PDM产品数据的集成技术与实施方法

发布时间:18-10-12


       企业在产品开发中应用的CAD/CAM工具主要有CAD、CAE、CAPP、CAM、CAFD等,他们分别实现对产品的几何、功能/工程特性,制造过程和加工程序等的设计和定义。无论采用何种工具,产品开发都是围绕产品模型的定义过程进行的,利用系统产生的数据最终完成对产品数字化模型的完整定义。
 
 
       采用PDM作为产品开发过程中CAD/CAM系统的集成平台可以实现产品的统一定义与信息共享,有利于数据在不同应用领域的重复使用,增进企业各部门之间的交流与合作,保证应用系统与PDM系统数据一致性,消除数据冗余,提高设计效率。
 
 
1 PDM产品数据的集成技术与方法

       PDM系统的运行环境包括运行于Web应用服务器的PDM Web应用程序,以及运行与组建环境中由PDM组件和其它第三方组件提供的应用服务。PDM系统建立运行队后,根据系统功能的不同PDM服务一般包括文档管理产品结构与配置管理项目管理工作流过程管理、系统管理、安全与权限管理等。
 
 
       PDM采用专用集成接口集成CAD/CAM系统,产品信息存储于PDM数据库及企业其它应用系统数据库中。集成系统的用户分为两类:普通用户通过标准的Web浏览器及PDM客户端应用程序访问PDM系统;CAD/CAM用户通过直接访问CAD/CAM系统,由嵌入在CAD/CAM系统中的PDM接口程序访问PDM集成接口,完成CAD/CAM系统与PDM的信息交换。
 
图1为基于PDM的CAD/CAM系统集成框架简图。
 
 
1.1基于PDM实现产品数据集成的技术
 
       实现产品数据的有效集成,需要从企业产品管理的需求出发,考虑现有CAD/CAM系统的种类和功能、产生数据的类型、信息的操作与存储方法,结合企业现实的管理流程和产品设计开发流程,进行详细的分析,建立统一的产品模型,区分应用系统数据与PDM模型数据。同时,还需要从企业进行产品开发项目管理的层次,结合PDM中过程管理、工作流管理等要求,针对不同的CAD/CAM系统进行应用系统的开发、封装集成。
 
 
       主要包括:①统一的产品、过程、资源模型;②项目/工作流管理模型;③应用系统开发封装。基于PDM实现CAD/CAM系统的信息数据集成,关键是面向特定的CAD/CAM系统开发集成接口,采用应用封装、接口交换或紧密集成的方式,实现各种文档的自动管理,实现产品数据的自动提取和更新。
 
 
       (1)应用封装。
 
       在PDM系统中将CAD/CAM系统与其产生的文件信息相关联,把CAD/CAM系统产生的文件作为整体来管理,实现CAD/CAM文件的自动识别和存储,并能自动启动CAD/CAM工具。
 
 
       在这种集成模式下,PDM不能管理和识别CAD/CAM产生的内部数据,也不能对其内部数据进行修改,仅能实现CAD/CAM文档的管理。应用封装不能实现应用系统间内部数据的交换,也无法从CAD/CAM系统中提取必要的产品信息,在PDM中建立统一的产品模型。
 
 
       (2)接口交换。
 
       针对不同的CAD/CAM系统开发专用接口,或建立基于某种标准接口规范和访问协议的标准接口。系统间共享的数据通过接口传递给PDM统一管理,并有PDM从中提取必要的数据,建立不依赖于具体软件平台的共享产品数据。而属于CAD/CAM系统特有的、不需要其它系统共享的信息,则仍然通过CAD/CAM产生的文件进行保存。
 
 
       采用接口交换的方式,需要对CAD/CAM系统进行二次开发,建立PDM访问接口,同时在PDM系统中建立针对各个CAD/CAM系统的集成接口。通过集成接口实现数据从CAD/CAM系统的自动提取,以及从PDM系统向CAD/CAM系统的数据更新,以保证两者数据的一致性。
 
 
       (3)紧密集成。
 
       在接口交换方式中,CAD/CAM系统与PDM系统存在数据的冗余,容易造成产品信息的不一致,例如,在CAD/CAM系统中修改产品结构树后,没有及时更新到PDM中,使得CAPP等其它系统无法使用最新数据。
 
 
       在紧密集成方式中,PDM除了提取并保存CAD/CAM产生的数据外,还实现了不同CAD/CAM系统间、CAD/CAM系统与PDM间的相互访问,当在CAD/CAM系统或PDM中修改数据时,其它相关联的数据可以自动更新,从而保证了信息的一致性和正确。
 
 
1.2基于PDM的产品数据集成的实现
 
       通过PDM有机的集成CAD/CAE/CAFD/CAPP/CAM系统,为企业用户提供统一产品数据源,监控产品开发过程,协调系统间数据的一致性,构建企业合理、有序的信息系统。图2为基于PDM的CAD/CAE/CAFD/CAPP/CAM集成的信息流模型。
 
