产品数据管理(PDM)技术简介

发布时间:18-05-08

产品数据管理(PDM)技术简介

    从20世纪80年代以来,PDM技术得到了相当大的关注和研究。它的应用可使得产品设计周期得到缩短,可以减少工程设计修改的频率,从而在单位时间内加快产品投入市场的进度,最终达到削减企业总成本的根本目的。随着中国信息化进程的快速发展,国内应用PDM系统的企业也越来越多,PDM产品的开发与应用进入了一个快速发展的时期。
 
1PDM的产生背景
    20世纪6070年代,企业在其设计和生产过程中开始使用CAD、CAM等技术,这些新技术的应用在促进生产力发展的同时也带来了新的挑战。随着CAD技术在一定范围内进行推广和应用后,导致这些企业出现了数据的庞大以及混乱的问题:如各种零件的信息特征(设计或制造的特征)数据、设计的意图和工艺要求的数据及产品全生命周期中各个过程的数据等,它们的管理以及不同的CAD应用平台之间数据的传递和共享由于没有一个良好的系统工具而显得极为混乱从而导致运转的不便。
 
    而对于制造业而言,虽然各部门的计算机辅助技术己经日益成熟,但都各自为政,自成体系,彼此之间缺少对信息有效的共享和利用,形成了所谓的“信息孤岛”。在这种情况下,很多企业己经强烈意识到:要想保持企业在未来竞争中领先的关键因素是实现信息的有序管理。因此,产品数据管理(Production Data Management简称PDM)正是在这一背景下产生的一项新的管理思想和技术。
 
2PDM的定义、特点及体系结构
2.1 PDM的定义
    PDM技术最早出现的目的是为了解决企业设计生产过程中所生成的大量的杂乱无章的工程图纸、技术文档以及CAD文件的问题,然后逐渐抽象出产品开发过程中的三个主要领域:设计图纸和技术文档的管理、工程文档的管理以及材料明细表的管理、工程变更请求的管理与跟踪。随着客户机/服务器与面向对象技术的应用以及网络、数据库技术的发展,近几年的PDM技术产生了突飞猛进的发展。但由于PDM技术与应用范围发展太快,导致人们对它了解不够统一,因而给出的定义也就不尽相同了。
 
    PDM可以从广义和狭义两个方面进行理解。从广义上讲,PDM可以覆盖到企业中产品的市场从需求分析到产品设计到制造到销售到服务与维护等过程,即产品全生命周期管理中的信息,即公众定义的所谓PLM (Product Lifecycle Management)。从狭义上来讲,PDM仅局限的应用于工程设计领域,并且由于时间和空间上这种习惯的说法,现在当大众提到PDM时,均是说的该领域。
 
    综上所述,本文认为PDM技术本质上就是一种信息管理技术,它是以软件技术为基础,以产品为核心,实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术。其最终目的就是把准确无误的数据在规定的时间内传递给指定的人。PDM进行信息管理的三个要素(数据、过程、资源)和两条主线(静态的产品结构、动态的产品设计流程)都是围绕产品设计进行展开的。
 
2.2 PDM的特点
    PDM具有如下特点:
    (1)开放性。PDM作为一个宏观系统,它支持对不同的部门和不同的数据库进行管理,因此,必须要具有很好的开放性;这种开放性是在面向对象的建模的方法的基础上,通过各种中性的数据接口来实现基于网络的各种图形库、文档及其它信息库的统一。
 
    (2)集成性。集成性是CIMS系统的核心,即使整个设计、生产的一体化达到统一,从而使得企业信息流得到最优的控制。
 
    (3)并行性。PDM系统是基于 Internet或是Intranet来进行管理的,具备异地设计及管理的功能,企业内部的各部门同时在一个数据库下工作 是PDM系统的基本功能。它能确保信息的频繁更改后仍然能及时反馈到各个所需的部门,不至于造成任何部门因信息滞后而造成的方案需要更改、数据出现冗余、直至造成数据库管理混乱的结果。
 
