng)（SAP）中靠人工逐級搭建，管理松散，且易出錯。以上問題導(dǎo)致了傳統(tǒng)的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)管理平臺已不能適應(yīng)數(shù)字化協(xié)同設(shè)計環(huán)境下復(fù)雜列車系統(tǒng)快速研制的要求[2]，急需圍繞電氣圖紙研發(fā)設(shè)計過程，建立適合自身要求的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)管理集成平臺。

基于Windchill的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)管理集成平臺的建設(shè)，以解決電氣研發(fā)設(shè)計中存在的問題為目的，圍繞電氣研發(fā)設(shè)計過程和電氣設(shè)計輸出特點(diǎn)，采用二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)計工具研發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、物料數(shù)據(jù)管理（MDM）系統(tǒng)、SAP系統(tǒng)的無縫集成，基于研發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)公共資料管理，設(shè)計數(shù)據(jù)管理、流程管理和權(quán)限管理等功能，實(shí)現(xiàn)集成度好，流程清晰，業(yè)務(wù)順暢，使用便捷的平臺建設(shè)目標(biāo)[3]。

1 研發(fā)平臺工具

1.1 電氣設(shè)計工具

電氣設(shè)計邏輯復(fù)雜關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)，如何在短時間內(nèi)完成龐大的圖紙繪制，要求多用戶多部門協(xié)同設(shè)計及管理，保證數(shù)據(jù)的正確性，并準(zhǔn)確完成各類報表數(shù)據(jù)整理，成為電氣設(shè)計必須面對的難題。

本文采用E3（E3.Series）作為電氣設(shè)計工具，支持多部門多用戶的協(xié)同管理與設(shè)計，設(shè)計師通過E3.Series對項目進(jìn)行實(shí)時操作，配置的電氣規(guī)則可以檢查項目方案是否滿足設(shè)計規(guī)范，并檢查圖紙中存在的錯誤，以便進(jìn)行修改，系統(tǒng)管理員可對設(shè)計人員的權(quán)限進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，保證每位設(shè)計人員只能操作被授權(quán)的項目數(shù)據(jù)，項目數(shù)據(jù)存儲在同一數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)了項目內(nèi)部的圖紙保持實(shí)時更新，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。

項目設(shè)計中E3.Reports系統(tǒng)支持自動生成設(shè)計部的報表和工藝部的部分報表，例如線纜總表、線束表、元器件清單、線束走向表、布線表和剪線表等，以進(jìn)行圖紙正確性檢查。

1.2 研發(fā)數(shù)據(jù)管理工具

研發(fā)部門是車輛產(chǎn)品電氣設(shè)計數(shù)據(jù)電路圖、電氣BOM以及電氣報表等及機(jī)械設(shè)計CAE/CAM/ CAD數(shù)據(jù)的源頭，數(shù)據(jù)量大且需要頻繁傳遞、交換、處理和存儲，本文采用Windchill作為數(shù)據(jù)管理研發(fā)工具，Windchill是一套集成應(yīng)用軟件，涉及圖文檔管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、生命周期管理、工作流程管理、工程變更管理、零部件分類及重用管理、項目管理、制造過程（工藝）管理、供應(yīng)商管理、用戶需求管理等全部產(chǎn)品生命周期領(lǐng)域。為提升整個電氣研發(fā)團(tuán)隊的溝通和協(xié)作工作效率提供軟件平臺[4]。

Windchill還提供開放的開發(fā)接口，為研發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與各設(shè)計工具及公司其它系統(tǒng)集成提供技術(shù)保障。

1.3 公司級產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理工具

將SAP定位為公司級產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的核心，所有其他信息系統(tǒng)的構(gòu)建均以SAP為基礎(chǔ)進(jìn)行。SAP的許多新產(chǎn)品，包括企業(yè)核心組件ECC（ERP Central Components），全部構(gòu)筑在Web應(yīng)用服務(wù)器（WebAS）平臺之上。WebAS提供了開放式的結(jié)構(gòu)，使用HTML、XML等計算機(jī)語言，支持許多數(shù)據(jù)庫版本和發(fā)布，可以容納所有的數(shù)據(jù)和配置信息，同時，WebAS也提供定制功能，可以使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)語言Java完成二次集成開發(fā)。使得其他功能信息系統(tǒng)可以與SAP集成。

