虚拟产品数据

虚拟产品数据，是由高科技术实现的基于分布式网络、主成结构、图形化用户接口和数据库件发展起来的一种软件框架技术。

面向虚拟制造的产品数据管理系统产品数据管理(Product Data Management，PDM)是虚拟制造信息基砒结构的重要组成部分，是实现虚拟制造的一项重要支撑技术。研究面向虚拟制造的产品数据管理或称虚拟原型数据管理(Virtual Prototype Data Management，vPDM)具有重要的理论和现实意义。1

虚拟产品开发的产品数据组织体系虚拟产品开发方式生成的产品数字样机的产品结构树不仅要反映产品设计阶段的构造层次结构，而且还要反映产品的装配顺序，制造部门可以直接根据产品数字样机进行制造，而不必再去构造新的BOM。如果将零件、部件的加工时间、工位信息等考虑在零、部件的对象模型内部，在产品结构树再增加一些虚设结点，则采用虚拟产品开发方式产生的产品数字样机的产品结构树又可以反映生产流程。所以研究适合虚拟产品开发的产品数据组织体系是切实必要的。1

虚拟制造与PDMPDM在虚拟制造系统中占有重要的地位，可以从三个方面加以阐述。首先，PDM系统是推动传统制造业向虚拟制造发展的使能引擎。企业面对不断推出新产品的压力，新产品开发过程加快，造成需要管理的产品数据以及产生这些数据的过程数据量急剧增加。制造业面临的挑战不仅是缩短新产品投入市场所需的时间，而且还包括驾驭变化和满足顾客特殊要求的能力。因此，制造企业必须在技术管理方法上作出重大变革。其中关键之一产品设计和生产过程中生成的大量数据必须具有合理存储、协调管理及有效重组的能力，因而迫切需要一种能处理大量产品数据并将之转换成使能信息的系统方法或工具。PDM系统能使企业采用虚拟制造时，以安全的方式存储、分配、跟踪、监测和控制产品数据，并使不同的企业或者企业的不同部门能及时获得完成他们任务所需的信息。1

虚拟产品开发过程产品开发能够可靠地在计算机内部实施也就是虚拟地实施，是建立在下列各项基础之上的:利用计算机辅助设计(CAD)进行几何设计和造型；利用各种计算程序计算各有关参量并将其反馈给CAD；利用虚拟现实(VR)进行产品性能的计算机内部仿真；利用快速原型成形(RP)进行原型制造的计算机内部仿真；利用产品数据管理(PDM)建立并管理计算机内部数据模型和产品模型；利用计算机辅助工艺设计(CAPP)进行虚拟的工艺设计；利用计算机辅助质量管理(CAQ)对全部过程链的质量保证起支持作用；利用计算机辅助制造(CAM)将数据传输到制造部门；利用生产计划和控制系统(PPS)进行生产流程的规划和控制，以及利用通信模块实现各个部分之间的接口。

描述了虚拟产品的开发过程。各个开发人员或功能组按照客户要求(市场需求)面对同一工作对象(虚拟原型)在计算机网络上并行工作。整个虚拟产品开发组在主管的领导下完成虚拟产品的概念设计，形成产品开发方案；设计人员或功能组完成虚拟产品的功能设计，构成产品的3D实体模型、2D工程图和装配模型，并完成性能分析等工作；工艺人员完成产品的工艺设计；生产部门工作人员完成NC指令生成和NC加工动态模拟工作，形成NC代码可以直接驱动NC设备。整个开发过程在统一管理模式下进行，随时接受评估并对评估结果作出反映。虚拟产品开发各部门随时接受客户提出的要求，同时，客户也可直接参与开发过程，以对该过程实施有效的监督，保证产品的开发符合自己的需求。每个工作环节相互影响，如3D模型的任何变更都将使其他环节的相应部分自动更改；每个工作部门(或功能组)之间相互关联而又各自独立，受工作权限的约束，并接受虚拟产品开发主管的指令。1

