PDM及其最新进展 - 北京日星宇软件有限公司

PDM及其最新进展

2009-05-21 11:15:59

一、PDM的产生

在20世纪的60、70年代,企业在其设计和生产过程中开始使用CAD、CAM等技术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。对于制造企业而言,虽然各单元的计算机辅助技术已经日益成熟,但各自动化单元自成体系,彼此之间缺少有效的信息沟通与协调,这就是所谓的“信息孤岛”问题。在这种情况下,许多企业已经意识到:实现信息的有序管理将成为它们在未来的竞争中保持领先地位的关键因素。

产品数据管理(Product Data Management,PDM)正是在这一背景下产生的一项新的管理思想和技术。PDM可以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的技术。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,这也是PDM系统有别于其他的信息管理系统,如管理信息系统(MIS)、物料管理系统(MRP)、项目管理系统(Project Management)的关键所在。

作为20世纪末出现的技术,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。

经过近些年来的发展,PDM技术已经取得了长足的进步,在机械、电子、航空/航天等领域获得了普遍的应用。PDM技术正逐渐成为支持企业过程重组(BPR)、实施并行工程(CE)、CIMS工程和ISO9000质量认证等系统工程的使能技术。

二、PDM的发展

PDM技术的发展可以分为以下三个阶段:配合CAD工具的PDM系统、专业PDM产品产生和PDM的标准化阶段。

1.配合CAD工具的PDM系统
早期的PDM产品诞生于20世纪的80年代初。在当时,CAD已经在企业中得到了广泛的应用,工程师们在享受CAD带来好处的同时,也不得不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方法需求变得越来越迫切了。针对这种需求,各CAD厂家配合自己CAD软件推出了第一代PDM产品,这些产品的目标主要是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。第一代PDM产品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。

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公司的Metaphase和UGS的iMAN等就是第二代PDM产品的代表。与第一代PDM产品相比,在第二代PDM产品中出现了许多新功能,如对产品生命周期内各种形式的产品数据的管理能力、对产品结构与配置的管理、对电子数据的发布和更改的控制以及基于成组技术的零件分类管理与查询等,同时软件的集成能力和开放程度也有较大的提高,少数优秀的PDM产品可以真正实现企业级的信息集成和过程集成。第二代PDM产品在技术上取得巨大进步的同时,在商业上也获得了很大的成功。PDM开始成为一个产业,出现了许多专业开发、销售和实施PDM的公司。

3. PDM的标准化阶段
1997年2月,OMG组织公布了其PDM Enabler标准草案。作为PDM领域的第一个国际标准,本草案由许多PDM领域的主导厂商参与制订,如IBM、SDRC、PTC等。PDM Enabler的公布标志着PDM技术在标准化方面迈出了崭新的一步。PDM Enabler基于CORBA技术,就PDM的系统功能、PDM的逻辑模型和多个PDM系统间的互操作提出了一个标准。这一标准的制订为新一代标准化PDM产品的发展奠定了基础。

三、PDM的功能分析
PDM技术的研究与应用在国外已经非常普遍。目前,全球范围商品化的PDM软件有不下100种。这些PDM产品间虽然有许多差异,但一般来说,大多具有以下一些主要功能:

1.电子资料库和文档管理
对于大多数企业来说,需要使用许多不同的计算机系统(主机、工作站、PC机等)和不同的计算机软件来产生产品整个生命周期内所需的各种数据,而这些计算机系统和软件还有可能建立在不同的网络体系上。在这种情况下,如何确保这些数据总是最新的和正确的,并且使这些数据能在整个企业的范围内得到充分的共享,同时还要保证数据免遭有意的或无意的破坏,这些都是迫切需要解决的问题。PDM的电子资料库和文档管理提供了对分布式异构数据的存储、检索和管理功能。在PDM中,数据的访问对用户来说是完全透明的,用户无需关心电子数据存放的具体位置,以及自己得到的是否是最新版本,这些工作均由PDM系统来完成。电子资料库的安全机制使管理员可以定义不同的角色并赋予这些角色不同的数据访问权限和范围,通过给用户分配相应的角色使数据只能被经过授权的用户获取或修改。同时,在PDM中电子数据的发布和变更必须经过事先定义的审批流程后才能生效,这样就使用户得到的总是经过审批的正确信息。某些PDM系统还具有对异构数据的管理能力,即PDM系统可以对传统的以非电子化形式存储的数据进行管理,虽然对这种文件的管理无法达到对PDM内部数据管理的安全程度,但其安全程度至少也不低于传统的手工管理方式,同时这种管理方法还提供了更好的对非电子化数据进行查找和跟踪的能力。

