Windchill 集成平台管理中的技术分析

秦冉 QIN Ran；邱双 QIU Shuang

（山东工程职业技术大学智能制造学院，济南 250000）

0 引言

国内某工程机械企业的产品技术得到了国际上的广泛认可。随着国内外订单的快速增长和全球市场需求的不断增加，企业仅靠本地技术研发、产品测试和应用已无法满足市场的要求。从战略角度来看，公司将在国内外不同地区进行设计，并有望有效整合各地区的人力资源，降低设计成本，缩短设计周期，同时还需迅速、完整地与顾客进行交流，协助开发符合顾客需要的产品。因此，在Creo 开发工具和Windchill 平台的基础上，提出一种TopDown 的协作设计方案。

1 Creo、Windchill 及两者的集成

1.1 Creo

Creo 是美国参数化技术公司（PTC）于2010 年发布的新产品，涵盖了概念设计、二维、三维、直接建模等方面。Creo 是一款集成Pro/Engineer、CoCreate 和ProductView 的软件，并在此基础上重新发布。本次设计方案采用的是Creo2.0。

1.2 Windchill

Windchill 系统是基于三层结构的J2EE 标准（见图1）。客户端是用户应用程序的一部分，是一个基于HTTP的web 浏览器，用于访问和操作系统。有些是通过使用javaRMI 技术的java 小程序或java 应用软件完成的。服务器层包括环形服务器、服务引擎、窗口服务和Java SDK。在此基础上，利用Java 技术完成了业务逻辑、安全管理、工作流引擎、图形文档可视化服务等关键模块的功能。数据库层包括三个块，第一块是Oracle 数据库，用于存储和维护系统元数据；第二是建立一个电子仓库，以文件服务器的形式存储系统外的产品数据；第三个是LDAP 服务器，用于管理用户和角色信息。

图1 Windchill 系统在J2EE 平台上的三层结构

1.3 Creo 与Windchill 的集成

Creo 可以将CAD 资料与Windchill PDM 进行无缝的整合与管理，主要依赖于集成系统所提供的工作区。工作区是PDM 与Creo 集成界面，该系统能够实现PDM 和Creo 参数会话的通讯。如图2 所示，为Creo 与Windchill PDM 间的通讯会话。在将Creo 与Windchill 整合后，可以将数据储存在四个地方。首先是在Creo 对话区，Creo 已经被打开，并且存在于记忆体中。其次是工作区，分为本地端缓存工作区和服务器端缓存工作区，这两个工作区都会对设计数据进行缓存存储，当Creo 和Windchill 整合了应用软件的时候，其它的用户就无法看到他们的工作；最后是Windchill PDM 公用区，当系统设计完成后，将数据保存到PDM 服务器上，并将数据共享给所有用户。

图2 Creo 模式会话区与Windchill PDM 公共区域通讯

工作空间包括编辑、正常、共享、局部、过期、比较等。在每一个状态中，存在多个用不同符号识别的条件，并且记录各种情况。使用者可以根据情况进行各种处理。常用状态及符号，见表1。

表1 常用状态栏和状况

工作区能够通过对状态与到期状态的对比，判定物体是否发生了改变。如果PDM 中的对象改变了，那么用户就需要点击“更新”，系统会自动地利用工作空间中的所有到期物件来进行升级。如果要变更或变更物件的主要资料属性，必须执行同步作业。

在PDM 伺服器不能连线的情况下，可以进行离线操作，管理本地快取，并编辑设计资料。在系统出现故障时，可以“在线”与PDM 服务器进行数据同步，并将修改后的设计资料上传至服务器。本地客户机出现故障，在解决问题之后，可以与伺服器重连，使资料同步，并将资料从伺服器拷贝至本机快取。

综上所述，Creo 与Windchill 的集成将可以有效地提升协作设计效率。

2 TopDown 设计

2.1 TopDown 设计原则与重要性

TopDown 的设计方法是从产品的总体布局到各个部件的设计，可以将设计数据从笔记本传输到装配机构，然后从一个零件传输到另一个零件。同时，还可以实现零部件之间的信息传递，保证整个装配结构的数据相关性。TopDown 的设计思路和设计流程相符合，有利于多个子系统的协作。

2.2 TopDown 设计的基本流程

在Windchill 与Creo 集成系统中，运用TopDown 的设计理念，极大地提升了设计的效率和质量，并为企业的协作设计创造了一个有利的环境。如图3 所示，为典型的TopDown 设计流程。

图3 典型的TopDown 设计流程

3 协同设计实现过程

首先，在产品设计中运用了“TopDown”的设计理念，完美地整合了Creo 和Windchill，建立了一个产品协作环境。其次，建立了分散在不同区域的Windchill 子站群，维护远程设计数据，与主要网站保持同步，保证项目团队的产品设计能平行、快捷地进行。最后，设计了一种基于图形的分布式图形显示服务，能够在多个服务器上迅速地生成图形，便于图形的浏览和发布。在图4 中显示了协作设计流程，在整个系统与子系统之间实现。