图2基于PDM的CAD/CAE/CAFD/CAPP/CAM集成信息流
 
 
       (1)CAD/CAM与PDM集成。
 
       CAD/CAM系统是整个产品工程设计的源头。设计人员依据产品开发的流程,从PDM系统中获取产品设计任务书及相关设计要求,完成产品的三维模型设计和二维工程图绘制,设计结果以三维模型、二维工程图的形式提交到系统中。
 
 
       产品的属性信息和装配关系,可以通过程序接口提取到PDM中,生成产品结构树。在CAD/CAM与PDM紧密集成的系统中,PDM对产品的属性信息、装配管理等的修改,通过集成接口自动更新到CAD/CAM模型中,使两者保持一致。
 
 
       在PDM系统中还可以集成异构CAD/CAM系统的浏览器,企业相关部门人员不需要安装和运行CAD/CAM软件,就可以在系统中直接浏览产品的三维或二维模型。
 
 
       (2)CAE与PDM集成。
 
       CAE系统根据从PDM中获取的产品模型文件,进行产品的运动学、动力学、有限元等分析计算,计算的结果已分析计算文件的形式保存到PDM的文档电子仓库中。
 
 
       由于CAE系统涉及的领域十分广阔,分析计算的结果数据量巨大,难以采用通用的可视化技术进行浏览,因此,通常只采用应用封装的方法实现CAE软件的集成。
 
 
       (3)CAPP与PDM集成。
 
       产品工艺路线是实现设让制造集成的关键信息。工艺设计是在产品几何模型与装配模型的基础上,根据企业的制造环境、设备情况、原材料信息进行的。CAPP系统所生成的工序、工位信息与产品的结构配置有着密切的关联。设计过程涉及企业的多个部门、人员,具有权限控制、任务管理、流程控制的要求。因此,CAPP系统应当采用紧密集成的方式实现与PDM的集成。
 
 
       CAPP系统从PDM中提取产品属性信息、产品装配结构,从PDM数据库、ERP数据库或企业全局数据库中获取加工设备、工艺装备、原材料等制造资源信息。在PDM系统中建立工艺管理器,CAPP生成的产品工艺路线被分解为基本的工序、工位单元,保存在PDM的工艺信息库中进行统一管理。同时管理各个工序、工位中相关的夹具、刀具、NC代码等。
 
 
       产品的工艺信息参与产品的配置,随着产品结构的变化,对工艺过程进行配置。工艺设计的结果通过工艺BOM传递到ERP、MES系统中,实现设计与制造过程的集成。工艺设计中的各种工艺任务、设计流程和设计权限则可采用PDM中的项目管理、工作流过程管理和权限管理功能进行控制。
 
 
       (4)CAFD与PDM集成。
 
       工装设计系统需要从PDM的文档电子仓库中获取产品的三维或二维模型文件,从产品对象库中获取产品的基本属性信息,从工艺信息库中获取工艺信息,进行工位器具、夹具等的设计。
 
 
       设计结果以工装模型文件的形式保存在PDM的文档电子仓库中,同时从工装模型文件中提取工装的属性信息,保存在产品对象库中,并与产品结构、工艺过程模型等进行关联,形成产品设计模型、制造工艺模型、工艺装备模型间的全面关联,以保持产品结构配置以及工程更改时相关模型的一致。
 
 
       (5)CAM与PDM集成。
 
       CAM系统从PDM中获取产品的模型文件和工艺、工装信息,完成加工刀具轨迹文件的计算和NC程序的生成,并进行加工过程的仿真。NC程序采用文档的方式保存在PDM系统中,同时与产品结构和工艺信息模型相关联。
 
 
2 PDM系统的实施方法与步骤
 
       PDM不同于一般的CAD/CAM系统,它涉及的范围较广,包括企业管理层、技术层、基础环境层的各个方面。由于各企业在文化、管理模式、组织结构、产品类型、设计流程等方面的差异,PDM的应用需要进行大量的实施工作,以适应特定企业的需求。
 
 
2.1 PDM系统实施的下几个阶段
 
       (1)需求分析。

       确定PDM的应用范围和目标,分析整理管理的产品信息的种类和规范,明确系统实施的周期。

       (2)项目计划。

       成立PDM实施项目组,一制定具体的实施计划。

       (3)系统设计。

       收集整理企业现有的组织机构,产品信息、管理规定、设计流程等信息,建立PDM系统人员、产品、工作流程的基本模型,制定PDM集成方案,设计PDM系统运行的软硬件环境。