2.产品结构与配置管理
产品结构与配置管理是PDM的核心功能之一,利用此功能可以实现对产品结构与配置信息和物料清单(Bill of Materials)的管理。而用户可以利用PDM提供的图形化界面来对产品结构进行查看和编辑。在PDM系统中,零部件按照它们之间的装配关系被组织起来,用户可以将各种产品定义数据与零部件关联起来,最终形成对产品结构的完整描述,传统的BOM也可以利用PDM自动生成。PDM系统通过有效性和配置规则来对系列化产品进行管理。有效性分为两种:结构有效性和版本有效性。结构有效性影响的是零部件在某个具体的装配关系中的数量,而版本有效性影响的是对零部件版本的选择。有效性控制有两种形式:时间有效性和序列数有效性。产品配置规则也分为两种:结构配置规则和可替换件配置规则。结构配置规则与结构有效性类似,控制的都是零部件在某个具体的装配关系中的数量,结构配置规则与结构有效性可以组合使用;可替换件配置规则控制的是可替换件组中零件的选择。配置规则是由事先定义的配置参数经过逻辑组合而成。用户可以通过选择各配置变量的取值和设定具体的时间及序列数来得到同一产品的不同配置。在企业中,同一产品的产品结构形式在不同的部门(如设计部门、工艺部门和生产计划部门)并不相同,因此PDM系统还提供了按产品视图来组织产品结构的功能。通过建立相应的产品视图,企业的不同部门可以按其需要的形式来对产品结构进行组织。而当产品结构发生更改时,可以通过网络化的产品结构视图来分析和控制更改对整个企业的影响。

3.生命周期(工作流)管理
PDM的生命周期管理模块管理着产品数据的动态定义过程,其中包括宏观过程(产品生命周期)和各种微观过程(如图样的审批流程)。对产品生命周期的管理包括保留和跟踪产品从概念设计、产品开发、生产制造直到停止生产的整个过程中的所有历史记录,以及定义产品从一个状态转换到另一个状态时必须经过的处理步骤。管理员可以通过对产品数据的各基本处理步骤的组合来构造产品设计或更改流程,这些基本的处理步骤包括指定任务、审批和通知相关人员等。流程的构造是建立在对企业中各种业务流程的分析结果上的。

4.集成开发接口
各企业的情况千差万别,用户的要求也是多种多样的,没有哪一种PDM系统可以适应所有企业的情况,这就要求PDM系统必须具有强大的客户化和二次开发能力。现在大多数PDM产品都提供了二次开发工具包,PDM实施人员或用户可以利用这类工具包来进行针对企业具体情况的定制工作。

四、PDM技术分析

1.PDM的系统构造方法
从总体上看,当前PDM产品大多采用分布式的客户机/服务器(client/server)结构,服务器端负责公共数据的存储、多用户的同步等功能,客户端主要负责与用户的交互、客户私有数据的管理等。同时,PDM系统的内部构造是层次化的。PDM系统建立在操作系统、网络环境和分布式数据库的基础上。对象管理框架是PDM系统的核心模块,它的重要性一方面在于对象管理框架集中管理了PDM系统中的全部信息实体,另一方面对象管理框架是整个PDM系统信息建模思想的具体体现。所有PDM涉及的实体,如人员、数据、过程以及实体之间的关系最终都是以对象的形式由对象管理框架统一管理。对象管理框架为整个PDM系统提供了统一的数据管理的基石。建立在对象管理框架之上的是各种PDM系统的功能框架,包括产品结构管理、产品配置管理、集成工具、工作流管理等。

2.PDM系统的基本特征开放与集成
作为企业产品数据管理的核心,PDM系统应当是一个开放性的系统,开放主要包括数据的开放、功能的开放和系统建模方法的开放。开放性主要表现在可移植性、可扩展性、互操作性、可裁剪性等方面。集成是PDM系统的基础功能。所谓集成是指PDM系统提供的一组机制,使之能够和其他软件工具和系统协调工作。从系统之间的关系看集成可以分为三个层次:工具的集成、信息的集成和应用的集成。

3.企业信息建模方法面向对象的方法
面向对象的思想是软件工程学发展的结果。从1970年以来,人们从思想理论和设计方法学等各个方面对面向对象的技术进行了广泛而深入的研究,取得了丰硕的成果。面向对象的思想是以对象的观点表达信息以及信息之间的关系,对象代表数据和行为的封装,对象之间通过消息传递信息。目前,采用面向对象的分析和设计方法已经成为大型系统软件设计开发和实施的大势所趋。