    (4)继承性。一个企业日积月累后的设计的原始数据在通过PDM系统导入数据库后,PDM系统应能保证尽可量少的改动或是不动,这无疑说明该企业自动化水平高的一种直观体现,对企业发展具有深远的意义。
 
2.3 PDM的体系结构
    PDM系统是建立在关系型数据库管理系统平台上的面向对象的应用系统,PDM的体系结构如图所示,由四层组成。

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    第一层是支持层,目前比较流行的通用的商业化关系型数据库是PDM系统的数据后台的支持平台。关系型数据库提供了对数据进行管理的最基本功能,如增加、修改、删除、查询等操作。
 
    第二层是面向对象层,由于商用的关系型数据库侧重于对事务性数据的管理,不能满足对动态变化的产品数据进行管理。因此,在PDM系统中,采用若干个二维关系表对产品数据的动态变化进行描述。PDM系统将其管理动态变化数据的功能转换成几个,甚至上万个二维关系型表格,从而达到实现面向对象管理的要求。
 
    第三层是功能层,面向对象层提供了描述产品数据动态变化的数学模型。在此基础上,根据PDM系统的管理目标,可以建立相应的功能模块。在PDM系统中有两大功能模块。一类是基本功能模块,包括项目管理、机床管理、组管理、零件管理等;另一类是系统管理模块,包括用户权限管理等。
 
    第四层是用户层,包括用户工具层和界面层。不同的用户在不同的计算机上进行操作,PDM系统都要提供友好的人机交互界面。根据各自的经营目标,不同的企业对人机界面也会有不同的要求。因此,在PDM系统中,除了提供标准的、不同硬件平台上的人机界面外,还要提供开发用户人机界面的工具,以满足各类用户的专门的特殊的要求。
 
    企业信息的集成有利于数据在不同应用领域的重复使用,增进各个部门之间的交流和合作,消除冗余和易出错的手工作业,提高工程设计的效率。PDM作为一种系统集成框架环境。发挥PDM的作用,关键是要将PDM与各种计算机软件工具进行集成,利用PDM在管理、观念上的先进技术和管理模式,充分发挥各软件工具的作用,使信息的传递、转换更加流畅,使不同使用者之间的思想交流和信息传递更加方便。
 
    PDM系统的重要作用在于,它不仅是一个单一的数据管理系统,而且是企业信息集成的公共平台,PDM是企业信息集成的核心技术。
 
2.4 PDM的功能
    PDM的功能有两种划分方法:一种是按软件功能模块进行划分,可划分为电子仓库和文档管理、工作流与过程管理、产品结构与配置管理、零件分类管理、工程变更管理、项目管理、电子协作、集成工具、浏览等,前五项功能是PDM系统应具备的基本功能;另一种是按面向应用与系统支持的功能划分,将其划分为电子仓库、面向用户的使用功能(包括文档控制、变更控制、配置管理、设计检索与零件库和项目管理等)和实用化的支持功能(包括通知与通信、数据传输、数据转换、图像服务、系统管理等)
 
3 PDM的现状和发展前景
3.1  PDM在国外的应用发展
    产品数据管理系统技术出现在上世纪80年代初期,当时实施这项技术的企业大部分都在美国,但在近几年,在北美、环太平洋地区、欧洲(尤其是日本和韩国),这些地区不断加大对PDM的投资,进而显示出PDM的实施向国际化趋势发展的态势。
 
    一些先前从未开展实施这种技术的国家和地区,如巴西、印度等地区也开始PDM进行实施,目前对PDM的投资增长率属欧洲最高,投资额数量己经能与北美并驾齐驱的水平。随着PDM技术的不断地发展,己经逐渐形成了一个相关的新的产业,从而导致一系列的连锁反应,一大批软、硬件供应厂商应运而生了。现在对一个企业来说,实施PDM己经不再是要与不要的问题,而是在什么时候实施的问题。
 
    PDM技术能在90年代的发展的如此迅速,主要归因于国际上许多大型企业正逐步在对PDM软件比较认可的基础上,从而把它作为支持并行工程、经营过程重组、IS09000认证等技术。
 
