PDM技术概述

本章简要介绍了 PDM 的概念、体系结构、功能以及发展趋势。

 

2 ． 1PDM 的概念及发展背景

 

与 ERP 或 MRP Ⅱ 相比较，人们对 PDM 的了解相对较少。人们常常会问及以下一些问题： PDM 和 ERP 是什么关系 ?PDM 能包含 ERP 或ERP 能包含 POM 吗 ? 。 PDM 是以软件技术为基础，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，如企业信息管理系统 (MIS) 、制造资源计划 (MRP Ⅱ ) 、 项目管理 系统 (PM) 、企业资源计划 (ERP) 的关键所在。

 

 

2 ． 1 ． 1PDM 的定义

PDM 是 产品数据管理 (Product   Data   Management) 的英文缩写。 1995 年 2 月 CIMdata 给出的权威定义是： “ PDM 是一种帮助工程师和其他人员管理产品数据和产品研发过程的工具。 PDM 确保跟踪设计、制造所需的大量数据和信息，并由此支持和维护产品”。 PDM 的核心功能如图 2 - 1 所示。主要模块示意图如图 2 - 2 、图 2 - 3 、图 2-4 。

图 2-1PDM 的核心功能

图 2-2PDM 存取管理

图 2-3PDM 过程管理

图 2 - 4PD M 数据管理

 

 

从软件来看， PDM 是一个介于基础信息结构软件和应用软件之间的一种框架软件系统。以此框架为基础，高度集成各种应用而组成的系统，可给制造者提供全面管理、紧密跟踪、适度控制、适时查看围绕产品设计、开发及整个工程过程中的所有与产品相关的数据。

 

 

从产品来看， PDM 可帮助组织产品设计，完善产品结构修改，跟踪进展中的设计概念，及时方便地找出存档数据以及相关产品信息。从过程来看， PDM 可协调组织整个产品生命周期内诸如设计审查、批准、变更、工作流优化以及产品发布等过程事件。

 

 

一个能够满足企业各方面应用的 PDM 产品应具有的九大功能，包括文档管理、工作流和过程管理、产品结构与配置管理、查看和批注、扫描和图像服务、设计检索和零件库、项目管理、电子协作、工具与“集成件”功能。

 

 

2 ． 1 ． 2PDM 的发展背景

 

80 年代初，很多已经广泛深入计算机工程应用领域的企业发现，企业的发展正受到以纸质文件为基础的数据系统的严重阻碍。这主要表现在：

1 ．信息共享程度低。企业的计算机辅助工具都是一些离散孤立的系统，由这些互不兼容的软件产生的数据不能统一由一个企业级的计算机软件系统来管理，因而无法在设计、工艺、制造以及管理部门之间有效地实现信息共享与传递。

 

 

2 ．信息传递速度慢。大部份企业的信息传递主要是通过书面文件、报表及电话联络方式，无法及时收集工艺和制造过程中的反馈信息，不能实时反映设计过程中的变化，甚至随时跟踪整个产品的设计和制造的进展情况。

 

 

3 ．业务管理落后。虽然企业采用计算机辅助工具在一定程度上实现了产品设计开发的计算机化，但是有关产品的其他技术资料依然采用手工管理的方式。另外，由于 CAD / CAM 技术推广应用，各种格式的图形、数据、文本等文件还是沿用过去对纸质文件的管理方法，对文件缺乏有效的版本管理，造成不必要的重复设计。由于缺少迅速有效的产品数据的检索手段，也造成设计的重用程度差。

 

 

4 ．应用集成系统效率不高。几乎任何两个不同的应用软件都不可直接分享或交换。 CIMdata 公司指出：“目前，在企业中每天大约有 1 /3 到 1 / 4 的设计、管理工程技术人员不是专心于自己的本职工作，而是开会、讨论、等待或处理各种信息。”

 

 

据英国的调查，由于设计制造缺乏产品数据的统一管理，导致产品工时增加 20 ％，成本上升 10 ％。美国 INGERSOLL 公司曾分析了在传统的制造企业中，产品生产的“时间组成”。结果表明：对一个机械零件来说，只有 5 ％的时间是在机床上， 95 ％的时间零件在不同的地方和不同的机床之间运输和等待，如图 2 - 5 所示。而这 5 ％的时间中仅 30 ％的时间是切削时间。

图 2 - 5 零件在制过程的时间组成

 

 