图4 协同设计过程

4 印刷机械制造案例分析

在当前环境下，一家独立的印刷厂已着手推行PLM（Product Lifecycle Management）。通过PTC 的Windchill 系统平台，将整个生产过程、流程、系统整合在一起，从而达到生产、管理、销售和应用的全过程。根据PLM 计划，讨论了在Windchill 和Creo 参数化三维模型集成环境下大型印刷机设计与生产的协同设计，包括五个领域：构建协同设计环境、标准件和通用件库、过程定制、TopDown 设计、大规模装配设计和报表定制开发。

4.1 协同设计环境搭建

为确保印刷机设计规范的一致性，本论文按照国家及企业标准，对产品外观颜色、材料库、精度及设计特点进行了优化。

将Creo 与Windchill 进行集成，并在Windchill 系统中整合Creo 的参数。在此环境中，设计者可以从资料库中撷取资料，并藉由Creo 的三元设计界面，来减少增加、下载及搜寻等繁杂的工作。如图5 所示，为系统集成工作界面。

图5 系统集成界面

4.2 标准件及通用件库构建

在协同设计的基础上，根据规范中的文件名和通用名，为标准件和通用件设定并指定型号。为了方便对标准零件、通用零件的统计信息进行查询与汇报，需要向所建立的模型增加对应的参数。然后，对模型进行了统一，使得模型参数的设定更为规范化。所以，当建立一个标准的模型时，只需填写相关参数值，如标准零件标签、标准零件标签、国家标签和类型标签。

为改善标准零件与通用零件的复用性，需要对其进行归类。在系统分类管理界面中，以管理员的身份建立“插入节点”，并产生相应的内容。在决定了配置文件的分类属性之后，需要将配置文件的属性映射到每一个属性。

4.3 研发流程定制开发

梳理现有业务流程，消除不合理、不规范的环节，最终形成完整的业务流程，如图6 所示。设计完成后，设计师可以通过电子邮件通知审核人审核图纸。预审结束后，电子签名程序正式开始。任务完成后，审核员参与活动，以活动指导为基础，检查模型的设计图和数据，并提供相关的电子文档。如未通过评审，则取消此项活动。如果评审合格，决定工艺人员是否应该继续进行评审。在向过程批准节点传送的任务中，没有必要将其转换为标准化的节点。在接到委托后，标准化人员会按要求审核设计图，并附上所需的电子签字。如设计不符合要求，则可拒绝递交或接收。一旦通过，制定者就会自行决定是否要通过。如需进一步核准或核准，否则，将终止整个图纸的签署和批准。

图6 设计BOM 及图纸签审业务流程图

4.4 印刷设备大型装配体的TopDown 设计

该公司生产的印刷机是大型印刷设备，设计数据过大，当地客户不能打开组装模型，只能拆卸模块进行测试和设计。Windchill 集成系统投入使用后，通过采用Creo-TopDown 的设计方法，可以轻松解决上述问题。具体实施过程如下。

首先，产品经理构建整个机器的框架，将包含位置和尺寸等信息的子框架放入相应的三个组件中，输入相应的文档，通过Windchill 软件手动构建，最后将其分发给每个模块的具体设计和开发。零件的详细设计完成后，通过零件检测自动生成零件的视觉模型。当用户通过Creo 视图观察最终装配零件时，可以根据框架中统一采用的坐标进行定位，实现零件的可视化装配。

通过使用Creo 软件TopDown 进行设计，可以有效避免重复的产品结构，并快速传达设计信息，从而达到协同设计的目的。同时，由于将最终装配数据转换为光数据，大大减少了计算机的硬件配置，从而为企业节省了成本。

4.5 报表定制开发

在大型印刷机行业中，报表是生产设计、生产、调试、维护等环节的关键环节。在Windchill 和Creo 集成该平台之前，许多数据错误和大量数据丢失都是由人工统计造成的。在此平台上，所有产品都基于产品结构树关联（EBOM）。根据企业需要和相关零部件的参数值，进行定制开发，满足零件目录和标准零件目录的要求，大大提高了报表的统计效率和准确性。

5 结束语

综上所述，国内工程机械行业的领导者可以通过Creo、Windchill 和TopDown 的协同设计思想，有效利用本地和国外资源，在协同环境中进行产品协同设计，从而取得更好的效果。以印刷机械为例，对协同设计过程进行了详细介绍。印刷机械企业要以网络为导向，以云平台、智能化工厂为核心，以大规模定制化、柔性化生产、加工、网上销售为重点，以模式创新推动传统工业的发展。在今后的发展过程中，将不断探索适应于大型印刷企业的信息化生产管理模式，强化企业内部的协作与技术创新，推动企业精细化、高端化、高质量发展。