2 平臺總體方案

針對電氣設(shè)計工具與其它子系統(tǒng)集成性差，數(shù)據(jù)存儲分散問題，提出了將前端電氣設(shè)計工具E3、MDM系統(tǒng)、SAP系統(tǒng)、研發(fā)電氣數(shù)據(jù)管理工具Windchill以接口方式進(jìn)行雙向集成方案，打通系統(tǒng)間數(shù)據(jù)通道，保證電氣設(shè)計工作數(shù)據(jù)流暢通，實(shí)現(xiàn)完整可靠的電氣協(xié)同設(shè)計平臺。平臺總體方案構(gòu)架如圖1所示。

圖1 平臺總體方案構(gòu)架圖

平臺集成方案圖如圖2所示。本集成平臺通過Server開發(fā)語言，Java構(gòu)建完整后端服務(wù)平臺，執(zhí)行底層邏輯運(yùn)算與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理；使用跨平臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件Apache與開源Web應(yīng)用容器Tomcat組成網(wǎng)絡(luò)通信層，實(shí)現(xiàn)HTTP請求接收、負(fù)載均衡與集群配置等服務(wù)功能。本集成平臺涉及各子系統(tǒng)或工具間集成架構(gòu)以Java核心包為基礎(chǔ)，針對各下游系統(tǒng)或工具技術(shù)不統(tǒng)一的現(xiàn)狀設(shè)計與開發(fā)具有指向性的獨(dú)立集成模塊：如E3工具與MDM系統(tǒng)等支持?jǐn)?shù)據(jù)交換協(xié)議（SOAP）標(biāo)準(zhǔn)，使用通用WebService方式實(shí)現(xiàn)雙向集成；對于技術(shù)相對封閉的SAP系統(tǒng)，通過其提供的sapjco.jar工具包實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程函數(shù)調(diào)用（RFC）接口訪問，通過動態(tài)鏈接庫文件進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸；其余無法直接提供集成接口的下游系統(tǒng)，直接使用面向數(shù)據(jù)庫的SQL進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)級的集成功能。

圖2 平臺集成方案圖

3 平臺功能實(shí)現(xiàn)

電氣設(shè)計數(shù)據(jù)管理集成平臺的建設(shè)，針對電氣設(shè)計數(shù)據(jù)的管理特點(diǎn)，通過系統(tǒng)及工具間的緊密集成，結(jié)合Windchill工具特有的版本、權(quán)限、流程等功能，實(shí)現(xiàn)電氣數(shù)據(jù)及版本管理、產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)管理、報表管理、歷史數(shù)據(jù)回滾功能、物料編碼管理、圖紙評審管理及工程更改管理，為企業(yè)資源計劃（ERP，Enterprise Resource Planning）等系統(tǒng)提供準(zhǔn)確可靠的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)。

3.1 電氣數(shù)據(jù)及版本管理

（1）通過數(shù)據(jù)檢入接口，將E3輸出的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)，如圖紙、BOM、報表等自動存入各產(chǎn)品文件夾下，針對電氣數(shù)據(jù)本身的特點(diǎn)，利用Windchill工具定義特殊的類型、屬性與數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)，并定制開發(fā)相關(guān)管理功能，實(shí)現(xiàn)對電氣數(shù)據(jù)的集中管理，電氣數(shù)據(jù)及版本管理如圖3所示。

圖3 電氣數(shù)據(jù)及版本管理

（2）版本管理，電氣數(shù)據(jù)在Windchill中均使用字母大版本+數(shù)字小版本方式，每次檢入操作升級一個小版本，每次修訂操作升級一個大版本。Windchill中每條數(shù)據(jù)的所有版本信息（內(nèi)容與屬性）均由系統(tǒng)維護(hù)歷史記錄，從而解決了不定時將E3設(shè)計文件手動備份到本地文件夾方式的問題，避免手工備份安全問題，同時為歷史數(shù)據(jù)回傳功能提供數(shù)據(jù)源。

