产品数据管理及应用论文

题目：P D M系统结构详解

PDM系统结构详解

摘要

产品数据管理( Product Data Management) 是在一项新的信息管理思想和技术。PDM可定义为: 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技术。PDM明确定位为面向制造企业, 以产品为管理的核心, 以数据、过程和资源为管理信息的三大要素。PDM进行信息管理的两条主线是静态的产品结构和动态的产品设计流程, 所有的信息组织和资源管理都是围绕产品设计展开的。PDM继承并发展了CIM等技术的核心思想 , 在系统工程思想的指导下 , 用整体优化的观念对产品设计数据和设计过程进行描述, 规范产品生命周期管理 , 保持产品数据的一致性和可跟踪性。PDM的核心思想是设计数据的有序、设计过程的优化和资源的共享。经过近些年的发展, PDM技术已经取得了长足进步, 在机械、电子、航空、航天等领域获得了广泛的应用。

关键字：PDM，产品结构与配置管理，面向需求，变量配置，工程变更，工程

变更管理，产品数据管理，工作流

概述

产品数据管理( Product Data Management) 是在一项新的信息管理思想和技术。PDM可定义为: 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技术。PDM明确定位为面向制造企业, 以产品为管理的核心, 以数据、过程和资源为管理信息的三大要素。产品数据管理(Product Data Management)技术也是近几年才提出的一种制造模式新概念 , 它与其它先进制造技术相比 ,无论在考察问题的角度和范围、解决问题的手段和方法以及工程目的 , 都有其特点。它继承并发展了工程数据库、产品数据交换、企业业务重组等核心思想,强调产品数据与工作流程的集成 ,以产品数据和过程为中心, 科学合理地对企业业务过程、产品数据和过程进行描述和重组 ,把产品数据及有关的过程集成在一起进行统一管理 ,为工程技术人员提供一个协同的工作环境,保证产品数据在其生命周期内保持一致、最新和安全。自从 PDM 概念被提出以来 ,便受到国内外学者的高度关注, 成为CIMS的研究热点,目前 , PDM 技术发展迅速,许多大公司如Sherpa 、HP 、IBM 、DOCUMENTUM、PTC 等结合 PDM 技术 ,成功地推出了商业 PDM 软件, 国际上许多大型企业逐渐接受了 PDM ,并把 PDM 技术的应用作为一种企业竞争策略。

一．PDM产生的背景及发展历程

PDM的发展主要经历了以下三个过程

1.1 配合CAD工具的PDM系统

早期的PDM产品始于20世纪的80年代。当时, CAD已在企业中得到广泛应用, 工程师们在享受CAD带来好处的同时, 将大量的时间浪费在查找设计所需信息上 , 对于电子数据的存储和获取的新需求变得越迫切。针对此情, 各个CAD厂家配合自己的CAD软件推出了第一代PDM产品, 主要解决大量电子数据的存储和管理问题, 提供了维护“电子绘图仓库”的功能。它仅在一定程度上缓解了“信息孤岛”问题, 仍然普遍存在系统功能较弱、集成能力和开放程度较低等问题。

1.2 专业PDM产品

通过对早期PDM产品功能的不断扩展, 最终出现了专业化的PDM产品, 如SDRC的 Metaphase和EDS的IMAN等就是第二代PDM产品的代表; 出现了许多新功能, 如对产品生命周期内各种形式的产品数据的管理能力、对产品结构的配置和管理、对电子数据发布和更改的控制以及基于成组技术的零件管理与查询等; 同时提高了软件的集成能力和开放程度, 少数优秀产品可以真正实现企业级信息集成和过程集成。PDM走向商业化开始成为一个产业, 出现了许多专业性开发、销售和实施PDM的公司。

1.3 PDM的标准化阶段

1997年, OMG组织公布了其PDM Enabler标准草案( 第一个国际标准) , 本草案由许多PDM领域的主导厂商制订( 如IBM、SDRC、PTC等) 。PDM Enabler的公布标志着PDM技术向标准化方面迈出了新的一步。PDM Enabler基于CORBA技术, 就PDM的系统功能、逻辑模型和多个PDM系统间的互操作提出了一个标准, 为新一代标准化产品奠定了基础。PDM技术作为一门管理技术, 管理着企业的全部知识资产。随着PDM技术的不断更新, 为用户提供的功能越来越强, 又必须有效地保护原有的资源。一般来说, CAD系统的改变可以通过图形数据交换标准来保护原有资源。理