4.数据库技术传统的管理系统大多建立在关系数据库基础上。但是关系系统存在语义不丰富、建模手段不足等问题。为了解决这些问题。近年来有关面向对象数据库、演绎数据库、知识数据库的研究正在不断取得突破,这些发展都将推动PDM 的进步。

五、PDM新技术的背景90年代末期,PDM技术的发展出现了一些新动向,在企业需求和技术发展的推动下,产生了新一代PDM产品。

1.新的企业需求长期以来,人们对于企业功能的分析主要采用这样的方法:首先界定企业的职能边界,确定哪些是企业本身的职能,哪些不是企业的职能。然后对于企业的职能采用“自顶向下”逐层分解的方法,将企业的功能按照从粗到细进行分解形成企业的功能分解树。随着现代科技飞速发展,任何企业要想建立一个大而全的体系都越来越难,任何企业都要经常与其他企业进行联合,甚至许多来自不同企业的职能部门临时组织在一起,组成所谓“虚拟企业”,共同完成某项社会生产任务。这些新的社会生产方式要求人们对于企业功能的分析思路和方法也有所改变。如果说第二代PDM产品配合了“自顶向下”企业信息分析方法的话,第三代PDM产品就应当支持以“标准企业职能”和“动态企业”思想为中心的新的企业信息分析方法。

2.Internet的迅猛发展近年来,Internet获得了巨大的发展,Internet已经深入并影响到我们生活的方方面面,“电子商务”的概念也已经深入人心,我们正在迎来一个网络时代。Internet的广泛普及,给企业传统经营管理方法带来巨大冲击。如何面对网络时代的挑战,已经成为了企业信息化过程中必须面对的问题。

六、PDM的最新技术

1.分布式技术基于网络的分布式计算技术也是近年来获得很大进步的技术之一。以分布式计算技术为基础,基于构件的系统体系结构将逐渐取代模块化的系统体系结构。在分布式计算技术的标准方面,一直存在着两大阵营,一个是以OMG组织为核心的CORBA标准,另一个是以微软为代表的基于DCOM的ActiveX标准。近年来,OMG组织在CORBA 标准的制定和推广方面付出了巨大的努力,同时许多CORBA标准的产品也在逐渐成熟和发展;同时由于微软在操作系统方面的绝对统治地位,ActiveX标准在Windows系列平台上显得更加实用,相应的工具也更加成熟。目前这两大标准的争夺仍然没有结束,许多商品化软件多是同时支持两个标准。

2.Java语言Java从出现的第一天就成为计算机界的一个热点。Java语言具有高度的可移植性、健壮性和安全性等优点,这些使它一经推出就获得了广泛的支持。Java不仅仅是一种新的计算机语言,同时还是一种移动式的计算平台。Java语言的“一次编程,到处可用”的特点使它成为了编写网络环境下的移动式构件的最佳选择。将分布式计算框架和Java技术结合起来将是构造网络信息系统最理想的模式。

3.基于WEB的PDM系统为了满足电子商务时代企业的需求,PDM系统必须架构在Internet/Intranet/Extranet之上,必须提供企业产品开发的电子商务解决方案。这是新一代PDM技术和系统PDMIIProduct Development Management的目标,也是解决国内企业采用PDM系统时所遇问题的基础。美国MatrixOne公司的eMatrix和PTC公司的Windchill就是这类系统的代表。这类系统是跨越延展供应链的产品信息和生命周期过程管理的全面解决方案。它们使企业能够以Internet/Intranet的发展速度快速超越其竞争对手,得到重要的战略利益。

七、结论

随着计算机应用的迅速发展,采用计算机辅助设计技术和先进的信息管理技术是企业进行技术更新改造、提高产品竞争力的必由之路。据国外资料统计,PDM的应用能使产品设计周期缩短25%,减少工程设计修改4%,加快产品投放市场进度50%~80%,总成本削减25%以上。国外的一些汽车、飞机公司实施PDM系统后均大大提高了企业的效益。国内据对机电工业近五百家企业调查,新产品开发周期平均达24个月,其中单件、小批量产品的生产技术准备周期约占供货期的32%,有的高达60%,采用PDM技术后,可缩短生产周期50%-80%。CIMS示范应用企业使用PDM新技术后,对减低产品开发成本、提高设计能力等均取得了明显的效益。随着中国信息化进程的发展,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快速发展时期。目前,尽管国产PDM产品在功能、性能及稳定性方面与国外软件还有差距,但在适应企业需求、价格及技术支持等方面已经具有了一定的优势,相信随着国内PDM生产厂家的不断努力,国产PDM产品会有更加美好的发展前景。

原载于:《CAD/CAM计算机辅助设计与制造

 

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