（3）狀態(tài)管理，Windchill工具為每種電氣設(shè)計數(shù)據(jù)類型定義其生命周期模板、狀態(tài)和轉(zhuǎn)變規(guī)則。狀態(tài)屬性標(biāo)志著數(shù)據(jù)成熟度，通過流程自動驅(qū)動與手動修訂兩種方式控制狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。為實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)計數(shù)據(jù)安全性管理提供基礎(chǔ)。

（4）位置管理，利用Windchill專門的存儲庫來分類管理所有電氣設(shè)計相關(guān)公共資料。

（5）安全性管理，通過Windchill策略管理器提供數(shù)據(jù)訪問權(quán)限的配置管理功能。對于管理對象，針對其類型、狀態(tài)、位置等屬性以及操作用戶所屬的角色、組等信息進(jìn)行訪問權(quán)限控制。提高數(shù)據(jù)安全及正確性。

3.2 產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)管理

為避免SAP人工搭建BOM方式造成的人為錯誤，提出BOM由電氣連接圖紙驅(qū)動自動創(chuàng)建與管理，產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)管理接口開發(fā)流程如圖4所示。

圖4 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理接口開發(fā)流程

3.3 報表管理

針對電氣設(shè)計工具中導(dǎo)出報表，速度慢，未存入數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理及無版本管理、存儲等問題，通過數(shù)據(jù)檢入接口，將電氣總表數(shù)據(jù)與電氣圖紙分離，并將總表數(shù)據(jù)存入Windchill電子倉庫與數(shù)據(jù)庫，同時記錄總表數(shù)據(jù)電氣圖紙的關(guān)聯(lián)關(guān)系。在系統(tǒng)中通過開發(fā)手段固化各類電氣報表匯總邏輯，定義線表匯總模板，實(shí)現(xiàn)各類電氣報表的匯總輸出，解決了現(xiàn)有E3系統(tǒng)中進(jìn)行元器件報表匯總時，速度慢，效率低，匯總時間較長等問題。具體線表種類有：線纜信息總表、電纜清單、設(shè)備接線表、線束表、元器件清單和線束走向表。

3.4 歷史數(shù)據(jù)回滾功能

針對設(shè)計系統(tǒng)方案反復(fù)改變現(xiàn)象及設(shè)計誤操作問題，無法實(shí)現(xiàn)歷史版本的恢復(fù)問題，提出了歷史數(shù)據(jù)回滾功能，以Windchill存儲的歷史版本為數(shù)據(jù)源，供選擇并操作。

在Windchill中存儲歷史版本及用于數(shù)據(jù)修復(fù)XML文件，數(shù)據(jù)恢復(fù)時，利用E3工具API接口實(shí)現(xiàn)項目中所有設(shè)備、符號、連接器針腳、芯線、電纜對比及修復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)自動執(zhí)行歷史版本數(shù)據(jù)與整車級圖紙合并操作，此功能使用靈活，避免重復(fù)工作，提高設(shè)計效率，接口開發(fā)流程如圖5所示。

圖5 歷史數(shù)據(jù)回滾接口開發(fā)流程

3.5 物料編碼管理

為了避免人工重復(fù)維護(hù)物料信息，實(shí)現(xiàn)物料編碼閉環(huán)管理，提出了物料編碼管理功能，設(shè)計師可根據(jù)需求由MDM或者Windchill發(fā)起物料編碼申請，MDM系統(tǒng)新物料編碼發(fā)布后，Windchill根據(jù)接收到的物料數(shù)據(jù)結(jié)合物料來源標(biāo)記進(jìn)行匹配判斷，若為電氣物料則合并MDM標(biāo)準(zhǔn)物料屬性與電氣物料特有屬性，調(diào)用E3物料編碼接收接口，自動執(zhí)行電氣物料編碼回傳操作，將編碼信息回傳至E3元器件庫。物料編碼接口開發(fā)流程如圖6所示。

圖6 物料編碼接口開發(fā)流程

3.6 圖紙評審管理

研發(fā)人員完成設(shè)計后，在E3端完成提交Windchill工作，在Windchill中發(fā)起圖紙評審簽審流程，圖紙審批流程發(fā)起時機(jī)由用戶決定，可以針對多張圖紙發(fā)起一個審批流程（批量審批），審批過程中鎖定圖紙檢入權(quán)限及E3項目修改權(quán)限，審批通過后系統(tǒng)自動對圖紙PDF文件電子簽名，自動發(fā)布至SAP系統(tǒng)，電氣圖紙評審流程圖如圖7所示。

