PDM进化论

PDM进化论张卫、李海峰、张晓东■PDM起源近几年，CAD／CAM技术为企业创造出了一年开发几十个新产品的效益。但随着新技术的发展，它们也带来了新的问题。当CAD技术推广开后，企业出现了数据爆炸、数据混乱的问题：如各种零件信息特征（设计特征及制造特征）数据、设计意图和工艺要求数据及产品整个生命周期中各个过程的数据等等，它们的管理以及不同的CAD应用平台之间数据的传递、共享由于没有一个系统工具而显得极为混乱且极为不便。这于企业“想方设法缩短企业中产品的研制开发和生产制造周期，降低成本，提高质量，改善产品性能，使新产品尽快和尽早地进入市场，以赢得竞争的主动权和优势”的宗旨大大不利。为了完全解决企业在研制开发和生产过程中信息共享程度低、数据传递速度慢、业务数据难以集成、管理水平落后等问题，PDM（ProductDataManagement，产品数据管理）技术应运而生，从而找到了一条能够真正集成化地管理产品数据和过程，有效地提高企业市场竞争能力的技术道路。■PDM简介PDM是以产品为中心，通过计算机网络和数据库技术，把企业生产过程中所有与产品相关的信息和过程集成起来，统一管理，使产品数据在其生命周期内保持一致、最新和安全，为工程技术人员提供一个协同工作的环境，从而缩短产品研发周期、降低成本、提高质量，为企业赢得竞争优势。一般而言，与产品相关的信息包括项目计划、设计数据、产品模型、工程图纸、技术规范、工艺资料等等；与产品相关的过程包括工作流程、机构关系等过程处理程序。PDM技术就是将它们集成并管理起来，使企业的并行工程能够真正发挥效益。PDM的基本功能包括：（1）基本信息维护：包括工艺类型、产品结构类型、材料类型、标准件等信息库的维护；（2）项目管理：项目的建立、人员的组织、人员的角色指派等；（3）产品结构管理：建立产品结构树，实现零部件的装配功能；（4）多维的权限管理：不同的用户在不同的工作组中有不同的权限；（5）图纸和文档管理、浏览批注：对各种图纸和文档按零件族分类管理，提供多种查询手段和红线批注；（6）可定制的报表生成：将结果输出到Excel环境中，由用户进行格式定义；（7）可定制的工作流程：产品在设计过程中的流程由用户定义。PDM可以适用的领域相当广泛，包括：（1）制造业：机械、电子、轻纺、化工、电力、航天航空；（2）设计行业：建筑、港口、服装、美工、艺术、交通设施；（3）图书档案：图书馆、档案馆、出版社；（4）信息业：软件开发。总之，凡是在产品生产过程中有大量产品信息产生，都可应用PDM的思想对这些信息加以统一管理。PDM作为CAD／CAM技术的进一步发展，不仅将改善原有的企业管理体系，也将做到CAD、CAM以及CAE、CAPP的真正集成化管理，发挥并行设计模式的优点。在我国，CAD应用推广正沿着“甩图板→集成化产品信息管理→网络系统集成→CIMS”的技术路径，分阶段、有步骤地全面展开。目前国内大部分企业CAD已得到初步应用，或已列入发展规划，而PDM系统恰好满足企业在“甩图板”、消灭蓝图之后，规范基础技术信息、发挥网络效益、共享工程数据，从而促进CAD应用上层次、上台阶，为企业进一步推广和深化计算机信息管理打下扎实的基础。PDM技术在我国的应用刚起步，对于它的技术思想、内涵、地位、应用情况、发展方向，还须不断进行探讨。■PDM发展随着PDM技术的推广应用，它的发展也越来越为大家所关注。从目前的趋势来看，PDM将会在以下三方面有较大的突破：一、应用系统的封装PDM作为CIMS应用系统的集成框架，要能够集成不同环境下的应用系统。由OMG（对象管理组织）制订的CORBA（CommonObjectRequireBrokerArchitecture）技术的成熟为实现这一要求提供了一个较好的平台。OMG目前正在制定一个规范，即“PDM使能部件（PDMEnabler）”。它是制造业的第一个规范。所谓使能部件，指的是实现或者支持一种特定的抽象处理过程的物理实体，它通过提供共享产品数据的灵活方式来增强产品开发团队的能力和效率。