    根据著名的咨询公司CIMdata公司调查,结果显示:全球的PDM软件的应用的年增长率能达到30。在被调查的众多企业中有98%都在实施PDM软件。国外的一组统计数据显示,企业在应用PDM软件后,产品设计周期将被缩短25%,工程设计修改将被减少4%,产品投放市场进度将被提升50%~80%,总成本至少被削减25%以上。而且随着对PDM应用的规模不断被扩大,目前PDM的应用己不仅仅局限于制造业,它处理大量异构数据的能力的独特特点使得其他企业受益匪浅。因此,PDM也己经被广泛应用于医疗保健、通信及软件行业。
 
    国外早在运用传统的CAD /CAPP /CAM技术的过程中就意识到了产品数据管理的重要性,有实力的软件公司如Sharp、Hewlett-Packard Metaphase、Ada、Autotrol、Formtek和Workgroup Technologies等己经开发了部分产品信息管理(PIM-Product Information Management)系统。Autodesk公司最近也开发了Workcente:工具来管理CAD图形文件和文本文件。目前国外己有许多著名的PDM软件,如:EDS公司的IMAN、SDRC公司Metaphase、IBM公司的Product Manager、PTC公司的Winchill、CV公司的Optegra等,它们几乎代表了PDM技术在现阶段应用的最高水平。
 
3.2 PDM在国内的应用发展
    正是PDM技术目前在国际上发展如火如茶的时刻,我国许多大中型企业也都己充分认识到:产品数据管理在实现企业的信息集成、提高企业的管理水平以及产品开发效率等方面的意义是十分巨大的,但由于目前我国对PDM技术的研究还很落后,虽然在过去对PDM技术有了很多研究基础,但都还比较薄弱,理论研究和实现的方法不足,另外,各软件开发商对于PDM的集成技术都意见不一,软件的标准接口还有待被研究、规范和推广,导致其在企业实施成功率不高。
 
    因此我国必须更深入的对PDM技术进行研究和开发,从而使企业在实施PDM过程中找到最成功合理的解决方案。但PDM的实施是将技术和管理结合的复杂系统,必须在技术上、管理上、实施范围上给予充分的研究和调查。
 
    总之,PDM在我国具有很广阔的发展空间,国内众多企业在改革过程中实际上面临着双重挑战;既要达到工业文明要求的基本特征,即实现对规模、质量与资本的积累。又要借助信息化的应用来提高企业的管理水平和综合实力,争取不被激励竞争的信息时代所淘汰。

    PDM作为连接企业技术职能与管理决策职能的桥梁,在这个特殊的时期具有特别重要的意义:PDM中的产品及相关数据的管理将提高产品质量、缩短开发周期、降低开发成本;PDM是企业进行产品创新的有效工具,通过实施PDM对企业的制度创新、技术创新、管理创新必将起到积极的推动作用。总之,PDM中先进的管理思想将提高企业的整体素质,使企业更具竞争力。
 
4现有PDM系统的不足及研究方向
4. 1现有PDM系统的不足
    随着产品信息管理技术研究与应用的不断发展,现有PDM系统越来越难以适应企业的应用需求,其缺点也越来越明显,主要表现在:
    (1)难以支持异地协同的设计和制造过程
    现有的PDM系统大多都是基于局域网的框架下得以应用的,对于一个规模较小、所有的应用系统都集中于本地的企业,局域网足以满足其应用需求。但随着市场竞争的愈演愈烈,企业纷纷在扩大自身的规模,从而形成许多跨地区,甚至是跨国企业,产品的开发过程也相应变化为一个专家在不同地点通过先进的通讯技术进行访问的过程,这就要求作为企业集成框架的PDM系统能够提供对于远程数据库及应用系统的访问能力。
 
    (2)系统升级、维护困难
    现有的PDM系统大多采用的是客户端/服务器的体系结构,在这种体系结构下,服务器的数据库往往直接针对客户端的应用需求进行设计,两者之间的结合过于紧密,这样,当客户端的应用发生变化时,往往会引起数据库的大幅度改变;另外,原有的PDM系统在分析和设计过程中大多采用了模块化的思想,虽然各模块之间相对独立,然而模块内部的各功能之间具有很大的依赖性,这样,一个局部功能更改往往会造成整个模块的重新设计。随着PDM应用的不断深入,PDM的内涵和外延不断扩展,它的功能也随之不断的扩充和变化,这就要求PDM系统具有很好的可扩充性和可维护性,现有的PDM系统难以适应这种需求。
 