针对产品数据管理的这种需要， 80 年代后期出现了第一代商品化的 PDM 。这些 PDM 的基础是数据库系统，提供数据安全性、文件贮存、修正检控、分类、告知和应用集成等多种功能，并简化工程过程 ( 产品开发、资源配置、加工制造、计划调度等等 ) 。

 

 

早期的 PDM 大多是针对“下游”的工程过程，即从最初将产品设计发布给制造开始，经过制造过程，一直到产品废弃为止，在此期间，用PDM 来采集和管理工程产品数据。

 

 

这是因为制造部门一直把降低产品成本和改进整个制造过程当作奋斗目标，不少企业也在积极推广应用准时制 (Just - In - Time ， JIT)、全面质量管理 (Total - Quality - Control ， TQC) 和基于活动的成本预算 (Activity - Based - Costing ， ABC) 生产方式，这些都离不开对产品数据实行有效和科学的管理。

 

 

就工程产品数据而言，既涉及由设计发布给制造的最初数据，又涉及由制造执行工程变更这一过程的数据。因此，早期开发的 PDM 都是以制造为目标。这些系统的主要工程过程管理能力分成“发布管理”和“变更管理”两大类。然而，在最近几年，产品生命周期的其他方面也成为改进的目标。

 

 

对应这些新的目标，开发了第二代 PDM 。第二代 PDM 支持整个产品生命周期，从最初的产品设计概念一直到产品废弃为止。这些系统在多变的概念设计阶段以及在更好地确定工程变更中支持并行工程实践，并且具有工作流程的管理功能。通过这些新的 PDM ，用户可以共享最新的、预发布的工程数据，而且按照预定的规则，可以智能、灵活地控制这种数据的流动。

 

 

因此， PDM 技术在 90 年代得到了迅猛发展，国际上许多大型企业正逐渐接受 PDM 并把它作为支持业务流程再造 (Business   Process  Reengineering ， BPR) 、并行工程 (Concurrent   Engineering ， CE) 、 IS09000 认证等的使能技术。 1994 年波音、休斯、罗尔罗依斯、奔驰、德州仪器、摩托罗拉这些行业领头羊纷纷投入巨资实簏 PDM 作为保持企业竞争力的重要手段。

 

 

2 ． 2PDM 的体系结构

 

PDM 是一种使能技术，它有助于工作小组、部门、科室或企业在整个产品生命 周期内对产品数据和开发过程实施管理。 PDM 的功能是用于管理在整个产品生命周 期内所有与产品有关的信息，它是一组集成的应用，可以在产品设计、生产、市场 营销上提高工作人员工作效率和过程运行效率。

 

 

从 PDM 的实现技术上讲，大多数 PDM 采用了客户 / 服务器 (client / Server ， C / S ) 体系结构，需要数据库技术保证数据的存储和管理。需要网络技术提供数据的通信 和传递。一个包括应用和数据两方面的PDM典型体系结构如图 2 - 6所示。

 

 

PDM 应用体系结构分成三个层次：

1 ．用户应用层。提供给系统用户实际功能和一个一致的、友好的用户界面， 由环境管理器、应用功能单元和应用服务单元三个功能组成；

 

2 ．系统集成层。提供通过一致的接口，以一种与地点无关的方式，访问分布 式网络的功能，还提供访问存储在不同物理设备上的 一 致的数据逻辑描述，它由通 信服务、计算服务、描述服务、安全性服务以及数据服务五个功能组成：

图 2 - 6PDM 体系结构

 

 

3 ．支撑系统层。提供通过网络连接的分布输入 / 输出设备、计算机之间基本的 计算和通信服务，由输入 / 输出、计算、通信网络三个功能组成。

 

 

PDM 数据体系结构也分成三个层次：

1 ．支撑层。支撑层为 PDM 实施的基础，主要包括数据库管理系统和网络 ( 软硬件 ) ，这些为 PD M 的实施提供了物质和技术上的支持。

 

2 ．维护层。维护层主要完成 PDM 的维护工作，包括静态组织的管理、项目的管理。这些模块主要完成系统安全性的控制等，保证应用PDM 时能顺利进行。

 

3 ．核心层。核心层是 PDM 实施的核心部分，也是用户主要面对的模块。核心层包括 文档管理 、 产品结构管理 、 流程管理 、工程数据库管理、应用软件封装以及接口管理系统。其中文档管理为产品结构管理和流程管理的支撑，也即后两者所产生的文档由文档管理来控制。这是保证 PDM 实施的有利保证。

 

 