OMG的目标是定义八类使能部件（工程活动需求、工程变更、制造实现、文档管理、产品结构定义、配置管理和测试维护等），使它们能够支持企业在制造过程模型中的整个产品开发过程。鉴于以上情况，通过CORBA规范以增强PDM系统的可扩展性和与其它系统的集成能力，已经成为评定PDM系统是否成功的标准之一。在“PDM使能部件”规范制定工作完成之后，遵循该规范中的使能部件对象界面描述和对象模型的PDM系统之间将能够实现：1．将一个PDM系统的数据转移到另一个PDM系统之中；2．实现PDM系统的联邦机制，也即一个PDM系统能够管理另一个PDM系统中的数据。同时，通过该规范定义的统一的对象界面，其它制造系统中涉及的软件系统（如CAD、CAM和ERP等）可以调用这些对象界面所定义的服务而不必关注所对应的具体PDM产品，从而极大地方便系统的集成。由于在目前情况下，OMG的“PDM使能部件”规范尚未最终形成，因此，PDM系统将实现基于CORBA规范的PDM服务封装机制：一方面向用户提供符合标准的服务访问机制以利于二次开发和系统集成，另一方面为实现最终的“PDM使能部件”标准奠定基础。PDM系统对集成的支持，首先表现在应具有最小集成，即集成CAD／CAM产品和MRPII／ERP软件；其次在集成的深度和鲁棒性上，不但能在PDM系统中启动应用软件，而且对于完全的集成而言，应能在PDM系统中直接进行PDM操作，如Checkin、Checkout等，并能在两系统间进行数据交换和消息传递；最为重要的一点是PDM跟踪应用软件的能力，这要求应用软件厂家对标准集成手段的在线支持。二、Web使能技术Internet／Intranet技术的迅速发展、日益普及已经对企业信息化的开发和应用产生巨大的冲击。PDM技术也必将向Internet／Intranet方向发展，并充分利用网络技术优势，使它更具有扩展性和共享性。在传统C／S体系结构中，数据库应用的客户端软件包含两个主要功能：一是处理数据：根据用户的动作，向数据库服务器发出数据请求，并返回处理结果；控制处理的结果显示。因此，在客户端的软件中包含处理数据的逻辑和结果显示的功能，数据的处理和结果显示紧密结合。而这种密切的联系，使得用户的需求的任何变化，包括处理逻辑或用户界面，都会导致整个程序需要重新编译、安装，使得C／S数据库应用系统可维护性差。而在Web系统中，服务器上的文件通过HTML语言决定了它在Web浏览器上的显示。浏览器只是解释这些HTML的标记，使得产生处理的结果和结果的最终显示分离出来，从而避免了C／S结构的局限，尽管它本质上也是C／S模型。导致截然不同结果的原因是客户端软件和服务器端软件功能划分的不同。在C／S数据库应用中，服务器不能控制它返还给客户端的数据将被如何处理与显示，它只管提供所需数据，对于最终用户来说，服务器返回的数据还只是中间结果；而在Web浏览器／服务器模式中，服务器控制返回的结果，同时控制了这些结果在浏览器上如何显示。现在发展的三层应用模式则融合了Web服务和C／S数据库应用的优点。通过Web平台，采用E－mail、电子公告栏、新闻组等先进的通信手段可以迅速地在企业员工之间、企业和企业之间方便地获取信息，节省企业开支。Internet／Intranet在企业应用中需要解决的关键技术是产品图形信息的传输，解决图形在网络上的传输速度问题才能使Internet／Intranet在企业中得到广泛应用。目前，已经有多家CAD厂商支持适于网上图形传输的数据格式CGN，前台通过浏览器，采用ActiveX、Java等技术实现图形在浏览器中的浏览和输出。因此，PDM向三层结构发展将是未来必然趋势之一。三、与图形核心系统的集成企业引入CAD的目的不应是只为了“甩图版”，在产品数据模型之上，进行产品的外型设计、应力分析、强度分析、有限元分析、产品预装配、生成NC代码等才是CAD应用的真正目的。