3.7 工程更改管理

電氣數(shù)據(jù)變更管理要實(shí)現(xiàn)電氣變更的全過程記錄，包括變更原因、變更影響分析和變更執(zhí)行情況，保證變更的正確性、完整性、及時性和閉環(huán)管理。

通過基于已在Windchill中建立的有效變更業(yè)務(wù)控制手段，實(shí)現(xiàn)電氣圖紙文件變更信息和變更過程的有效管理；通過基于問題報告、變更請求、變更通知單等變更對象實(shí)現(xiàn)對變更業(yè)務(wù)的管理。規(guī)范產(chǎn)品變更及數(shù)據(jù)發(fā)放流程，提高數(shù)據(jù)發(fā)布的準(zhǔn)確性、有效性和及時性，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性，減少返工。

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果

目前，公司應(yīng)用基于Windchill的電氣設(shè)計數(shù)據(jù)管理集成平臺的軌道車輛產(chǎn)品包括城軌城際、高速動車組各兩個項目，電氣設(shè)計數(shù)據(jù)量達(dá)到4 000多個。通過電氣設(shè)計工具與研發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、物料管理系統(tǒng)、企業(yè)資源管理系統(tǒng)的無縫集成，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)電氣設(shè)計的協(xié)同工作環(huán)境，電氣數(shù)據(jù)及版本統(tǒng)一管理，通過在Windchill中固化各類電氣報表匯總邏輯，各類電氣報表的匯總輸出在5 s內(nèi)完成，BOM由圖紙驅(qū)動自動創(chuàng)建與管理，提高產(chǎn)品研發(fā)效率，提升設(shè)計質(zhì)量，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化及流程標(biāo)準(zhǔn)化。

圖7 電氣圖紙評審流程圖

5 結(jié)束語

本文依據(jù)電氣設(shè)計輸出特點(diǎn)，以研發(fā)設(shè)計流程為導(dǎo)向，信息技術(shù)以及數(shù)據(jù)的交互傳遞和共享為手段，建立了基于Windchill的電氣設(shè)計及數(shù)據(jù)管理平臺，實(shí)現(xiàn)了電氣設(shè)計各子系統(tǒng)的無縫集成，解決了數(shù)據(jù)存儲分散、研發(fā)設(shè)計過程管控粗放等問題，遵循了客戶導(dǎo)向思維的理念，逐步實(shí)現(xiàn)研發(fā)平臺精益化。

[1]郭曼莉.特種裝備知識工程平臺—PERA.KE在海軍裝備行業(yè)的應(yīng)用[J]. CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2013（5）：27-29.

[2]郭玉亮.SAP與Pro/INTRLINK一體化協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用[J].鐵路計算機(jī)應(yīng)用，2013，22（5）：5-7.

[3]王廣明.高速動車組三維設(shè)計及數(shù)據(jù)管理平臺建設(shè)[J].鐵路計算機(jī)應(yīng)用，2012，21（10）：19-22.

[4]劉 日.基于國產(chǎn)PLM系統(tǒng)的三維CAD協(xié)同設(shè)計的應(yīng)用于實(shí)踐[J]. CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2014（7）：27-29.

責(zé)任編輯陳 蓉

Data management integrated platform of electrical design based on Windchill

YAO Hailan, ZHANG Shaodong, ZHU Dongwei, ZHANG Mizhe, LI Rui
( Product Research and Development Center, Tangshan Railway Vehicle Co. Ltd., Tangshan 064000, China )

This article established the data management integrated platform of electrical design based on Windchill according to the data management characteristics of electrical design for railway vehicles, implemented the seamless integration with electrical design tool E3, developed data management tool Windchill, material data management(MDM) system, Systems Applications and Products in Data Processing(SAP). It was realized the whole life cycle management of circuit diagram, BOM, and other electrical design data by the management system of electrical data, optimized the process of electrical design and the management of data flow, improved the efficiency of communication and collaboration.

electrical design; data management; integrated platform

U270.2∶TP39

A

1005-8451（2016）12-0045-05

2016-05-20

姚海蘭，工程師；張紹東，工程師。