       (4)系统定制与集成开发。

       在PDM厂商或集成服务厂商的支持下,根据系统设计中指定的信息模型和集成方案,对PDM系统进行定制与集成开发。

       (5)系统安装与配置。

       安装PDM系统,根据企业情况、要求和实际的运行环境进行系统配置。

       (6)人员培训。

       对PDM的使用者、管理人员、企业行政管理人员等进行系统的培训。

       (7)系统集成与测试。

       在PDM投入正式使用前,应当采用企业实际的运行数据进行严格的测试,测试运行与手工管理体系平行工作,对存在的问题进行修改和完善。

       (8)系统上线,正式运行。

       经过系统的运行测试,可以正式切换到PDM的管理,PDM系统只是上线投入使用。
 
 
       对企业来讲,PDM技术的应用不仅是一种技术变革,同时也是对企业组织结构、经营管理模式、产品开发过程的变革。PDM的实施是一项系统工程,它不仅涉及到技术因素,而且设计到企业的组织管理等众多因素,并非简单地将原有手工操作和管理模式计算机化。
 
 
       因此,需要结合企业的长期经营管理目标队及企业信息化建设的总体规划,通过对核心业务过程和产品信息的详细分析,从战略的高度,投入相当的人力、物力来进行实施。
 
 
2.2PDM实施的主要内容
 
       (1)PDM选型与工作环境配置。

       根据企业的规模和实施目标,选择适应的PDM产品,并配置相应的服务器系统、计算机网络、数据库等软硬件环境。
 
       (2)电子仓库规划与配置。

       分析整理PDM管理的各类产品数据的类型,根据企业的管理模式,进行电子仓库规划与配置,建立集中或分布式的文件服务器和数据库服务器系统。
 
       (3)组织机构规划与权限管理。

       建立企业的人员信息模型,组织结构模型、职责与角色模型、权限管理模型等。
 
       (4)项目管理。

       建立各类项目的管理规定,包括项目管理模式、项目阶段划分、项目计划与调整、项目任务分配和项目监控,根据项目动态管理的要求,制定项目组织管理和动态权限管理规定。
 
       (5)文档的分类与管理。

       分类整理与产品开发有关的各类文档,定义每类文档属性、文档间的关联、文档的存取控制模式,文档的版本控制策略等。
 
       (6)产品结构管理。

       确定产品配置方案以及采用版本配置、有效性配置、视图配置、结构选项配置等的基本规则和管理制度,制定不同产品配置下的BOM表结构,形成配置模型。根据企业实际需求定制设计产品配置管理,建立产品的系列化产品族模型和面向客户定制的变形设计配置模型。
 
       (7)设计、审批、工程更改流程定义。

       分析企业各种设计、管理、业务外包、工程更改等流程,进行重组和优化,建立各种工作流程和更改流程模型。
 
 
       (8)应用系统集成。

       整理产品开发所需的各种应用程序,分析各应用程序的运行环境、输入、输出数据,制定基于PDM的应用系统集成方案,进行PDM的集成开发,实现集成。
 
 
3实现产品数据集成管理的意义
 
       采用PDM技术,可以消除企业中不同部门对产品信息理解的差异,消除地理位置的影响,提高信息查询的速度,保证产品信息的安全,将信息的产生、审批、更改过程纳入统一的管理中。
 
 
       (1)实现产品信息的标准化、系统化。
 
       产品数据的标准化分类和定义是实施PDM、实现企业规范管理的基础工作。PDM所建立的同一产品模型,将企业中原本分散在各个部门、彼此缺乏内在关联的各种数据转变为系统化、可重复利用的宝贵的知识财富。
 
 
       (2)实现企业管理制度的规范化。
 
       实施PDM后,所有产品设计管理均需要通过PDM系统来完成。企业员工只有按照系统的各项规定,通过系统中规范化的步骤、方法进行产品信息的存取、修改和查询,完成任务的分发、执行,进行设计数据的审批、签署等工作,从而消除手工管理过程中操作的随意性,提高了各项管理制度的规范化。
 
 
       (3)实现企业管理流程的合理化。
 
       通过PDM提供的相关管理功能,将企业中的产品研发流程、工艺设计流程、工程更改流程、审批/签署流程等进行统一建模和管理,将企业员工的日常工作纳入PDM的统一管理,保证企业按照规定的、合理的流程开展各项工作。
 
 
4结束语
 
       通过实施PDM系统,对企业信息化系统间的数据进行集成管理是解决企业信息孤岛最有效的方法,通过数据的集成管理可以实现系统间的信息传递,保证企业信息的统一和共享。但集成不是一件容易的事情,特别是实现异构系统间的集成,难度会更大。
 
 
       同样PDM系统的实施也是一个不断深入、不断完善的过程,利用系统的各项管理功能对企业原有的工作模式和工作流程进行持续的优化改进,才能使企业越来越来适应现代信息化环境下的流程管理模式,从而提升企业的管理能力,提高工作效率。