这需要从中端实体造型系统所用的核心系统中实现PDM集成实体造型系统数据。目前中端实体造型系统的核心系统不外乎两种：parasolid、scis，把实体模型的特征和特征值提取出来，变成表格的形式，存储在数据库中，是实现PDM实体造型系统数据的较好途径。对于高端的CAD产品，如UGII、IμDEAS等可采用同样的技术进行处理。这需要对核心系统有深入的了解，才能作到PDM在各种CAD应用系统间进行数据的转换和交互。因此，PDM必须与图形核心系统进行集成。PDM系统实施的模型方法清华大学国家CAD支撑软件工程中心王建民孙家广今天，信息技术已成为企业参与竞争的入场券。源于制造业的产品数据管理(ProductDataManagement)技术经过近20年的实践，已成为企业信息化的基础技术。PDM技术的研究与应用在国内外已相当普遍，全球范围商品化PDM软件不下百种。我们按PDM系统在企业信息系统中的地位将其分为两类：企业级PDM和部门级PDM。起初，PDM系统主要解决产品定义和产品制造的集成问题，PDM系统主要是支持产品制造过程的。近年来，随着并行工程的逐渐深入，DFX技术在产品设计过程中的广泛应用，PDM对开发过程的支持日趋重要，所以部门级PDM的核心功能是对企业设计过程的支持，即PDM系统成为企业设计过程的工具与平台，部门级PDM系统的功能定位如图1所示。图1部门级PDM系统的功能定位企业级PDM系统管理着整个企业的所有产品数据，支持产品各个生命周期的数据管理过程，对应市场、设计、制造和服务等企业经营过程的各个业务系统都构造在PDM系统之上，形成单一产品数据源。在波音公司的DCAC/MRM中，企业级PDM系统的引入简化了企业应用软件系统。据悉，通过实施PDM系统，波音公司把原来应用的800多种软件简化为四种主要软件。图2企业级PDM系统的功能定位正是由于PDM系统和企业业务过程的紧密相关性，所以任何PDM系统都不可能买来即用，PDM技术一定要经过实施才能在企业中成功应用。而成功的实施必须有企业领导的支持和人力、物力及财力保证。除此之外，企业实施PDM还要依靠科学、实用的方法论。本文讨论基于业务过程分析的企业模型方法。根据企业模型及其分析结果，规划和指导PDM系统的实施，我们把这种方法称为产品数据管理系统实施的模型方法。企业建模1．模型的定义PDM系统实施本质上是量体裁衣的过程，“量”的是企业业务过程这个“体”，尔后“裁”出PDM系统这个“衣”。所以，模型方法总体上分为两个步骤：企业建模过程和PDM系统定制应用过程，其中“企业建模”是“定制应用”的关键和基础。一般说来，模型的作用就是使复杂的信息关联变得简单易懂，它使我们容易洞察隐藏在大量原始数据背后的规律，并能有效地使我们将系统需求映射到软件结构上去。现在企业信息技术应用的主要障碍有以下两点：*计算机应用系统的开发和维护日趋困难；*现有应用系统相互兼容性差阻碍了系统间的信息交换。企业实施PDM的关键就是如何将企业的各类应用系统集成起来，形成协调一致的企业信息系统。企业模型本质上是为了统一企业不同应用系统之间的语义，只有每个应用单元系统采用统一的应用语义，才能在企业业务级上做到信息集成。今天，OMG组织在CORBA平台上推出商务对象(BusinessObject)标准，其初衷也是解决企业信息集成问题。图3企业模型的作用企业建模要对应信息系统进行需求分析，同时还要刻划出企业的整体需求。为了实施PDM，企业模型至少要从三个方面来描述：业务模型、信息模型和组织模型。以上三个模型互为补充和支撑，共同表达企业形态。2．功能建模功能建模的目标是实现以下两点：*把企业组织成互动的良好定义的单元集合；*描述企业并行的业务过程及其执行的触发条件。功能建模的基本构件包括：域、事件、过程和操作。域是企业中的某个子集，它在相对固定的过程支持下完成特定的目标和任务。具体来说，域对应于企业的部门，所以企业的域是市场部门、技术部门、制造部门和销售部门等。域由以下方面来描述：功能描述、目标描述、约束条件