图 2 - 7 是美国 SDRC 的 MetaphaseSeries2 ． X 系统体系结构，同样可以分成相 应的支撑系统层、系统集成层和用户应用层。

图 2 - 7MetaphaseSeries2 ． x 的体系结构

 

 

2 ． 3PDM 的功能

 

PDM 的功能模型如图 2-8 所示。

图 2 - 8PDM 功能模型

 

 

应用功能是 PDM 系统应用于产品开发环境中直接使用的用户化功能。

 

1 ．数据与文档管理

 

具有安全机制的电子仓库是 PDM 最基本的功能，是 P D M 实现管理的基础。电子仓库有三种层次。各自具有不同的特点：第一层是集中存贮、远程登录，数据集中、安全，访问速度慢；第二层是互联的电子仓库，局部速度快，域间速度较慢；第三层具有局域和复制文件功能的虚拟电子仓库，这种方式存在数据的冗余。

 

 

数据与文档管理的主要功能有：分布式文件管理、分布式电子仓库 (Vault) 、文件的检入 / 检出 (check - in / check - out) 、属性搜索机制、动态浏览与导航机制、全机制、程序与工作流管理、数据变化过程和数据的流动、帮助改进和优化产品的开发过程。

 

过程与工作流管理的主要功能有：面向任务的工作流管理、基于规则的结构化任务流、触发 / 警告 / 提醒机制、电子邮件接口、图形化工作流设计工具、工程更改管理。

 

 

2 ．产品结构与配置管理

 

产品结构与配置管理提供了可以进行数据管理的结构，建立必须控制的数据关系，使得 PDM 要素的变化及其影响可访问。产品结构与配置管理的主要功能有： BOM 创建、版本生成与修订控制管理、多视图 BOM 建模与管理、与 MRP Ⅱ / ERP 系统集成、规则推动的配置管理、零部件分类库管理。

 

 

基于 一 定的分类方法，建立标准件、常用件的分类库，以利于设计再利用，零部件分类库管理的主要功能有：零部件库接口、电子文档属性编码、基于设计内容的再利用。

 

 

系统功能是指为实现应用功能所提供的底层支持功能，主要包括：分布式通讯功能、数据转换功能、图像服务功能、扫描与图形处理、圈阅与注释功能 ( 支持多种数据和文档标准，与适用的 CAD 系统的文件接口，对图档的注释 ) 、系统集成功能；配置功能。

 

 

2 ． 4PDM 的发展趋势

 

表 2 - 1 给出了从 PDM 发展初期到未来五年 PDM 在体系结构上的发展历史和方向。由于信息技术和电子商务的发展， PDM 必然会走向面向产品全生命周期的支持协同商务的平台模式，网络技术在 PDM 中的应用会越来越深入。

 

 

PDM 与 ERP 的功能也会相互渗透， PDM 的功能会越来越多、越来越强大， PDM 必须提供完善的接口和上游、下游以及应用软件充分集成，完成对产品全生命周期 (Productover   Lifecycle   Management ， PLM ) 的定义的信息管理。 PDM 总体上向标准化、网络化、集成化方面发展。

 

 

1 ．基于网络平台及支持信息模型转换

 

在 PDM 中通过 Web 技术实现全球化的信息查询、浏览、创建与更新才是广义企业所需要的，可以通过 Internet 实现全球化的虚拟企业的信息管理。另一方面，由于各部门使用的系统功能不一样，建立的信息模型也可能不一样，这给系统问的信息交换带来了麻烦。

 

 

实现信息模型的标准化，可以实现不同系统之问的信息交换。 STEP(IS010303 ， Standardfor   the   Exchangeof   Productdata ，产品数据交换标准 ) 是一个关于数字化产品数据表示和交换的国际标准。 STEP 的目的是提供一种不依赖于具体应用系统的中性机制，用来描述产品整个生命周期中的数据。

 

 

PDM 要提供不同系统间的信息交换，必须在开放性和系统集成能力方面建立在对标准的支持，必须使用形式化的数据规范语言来描述产品数据，完成从物理层上表示产品模型。

 

 

另外，在广义企业以及动态联盟的分布式计算环境下，由于应用系统的异构性，要进行不同计算模型和支持系统之间的互操作，主要是CORBA(Common   Object   Request   Broker   Architecture ，通用对象请求代理结构 ) 、 CO M / DC O M 以及 Java 系统之间的通信和互操作问题，由于还没有统一的分布式计算框架，而且目前要统一这几种标准也不可能，因此 PDM 必须支持这几种标准以及其问的通信问题。而且基于构件的 PDM 体系结构将逐渐取代模块化的系统体系结构。