面向虚拟制造的产品数据管理技术针对企业中虚拟制造技术存在的问题以及PDM应用到虚拟制造中的重要性，提出了面向虚拟制造的产品数据管理技术的思想；在关系数据库系统平台上建立了面向对象的VPDM应用体系结构，该结构组成包括体系支撑层、集成模块管理层、功能模块应用层和用户界面层，对每个结构模块的特点及其功能进行分析；通过对XML建模技术的特点及其优越性的研究，建立VPDM系统中产品信息模型并以此分析了VPDM信息模型的XML模式；研究BOM视图类型及其相互关系，采取深度优先遍历EBOM的方法，实现EBOM向MBOM视图的动态转换；通过分析单层BOM与多层BOM的结构优缺点，提出一种复合式的BOM构造方法，并且对复合式BOM结构的实用性进行了分析；研究了一种改进的多级型BOM遍历算法，与传统的递归查找法、分层查找法相比，该改进算法包含速度快、资源占用低、实用性高的优点，并且通过实例来验证改进算法在实际应用中的效率；基于VC++开发平台，结合系统的整体架构及各功能模块的研究，开发了面向虚拟制造的产品数据管理系统。2

虚拟制造技术研究现状虚拟制造技术的出现对制造业的发展有革命性的影响。典型例子有：

(1)虚拟制造技术缩短了产品的开发周期，如Boeing777飞机的研制周期缩短了3年；

(2)拟制造技术减少了制造过程中所需的人力，在绘制CH-53E直升机外形生产轮廓图形时，需要38名绘图员进行绘制近6个月的时间，而一名工程师采用虚拟制造技术来绘制RHA-66直升机的生产轮廓，只用了1个月的时间；

(3)虚拟制造技术降低了生产成本，以波音-西科斯基设计的RAH-66直升机为例，通过虚拟仿真技术进行测试仅仅需要4590小时，共计降低了近6.73亿美元的成本，收益可观。虚拟制造技术展现的应用前景已经促使西方国家的研究机构和学者对虚拟制造进行研究与应用。Onosato通过对产品模型和工厂模式进行集成开发了一种虚拟制造系统。2

PDM技术研究现状由于各种技术都还不成熟，国外科研机构所研究的早期PDM产品的功能有所受限，但随着社会的进步以及技术的不断发展，PDM功能更加强大，PDM系统能够集成各类计算机辅助系统CAX(CAM/CAD/CAPP)，使得与产品相关的所有数据信息在企业的各部门之间流转起来，数据信息管理得到完善。UGS的IMAN和SDRC的Metaphase两种产品的开发就是通过企业的CMS系统完成的，该系统就是在虚拟产品开发管理(VPDM)、文档管理、产品机构管理以及流程控制的基础上，将MRPⅡ和MIS系统通过接口连接，之后与FMS相结合。二十世纪末期，基于CORBA技术的PDM Enabler草案得到国际OMG组织认可，PC开发的Windchill就是通过CORBA和JAVA技术。PDM系统的研究主要基于网络化模式，例如面向服务的计算或J2EE架构、COM+DCOM/.NET技术、WEB技术、结合WEB与CORBA的技术。Domazet以面向对象的数据库技术和STEP技术为基础建立了SMF框架，通过集成PDM系统来与不同地域的企业协作人员共享产品数据信息。在虚拟产品开发过程中的建模技术上，有文献研究倾向于采用基于Petri网及其变种的方法。在PDM系统的集成性和可扩展性方面，占有绝对优势的是国外商业软件，PTC的Windchill PDMLink是建立在网络技术之上的系统，它能够与很多企业应用软件(AutoCAD，CADDS，SolidWorks，CATIAV5，CTIAV4，Pro/ENGINEER，I-DEAS，Inventor，Unigraphics)进行集成。2

虚拟制造中PDM的未来发展趋势随着技术的不断进步，虚拟制造业未来的发展趋势是将先进的产品数据管理技术应用于虚拟产品的开发管理(VPDM)，建立一个与产品信息相关的数字化模型，在产品的虚拟设计、虚拟制造、虚拟开发过程中，企业的不同部门会随时对模型进行观察、分析以及修改，满足产品开发过程的设计、分析、制造、检测和销售的要求。VPDM作为最有发展前景的产品数据管理系统，将集合DMU(电子样机技术)、3D-CAD、PDM、Web等技术于一身，并且与先进的应用软件系统集成起来，安全、合理、有效的管理产品全生命周期内的所有数据信息，从而使企业的产品革新能力大大提高。产品在设计期内具有很高的灵活性和不可预测性的特点，这导致产品数据会发生不断的变化，VPDM可以轻松解决这一问题，同时它还具有强大的存储和传递功能，使得产品数据信息状态发生转变，即由各个阶段的不连续状态转化成为连续状态。2

本词条内容贡献者为:

李宗秀 - 副教授 - 黑龙江财经学院