PDM快速实施辅助系统

发布时间:18-10-11


       摘要:结合PDM技术在我国实施应用的现状,划分了实施的层次水平;深入分析了企业实施PDM的共性与特性;提出了用户相关度的概念,并基于模块化设计原则与用户相关度概念,对PDM开发与实施进行了模块划分与不同相关度分类。
 
 
       在此基础上,提出了PDM快速实施辅助系统的体系结构,阐述了实现该体系结构的关键技术,包括PDM-CAX信息集成的通用模型与通用接口开发技术、PDM与企业全局数据库信息集成的通用接口的实现技术、PDM与企业全局数据库数据模型映射定义工具的实现技术与PDM用户定制系统的开发技术,并给出了各部分的功能结构。
 
 


       产品数据管理(PDM)是全面管理与产品相关的所有数据及相应过程的一门技术,它在企业中的应用已从最初的文档管理逐渐扩展到产品开发过程管理,直至产品全生命周期的管理。其作用已突破了普通单元技术的限制,成为了事实上的企业信息管理框架与集成平台,是现代企业信息化进程中不可缺少的支撑框架软件,是企业实施并行工程、CIMS与敏捷制造的关键使能技术。
 
 
       PDM在企业中的应用深刻地改变了企业的业务流程与管理模式,为企业带来了明显的经济效益,并为企业持续、快速、健康地发展创造了条件。但在我国企业的实施与应用中,也暴露了一些问题与矛盾,如PDM开发实施的周期与企业当前生产之间的矛盾与冲突、PDM管理模式与企业文化的冲突、PDM实施的短期目标与企业最终整体集成目标的协调性问题等。
 
 
       对此,本文提出了一种可适用于不同企业的PDM快速实施的解决方案,并分析了企业实施PDM的共性与特性,提出了PDM快速实施辅助系统(PDM-FastImpIementation Assistance System,PDMFIAS)的体系结构,阐述了PDM-FIAS实现的关键技术,构造并实现了一个PDM快速实施辅助系统。
 
 
1PDM实施应用现状与层次分析

       结合笔者对PDM的实施经验与体会,以及在我国实施状况的了解,可将PDM的应用水平分为三个层次。
 
 
       (1)文档管理层次PDM的初级应用层次。它主要解决企业纸质文件的电子化管理问题。所管理的内容是以二维图纸为主的图形文件及其他性质的文书档案。在此基础上,有时也配合产品结构进行文件管理,或进行一些简单的文件审签流程管理。
 
 
       (2)产品开发管理层次PDM的中级应用层次。它主要围绕产品开发过程,将所有相关的人员及其组织方式、CAX/DFX工具、设备与资源、企业业务规程与约束等,以电子化数据、过程与规则的形式映射到PDM实施环境中,实现在PDM环境控制下的产品开发过程的数字化管理。
 
 
       保证了正确的数据在正确的时间以正确的方式传递给正确的人,使开发工作有序化、数字化、准确化、资源使用最优化,实现了产品开发的集成化、并行化管理。PDM软件的各主要功能都能得到深入的应用。一些先进的哲理、先进的思想,如CIM、并行工程等被广泛采用。
 
 
       (3)产品全生命周期管理层次PDM的高级应用层次。它不仅包括产品开发阶段,而且涵盖了产品需求获取、产品供应、售后服务和回收等供应链的所有相关环节。其应用范围是全球企业形成的动态联盟,产品的生产形式为全球范围的敏捷制造。
 
 
       PDM面向产品联盟的所有开发者、合作商、供应商、客户提供全面服务。该层次在PDM全功能应用的基础上,更注重面向沟通与协作的电子协作,以及产品三维可视化模型的应用,广泛采用了Internet技术,实现全球广义企业范围内信息与过程的快速访问。
 
 
       目前,我国企业的PDM实施层次参差不齐,处于前两个层次的居多,高级应用较少。在实施中,普遍面临实施周期长、开发工作繁杂等问题,特别是结合企业CIMS工程、并行工程等大型系统工程的实施,对PDM的实施周期要求更高,因此寻找一条快速实施PDM之路,就成为解决这一难题的关键。
 
 
2企业实施PDM的共性与特性分析

       PDM在企业的实施主要涉及信息建模、用户化开发与实施运行等几个阶段:

       ①信息建模阶段主要根据企业对PDM实施的具体要求,通过对企业数据的收集、分析与提炼,根据选定的PDM系统,形成待扩展的信息模型,并建立该新模型与PDM系统原模型间的关联;