 

 

2 ．专用模块与流程管理增强

 

PDM 的传统模块的功能已经很成熟， PDM 供应商会推出一些专用模块，将原先使用专用工具完成的功能转化为 PDM 的可选模块。比如 项目管理 、工程更改、供应商和零部件管理原先有很多专用软件，现在 PDM 供应商已把这些功能囊括在 PDM 的中或者提供独立的专用模块完成。

 

 

产品的生命周期与过程和资源息息相关，是人、应用、数据组成的动态流程，过程又可以划分为多个子过程，所以对过程 ( 或流程 ) 的管理至关重要。为适应产品协同开发过程的需要，各 PDM 供应商竟相开发工作流程管理模块，以满足并行产品开发的过程管理需要。流程管理模块将数据管理、工作流程与变更控制集于一体，通过自动协调企业组织任务和过程、信息使项目顺利完成。

 

 

3 ．可扩展并支持二次开发

 

PDM 即使功能再强大、模块再多，但由于系统所管理的信息类型及模型的复杂性，以及不同企业的信息、职能干差万别，为适应产品设计与制造过程中复杂可变的需要，也还要求 PDM 有良好的开放性。

 

 

PDM 应该是一个功能可扩展的基本模型与框架，其中“结构件”可模块化，从而可以为满足不同需求进行组装。系统通过采用面向对象方法建立系统管理模型与信息模型，并提供面向对象的建模工具与开发工具，支持用户的二次开发，使之真正适应企业要求。

 

 

4 ．与 MRP / ERP 集成

 

实现基于 PDM 的工程设计与管理系统的集成是实现企业集成所面临的巨大挑战。管理系统的核心是产品结构，需要从 PD M 将产品结构传送到管理系统上，并且需要将产品结构从管理系统有效地反馈到 PDM 上，以协调全企业的工程变化。

 

 

而管理系统的产品结构强调部件的定义及如何在车间内把部件装配到一起，其产品结构是以 “计划状态的”这样一种观点反映出来，推动制造和装配，是面向材料和生产过程的； PDM 的产品结构则更多地面向产品干什么以及怎样配置产品，它受设计工程师支配，以产品结构是“设计状态的”这样一种观点反映出来，产品结构是在 CAD / CAM 系统上产生的。因此， PDM 与管理系统的集成已经成为研究的重点之一。

 

 

产品开发开始由单一企业自主开发向虚拟企业协同开发的发展以及电子商务和面向 产品全生命周期管理 的需要使得 PDM 与 ERP 的功能会相互渗透，并且由于象 SAP 这样的世界*的原 ERP 供应商也开始转向 PDM 领域，协同产品定义管理必须提*品工程设计、生产制造、供应管理的一体化解决方案。

 

 

世界前十位的 PDM 供应商的发展战略可以证明这一点：这些供应商要么是 PLM ，要么是 CPC(Collaborative   Product   Commerce ，产品协同商务 ) ，其本质是一致的，即支持跨企业的协同工作环境，支持异构应用系统和异构数据的透明互操作，并具有开放式可扩展体系结构，提供多企业协作发展的完善的 产品生命周期管理 。

 

 

PDM 与 CAx 应用工具也走向无缝集成，由于世界*的 PDM 供应商原先很多是提供 C AD / CAM 服务的，他们会根据企业的需要，把 CAx应用工具嵌入到 PDM 的一体化解决方案中。而且由于这些大公司陆续并购其他一些软件公司，他们会把很多被并购公司的应用软件和 PDM 无缝集成。

 

 

5 ．知识管理

 

在知识经济的时代，怎样管理并重用已有知识决定了新产品开发的能力和上市速度，设计知识、管理知识以及生产知识等是企业竞争的重要因素，只有一套完备的信息管理系统才能管理大量的知识资源。目前已经有 PDM 供应商提出基于知识管理的系统，如原 SDRC 公司的 Metaphase就称为产品知识管理 (Product   Knowledge   Management ， PKM) 软件。

 

 

数字化建模和虚拟产品开发是 CAD 发展的新阶段，虚拟产品开 (Virtual   Product   Development ， VPD) 是虚拟制造领域中的一个重要内容， PDM Ⅱ 是支持广义企业虚拟产品开发的协同工作环境，它关注的是提供一个具有内在知识的系统，即为不同的人员提供与他们从事的工作相对应的知识。支持虚拟产品开发的 PDM 会快速增长。