论上讲PDM系统的改变可以通过STEP标准来保护原有的资源, 可实际上由于PDM

系统有巨大的数据量, 这种转换往往是不可取的。因此, 用户在选择PDM产品时要慎重, 使用时要稳重, 更新时要保重。

二．文档管理的主要内容及功能

目前传统的企业级 PDM 已经不能满足异地协同设计和远程信息共享的实际需求和基于 Web 的技术为全球化电子信息的共享提供了基础。基于Web的PDM 系统被认为是分布式产品数据管理的自然扩展。文档管理作为PDM的核心功能模块, 是确保 PDM 系统其他模块功能顺利完成的基础。围绕 PDM 中文档管理功能,进行了基于 Web的文档管理关键技术研究 , 开发了PDM中基于Web 的文档管理系统。系统采用Web的三层 B /S(Browser /Server)计算模式,降低了企业的实施费用,加速了PDM系统在企业中的应用。

PDM体系结构的基础上,采用 Web三层B/S结构模式开发 PDM 文档管理系统 , 将商业逻辑从客户端分离出来集中在中间层服务器上,以浏览器作为客户端, 从而避免了传统 C /S 结构的局限。具有跨平台、低成本、维护与升级方便、良好的开放性与可扩充性等优点。 Web三层 B /S模式的系统体系结构如图所示。

第一层为客户层, 它是一个图形用户界面。在这一层运行的程序是浏览器 , 不需要完成任何重要的业务逻辑 , 也不直接和数据库交互 ;第二层是中间层, 负责管理对用户请求的处理 , 将完成 PDM 中基于Web的文档管理全部功能;第三层是数据处理层 , 是数据库和应用服务器 ,存储和管理应用中的数据和文件。它和中间层共同完成业务逻辑、验证和存储的实现。

三．产品结构及配置管理的认识

产品结构是制造企业的核心文件，产品结构管理的目标是为了得到产品是否按预期的目标执行所需的信息，它是企业产品开发中最实用的功能，是为了实现计算机辅助设计及生产管理系统的接口，为PDM的产品配置提供结构数据及相应的支持文档。产品配置管理实质就是广义的物料清单表(Bill Of Material．BOM)管理，能够使企业的各个部门在产品的整个生命周期内共享统一的产品配置，并且对应不同阶段的产品定义，生成相应的产品结构视图，如设计视图、制造视图和工艺视图等，为给ERP提供有关产品全部数据的来源打下基础。

具体产品的产品结构是设计人员从已有产品零部件明细表(通用件、标准件、自制件、外购件、外协件、原材料等)和产品装配系统图等文件中提取，或是凭经验自己创建的，或是从已有的产品结构中得来的。产品结构建立起来后，就得到了产品的结构树，但这还不足以完全描述一个产品，这时需要设计人员给产品结构中的各个节点添加产品的其它信息(特征属性信息、图纸文档等引用信息，这样把产品结构和其相关的一些信息都联系起来了。但对于企业不可将所有的产品结构都独立地存储，而是通过分类进行管理。所以，对一个宏观的产品类只有经过配置才能得到具体的产品对象而且才有实际的意义。所以在不同部门必须对产品结构树的节点属性进行提取添加也就是通过一定的配置规则f例如变量配置规则、版本配置规则、有效性配置规则)对产品结构的变化进行控制和管理。这也是实现有序生产，大大提高生产、管理效率，降低产品成本的关键所在。

四．产品开发中的工程变更

4.1产品开发中的工程变更

在市场瞬息万变的今天, 制造型企业面临更多、更频繁、更复杂的变更, 这些变更始于不同的原因, 比如客户需求的改变、供应商或合作伙伴的改变、零部件制造和装配发生困难、产品原型测试和产品制造质量不合格、产品版本升级或新产品的引入等。对这些变更进行有效管理并加快响应速度, 将能提高企业产品开发过程

的敏捷性。因此, 工程变更管理( ECM ) 是制造企业生产经营活动中的一项重要业务。

4.2 PDM系统中变更的解决方法

ECM 功能与 PDM 的集成是解决以上问题的有效途径, PDM 的产品信息管理模块和流程管理模块为 ECM 提供了一个很好的平台。但由于 EC 的复杂性, 目前大部分 PDM 系统的 ECM 部分功能仍相当有限, 一般需要定制。根据实际的工程变更需求, 可以将 EC 的过程分为请求、评估、实施三个基本环节( 如图 1) , 左边是一个复杂而完整的 EC 流程: 首先获得详细的产品缺陷问题描述, 这些问题可以来自企业内部( 比如产品制造) , 或者企业外部, 比如产品销售或用户反馈, 然后根据问题的大小和紧迫程度, 决定是否提交正式的 EC 请求; 重要的 EC 请求在实施之前需要进行评估。评估包括问题调查、原因分析、解决方案分析和变更建议四个步骤。即将问题调查单和问题描述一起发给技术人员来定位问题起因, 组织专家进行讨论, 统一各方面的意见, 并探讨问题的解决方案。如果达成一致, 且方案可行, 则提出解决建议单, 并向相关的部门和技术人员发出正式的变更实施单。变更实施单的提出, 表明正式开始变更活动,通过一系列的更改流程, 最终完成产品信息的更改。