       ②用户化开发阶段主要利用PDM系统提供的用户化定制与开发工具,实现扩展信息模型、相应的用户操作接口在PDM系统中的定义与操作,其中包括应用软件,如CAX系统与PDM的集成开发等;

       ③实施运行阶段则将待实施的信息模型实例化、具体化,并结合企业的生产进行测试、试运行和推广运行。在这几个阶段中,信息建模与用户化开发既是基础与前提,也是保证实施成功的关键。
 
 
       对于制造企业来说,如果从设计、生产、管理的整体集成性考虑,那么,PDM系统不仅需要管理来自CAX应用工具的设计信息,而且还要对它们进行提炼、管理并重新组织,继而实现在特定的时间向车间生产控制系统、管理系统(ERP或MRPⅡ系统)提供它们所需要的信息。
 
 
       这些模型信息包括主物料信息、产品BOM表、工艺信息、NC代码信息等,是PDM实施中信息建模与用户化开发首先要解决的问题。制造企业的信息模型既有共性,又有不同,由此导致不同企业实施PDM的工作存在着一定的共性与特性。其共性在于:
 
 
       (1)实施方法与步骤是一致的。都要经过需求分析、模型建立、PDM用户化开发、实施环境建立、测试修改、运行和推广等阶段。
 
 
       (2)信息结构具有共性。由于制造企业信息的组织方式具有类似性,都是围绕BOM进行信息组织的,一般都包含主物料、工艺、NC代码信息等,因此,其信息结构具有共性。如果采用面向对象的语言描述,其对象模型具有类似性。
 
 
       (3)当采用相同PDM软件与相同CAX(CAD、CAPP、CAM、CAE统称为CAX)应用工具时,其CAX软件与PDM集成的信息模型是相同的,而且其集成接口程序代码可以在相当大的范围内得到重用。如某PDM软件与一种CAD工具Pro/E2000集成,其扩展信息模型都仅与Pro/E2000产生的数据文件类型相关,而与企业A或企业B无关。
 
 
       (4)采用相同PDM软件时,其产品模型一般需要在原系统基础上进行扩展。虽然产品模型中类属性的数量与内容是不相同的,但其类及其结构可以是相同的。因此,产品模型的建模方法可以借鉴。
 
 
       (5)当采用不同PDM软件时,如果不同企业的产品信息模型具有较大类似性,那么,它们在不同PDM系统中类的名称可能不同,但类的属性具有类似性。
 
 
       企业实施PDM的差异性取决于企业个体文化特性差异和PDM软件的不同。在企业特性方面,企业所属的行业特性、企业的文化(遗产)、企业的信息组织(信息模型)与运作方式、相关的其他软件应用情况等,对PDM的实施都有影响。其中企业的信息组织与运作方式影响较大。理由如下:
 
 
       (1)由于每个企业所处的行业、层次、发展目标等存在差异,所以不同企业PDM实施的目标、集成信息的需求不一样,因此,建立的信息模型也不一致,有时差别较大。这种差别主要体现在两方面:一是类的数量与类间的关系可能不一样;二是即使相同的类,其属性的数量与内容也存在差别。
 
 
       (2)不同软件商提供的PDM软件,在底层系统模型、应用开发接口、开发工具与方法等方面也具有较大差异,使得面向一个企业开发的成果往往不能直接为另一企业所用,由此,导致PDM实施工作的多样性与复杂性。
 
 
3PDM实施用户相关性分析

       从以上分析可以看出,即使采用的PDM软件是相同的,企业的个性差异仍然是影响PDM实施工作量大小与难易的主要因素。为了构造一个PDMFIAS,以使PDM软件开发程序得到重用,从而提高PDM的实施效率。这种为PDM开发实施工作的用户相关性制定一个定性、定量的衡量尺度,称为用户相关度。
 
 
       所谓用户相关度就是PDM开发实施与用户(企业)的相关性程度。将用户相关度的取值范围定义在01之间。当用户相关度的取值为1时,称为用户强相关性;取值为0时,称为用户独立性;取值在(0,1)之间时,称为用户弱相关性。

 
       ①用户强相关性。是指PDM开发专门针对某用户量身定做,具有不被其他用户直接利用的性质;

       ②用户独立性。是指开发与企业个性无关,能为不同企业重用的性质;

       ③用户强相关性。是指开发与用户没有直接相关性,但受不同的PDM软件和外部应用软件限制,例如,可以根据在不同PDM中,开发类似功能(如扩展某菜单、对话框等)的工作量大小,由开发者确定其具体取值,这一指标可以用来衡量与评价针对不同应用软件所进行的用户接口开发工作的多少与难易。
 