    (3)项目管理的功能不强
    缺乏有效的项目管理工具,使企业不能很好的按分目标一步步地完成任务,造成项目的延期,所以有完善该项功能的必要。
    (4)应用集成系统效率不高
    几乎没有两个不同的应用软件能够直接分享或交换数据。而在较好的系统之间均应有良好的信息接口,从而满足信息共享的要求。
    (5)信息反馈速度慢
    企业进行信息传递的主要途径是通过书面文件、报告等形式,因此设计部门无法及时收集工艺和制造部门的反馈信息。
 
4.2 PDM的发展趋势
    PDM技术是一个不断发展的动态技术,它的内容随着管理对象的不同从而内涵不同。但它又不仅仅是一种专业技术,更重要的是一种管理思想,对于只谈技术的PDM是难以成功的,它的更深层次的内涵是与企业文化的紧密结合、与生产关系的适应及与企业目标的匹配,因此PDM的发展最终目的要满足社会、企业和用户的需求。
 
    随着技术的发展,企业希望达到的发展趋势是:PDM系统不仅要与ERP系统集成,还要与CAD、CAM专业系统软件进行集成,在当代的网络时代还要向Web技术进行发展,在跨国、跨地区的大型企业中,希望能实现企业级式的管理,强调单个特征和功能的“技术工具包”也要向“问题解决方案”的系统进行发展。根据企业的上述需求,PDM技术的发展出现了一些以下的新动向。
 
    (1)提供企业信息建模方法论。PDM不仅仅只是一门应用管理的技术,它的更深层次的内涵是与生产关系的适应、与企业文化的紧密结合以及与企业目标的匹配。所以实施PDM系统必须站在企业的高度,并给企业提供相应的方法论,建立一个正确的信息模型,为PDM系统的实施打下坚实的基础。
 
    (2)面向对象技术的应用与实现。面向对象的方法根据其抽象性和封装性的特点,可以使其能更好地确定系统的目标和范围,并能更好地适应未来的发展。因此,未来的PDM系统将广泛应用面向对象技术的方法进行开发。
 
    (3)从传统的客户机/服务器结构向三层结构进行转变。传统C/S体系结构(如图)中,大部分客户端软件中包含处理数据的逻辑和结果的显示的功能与能力,数据的处理和结果的显示将紧密结合在一块。而这种密切的联系将导致用户需求的变化,都会导致整个程序的重新编译、从而重新安装,从而使得C/S机构数据库应用系统可维护性较差。

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    三层体系结构(图)将系统从逻辑上分为三层:用户服务层(完成逻辑的描述)、应用处理层(完成业务逻辑的处理)、数据存储层(完成数据逻辑的存取)。系统的应用都集中在应用处理层,客户端只负责输出结果的显示,系统的改动只需在应用处理层进行修改即可,所以,三层体系结构能较好地解决二层结构所存在的固有的问题,这就导致PDM系统的开发从传统的客户端/服务器结构向三层结构进行转变。

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    (4)标准化的PDM系统。PDM系统的标准化包含管理过程的标准化和管理对象的标准化。
    (5)支持并行工程的PDM系统框架。
    (6)分布式的技术。
 
5论文研究内容
    对大连豪森设计部产品开发过程进行了需求分析,完成系统的总体方案设计。
    (1)规范企业的现有业务流程,对技术部门所产生的三表进行信息化的管理。
    (2)根据大连豪森按项目、机床、组、零件划分为树状结构的产品特点,进而对产品数据进行数据库的总体设计。
    (3)运用ASP技术及SQL SERVER技术进行基于Web的大连豪森PDM系统的产品数据库程序的开发。通过设置相应的权限,在程序中实现对项目、机床、分组、零件的增加、修改、删除和查询的功能。
    (4) PDM系统的实施。
图1-4是车间管理系统的开发流程。

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