五．PDM在企业中的具体应用

随着企业信息化进程的发展，企业所使用的软件越来越多，如用于工程设计的CAD，CAPP，CAM，CAE，CAQ等软件：用于办公自动化的字处理和制表软件；用于企业经营管理的管理信息系统(MIS)、制造资源规划(MRP II)、企业资源规划(ERP)等。信息集成的深度和广度也从CAD／CAP／CAM的集成，发展到CIMS的信息集成。随着PDM系统的引入，用户一方面希望它能实现对各种应用软件所产生的数据和文档进行有效的管理；另一方面，也希望在PDM环境中做到应用软件阳J的信息共享、用户间的协同合作、应用系统与PDM系统中数据对象的一致性以及设计信息与经营管理信息间的集成。以上这些都要求改变过去基于数据库实现应用系统集成的传统办法，而改变为基于PDM的应用集成。集成是指将基于信息技术的资源及应用(计算机软硬件、接口及机器)聚集成一个协同工作的整体，集成包含功能交互、信息共享以

及数据通信三个方面的管理与控制。上述定义揭示了集成的内涵，即集成应包括信息与应用两方面的集成。应用集成涉及到结构、技术、用户需求等诸多因素，与软件的定制开发相比，对软件开发人员的经验和技术有更高的需求。

在PDM系统开发中，抛弃原来独立使用无法相互通信的应用软件，完全丌发一套新定制的环境是不现实和低效益的。如何爿‘能有效地集成现有软件功能，尤其是满足以后扩展需要的解决方案?另一方面，现代个人计算机和网络的飞速发展使分布式应用软件从可能演变到了需要和某程度上的必要。如何让不同硬件平台和操作系统上运行的应用软件如一个整体般工作。OMG提出的CORBA可以用来解决这些问题。CORBA最初是0MG在1990年11月出版的《对象管理体系指南》中定义的。它既是一种面向对象的分布式计算规范，也可以被看为通信中间件。COIMA是分布式计算和对象模型的结合。它使应用程序能共享和访问其他应用程序的对象，不仅提供了可扩展性、可重用性的优点，还便于优化软件结构，特别方便了分布式应用软件的构建。CORBA使用代理器来处理系统中客户机和服务器间的消息。代理器能选中一个最符合客户机请求的服务器，并把客户机所看到的接口从服务器的实现中分离出来。接口和实现分离的好处是可以采用灵活的、积木式的开发方法，实现对客户机隐瞒服务器的变化。只要接口及其行为不变，就可以构造一个新的服务器或修改已有的服务器而无需改变客户机。使用代理器，CORBA能够支持灵活的服务器和客户机构件技术及其PDM系统集成方法的研究关系，某个软件既可作为客户机提出请求，又可以作为另一个请求的实现。不但基于CORBA开发的软件能够平滑通信集成，一般的用户软件，尽管是非面向对象的软件，也能通过CORBA实现集成。CORBA 通过将需要集成的软件包裹在符合自己标准的一套接口中来实现。CORBA的接口清晰、易理解、基于编程层次的特点使一切成为可能。CORBA的IDL(接口数据结构定义语言)，使软件的开发不用局限于某种特定的编程语言。OMG定义了c、C++、SMALLTALK的语言联编，使得用户能从OMG IDL源文件或直接从接口仓库生成这编

程语言的源代码。

图4-2给出利用CORBA软构件技术实现外部系统(CAX、MRPII

等)与PDM系统集成的体系结构模型。

图用CORBA技术实现外部系统与PDM系统集成的体系结构底层的分布式异构计算机网络环境构成了信息通信的硬件平台；PDM系统环境支持异构网络间的通信。异构操作系统间的互操作和异构数据库的集成管理。基于CORBA的中间件服务系统则在PDM系统环境的基础上，为其它外部系统提供应用互操作服务。它由实现系统提供的公共设施、通用对象服务及结合应用需求开发的一系列功能代理组成。功能代理是通过对外部系统功能的封装及其组合而形成的面向对象的功能实体，由于其基于CORBA软构件技术，对外提供了一致的功能接口。给应用系统之间的互操作带来了方便。外部应用系统通过接口适配器与PDM系统发生交互。适配器实质上就是对服务与请求的封装集成，可以具体划分为外部应用系统端封封装和PDM端封装两部分。