       因此,通过对企业将要实施PDM所应做的开发工作与分类,进行用户相关度的定性分析,可以明确开发工作的难易与关键所在,有助于制定合理的实施计划。
 
 
       通过进行用户相关度的定量计算与分析,不仅有助于企业进行PDM软件的选型分析,而且还能对不同企业实施PDM的工作量进行类比评价。
 
 
       采用模块化的设计方法建立PDM-FIAS,可将PDM开发实施中的工作按照用户相关度进行模块划分,对应于上述三种用户相关度的取值,分别为用户强相关性模块、用户独立性模块、用户弱相关性模块,然后按照模块进行系统组织与开发。
 
 
       用户强相关性模块是指需要在PDM中扩展相同功能时,那些与企业个体文化密切相关的应用程序与接口。用户强相关性模块具有的特点是为一个企业量身定做的程序,不能被另一个有文化差异的企业直接借用。
 
 
       用户独立性模块是指那些能独立于不同应用软件的、并且与企业个性文化无关的应用程序与接口,它不用改变程序编码,就能为每个企业使用。
 
 
       用户弱相关性模块是指受某个PDM软件和外部应用软件限制、与用户没有直接相关性的应用程序与接口。例如,当不同用户采用同一PDM软件做同样的扩展功能时,用户弱相关性模块基本可以无条件得到重用,如菜单项“输出BOM”的模块。而一旦两个用户采用的PDM软件不同,则不具有这一性质。
 
 
4PDM-FIAS的体系结构
 
       在面向制造企业,满足不同企业实现企业内设计、生产、管理整体信息集成时,以快速进行PDM的开发实施为目标,建立了PDM快速实施辅助系统的体系结构,如图1所示。
PDM 
图1PDM-FIAS的体系结构
 
 
       PDM-FIAS系统共分五部分,从下至上依次为:企业全局数据库、PDM与EGDB信息集成的通用接口、商用PDM用户定制系统、PDM与外部CAX应用系统信息集成的通用模型与通用接口、PDM模型映射定义工具。
 
 
       (1)企业全局数据库它定义了企业全局一致的全部共享数据模型,该模型由设计、管理、生产等共享数据模型组成。由于选用的是微机平台与SOL-Server商用关系型数据库,因此,EGDB中存放的企业的数据模型包括以下实体:产品单项信息表及其更改表、设计BOM表及其更改表、工艺路线表、工序表及工步表、制造BOM表、车间制造报表、车间短期作业计划和设备信息表等。
 
 
       通过PDM与CAX系统集成所获取的设计信息,可以存放到该EGDB数据库中,由ERP系统与车间生产控制系统分别获取,从而实现设计系统与管理、生产系统间的数据交换与共享;而ERP系统与车间生产控制系统所产生的共享信息也将存放到EGDB数据库中,供PDM系统获取。
 
 
       (2)PDM与EGDB信息集成的通用接口基于开放数据库互连(Open Database Connectivity,ODBC)技术开发的独立于应用的通用集成接口,提供对共享信息的增、删、改、更新与有效信息检查功能。其通用性主要体现在不同的商用PDM软件与EGDB信息集成时,程序代码完全相同无需修改,真正实现了代码重用。该模块属于用户独立性模块。
 
 
       (3)商用PDM用户定制系统它是在商用PDM软件基础上,针对企业的应用需求进行二次开发与扩展的增值系统。其中,支持PDM快速实施的用户弱相关模块有界面扩展模块与工具集成等主要与应用工具相关的模块;用户强相关模块有模型扩展、信息提取与信息输出等与企业具体模型密切相关的模块等。
 
 
       (4)PDM与CAX信息集成的通用模型与通用接口相同的CAX系统与PDM系统集成时,该层提供了PDM系统中需扩展的与工具相关的模型与接口的定义,如由工具产生的需要在PDM中加以管理的各类文件及其接口。
 
 
       (5)PDM模型映射定义工具该层是PDMFIAS系统具有支持不同企业的不同PDM快速实施的核心层,它与上述四层都有直接关系。为了实现PDM与EGDB、CAX间的信息集成,它能捕捉可变的企业数据模型,并提供了定义各种模型文件的约定、描述规范的功能,同时还能建立PDM、CAX、EGDB间数据模型的映射机制,为实现PDM开发实施的自动化、智能化创造了条件。
 
 
5PDM-FIAS实现的关键技术

       PDM-FIAS系统实现的关键技术包括PDM数据模型映射定义工具的实现技术、PDM用户定制系统的开发技术、PDM-EGDB信息集成的通用接口的实现技术、PDM-CAX信息集成的通用模型与通用接口开发。
 
 
       (1)PDM模型映射定义工具开发PDM-MMDT是面向不同企业实现PDM实施智能化、自动化的有效工具。PDM模型映射定义工具的功能结构如图2所示。该工具的主要功能是追踪企业可变的EGDB数据模型,获取该模型的详细信息,包括表名、属性名、属性类型等信息;形成PDM模型扩展的数据字典,包括工具信息、产品结构与工艺方面的集成信息等;定义PDM集成信息数据文件格式及PDM信息模型与EGDB信息模型的映射关系;实现不同操作系统、不同计算机间的文件传输与文件上、下载功能。
 
图2PDM-MMDT的功能结构
 
 
       (2)PDM用户定制系统的开发针对特定的PDM系统,需要深入研究其底层数据模型的构成、系统用户界面的特点、开发方法、系统提供的接口开发工具等,在此基础上,基于PDM-MMD产生的PDM扩展数据字典、PDM与EGDB模型的映射关系,研究PDM数据模型的自动扩展、菜单界面的自动生成与集成信息的自动提取技术。PDM用户定制系统的主要功能结构见图1,包括模型扩展模块、界面扩展模块、工具集成模块、信息提取模块和信息输出模块。
 
 
       (3)PDM-EGDB信息集成的通用接口开发技术该接口的开发应考虑企业选择不同PDM系统的需求,使其具有一定的通用性,减少将来重复开发的工作量,同时应用程序应具有较好的可移植性及重用性,因此,选用了中性文件接口。
 
 
       其功能结构如图3所示。其中,信息有效性检查模块主要完成对数据字典、数据信息、数据模型进行实体完整性、参照完整性、模型匹配性、数据匹配性检查的功能。例如,产品单项信息表记录了组成产品零部件的情况,该表的主键(码)定义为零部件代码(号),从维护实体完整性出发,主键不能为空,因此,当需要向表中插入一条零件信息时,必须对该零件的代号进行检查,无零件号的零件不能插入数据库中。
 
图3PDM-ECDB信息集成通用接口的功能结构
 
 
       所谓参照完整性是指当一个表有外码时,一般其外码应等于它所参照表的主码的某一个值。以信息的插入为例,工艺表的主码为工艺路线号,其外码是对应的零件号。当要向工艺表中插入一条工艺记录时,从参照完整性出发,检查该记录对应的零件号是否已存在产品单项信息表中,如果后者中无对应的记录,则不能完成该条工艺信息的插入。
 
 
       模型匹配性主要是对EGDB数据库的表中的各属性与PDM底层数据库中对应的表的属性类型进行匹配性检查,当后者的类型与前者不能匹配时,则在PDM数据库的相应表中生成一个新的属性与之匹配。而数据匹配性则是检查记录的每一属性的数据类型(整数、实数、字符串)是否与数据库中定义的一致。当不一致时,程序自动返回提示信息,而不执行插入操作。
 
 
       (4)PDM与CAX信息集成的通用模型与通用接口开发技术该部分的通用性表现在两方面:

       ①同一个应用工具与不同的PDM集成的信息模型具有通用性,其工具及其产生文件的类名与属性都相同;

       ②不同的工具与同一个PDM集成时,其模型扩展的方法、工具调用、文件管理的方法基本是一致的。
 
 
       因此,针对这些通用性,可以设计并开发出CAX应用集成的通用模型与接口。其功能结构由工具类定义模块、工具文件类模型定义模块、工具调用模块、工具文件管理模块、工具及文件类输入接口模块等组成。
 
 
6结束语
 
       本文以研究PDM实施方法学的普遍规律为背景,提出了加快PDM实施的系统解决方案。在进行理论与关键技术探索的基础上,开发了PDM快速实施辅助系统软件。
 
 
       开发出的系统软件以某纺织机械厂的产品为应用对象进行了CIMS初步应用,基于EDS公司的PDM软件IMAN,采用映射字典法,通过PDM快速实施辅助系统,实现了IMAN中新表格、新属性的自动扩展与产品结构集成信息到企业全局数据库的自动插入,提高了企业实施PDM的速度,满足了信息集成的需要。本文提出的PDM快速实施的技术与思想,对PDM技术在敏捷制造中的实施具有参考价值。