PDM与企业信息集成

　　一、企业对PDM的需求
　　目前，广大CAD用户一方面从CAD等技术的推广应用中明显地提高了设计能力和图纸质量，特别是采用三维模型设计、有限元分析验证、机构运动仿真等手段、大大地减少了差错、提高了设计质量、降低了返工率；另一方面，由于CAD技术的全面推广，一系列问题又摆在了企业的面前。
　　1.资料管理
　　过去手工设计时，全部图纸资料均由资料室统一管理，自从采用CAD技术以后，大部分资料都存在计算机内，部分工程图纸存放在资料室中。随着CAD技术的不断进步，原有的管理体系代表的生产关系无法适应新的技术的要求，因此给资料管理带来以下问题。
　　(1) 文件查询 设计一个产品会产生出大量的文件和图纸。如设计一架波音737飞机要出46万张图，设计一条万吨轮船要出150万张图，文件量很大。另外，一个系列的新产品必然承老产品中约80%的成果，所以，需经常查阅老产品的设计图纸。大量的设计信息以计算机文件形式存在，这些图纸或文本文件有可能存放在某一设计部门的计算机的某一目录下。用户要查询有关的资料，如果缺乏查找文件的辅助工具，往往要花费大量的精力，浪费宝贵的时间，因而文件的查询成为十分头痛的事情。所以，必须采用计算机查询，能根据项目、设计人、工作阶段、审批状态、日期、类型以及预先定义的各种参数，如材料、重量、加工方法等进行查询，不仅可以查到当前的资料，还可以查到过去的或者类似项目的相应资料。
　　(2) 版本管理 CAD技术使各种资料的修改变得非常方便，但不同的版本为数据的一致性和有效性带来麻烦，如何保证最终使用的是正确版本的图形或图纸就成为至关重要的问题。这就要求计算机详细记录设计、加工过程中原始资料及相应的更改信息，用不同版本描述当前的有效资料，确保正确的人在正确的地方获得正确的信息。
　　(3) 安全保密 产品的全部数据存放在计算机内，这些数据易受到非法调用、修改和泄密，所以，迫切需要解决数据的安全保存和保密问题，以免发生不可挽回的损失，这已成为资料管理中的核心问题。它要求根据计算机系统中各类人员按其担任的不同职责，分别赋予不同的权力，处理不同范围的资料。同样，对资料也设置不同的密级，以保证各类资料不被非法修改和盗用。
　　(4) 数据共享 原来的资料借阅制度已不适应CAD技术的发展，必须解决信息传递和数据共享的问题，以便设计人员充分利用原有的设计成果，使产品标准化、系列化，降低设计、加工成本，提高竞争能力。现在，要实现全部数据以电子文件形式在计算机网络上交流，就要保证数据在权限控制范围内随时可以送到需要该资料的人手中，真正实现数据共享。
　　2.计划管理
　　(1) 审批发放 CAD技术给原来的计划管理带来了很大的冲击。如：计算机文件无法沿用手工签字的方法来进行校对、审批级控制文件的发放。现有的手工审批制度在CAD设计的图形和图纸面前，变得毫无办法，人们不得不把计算机中的二维工程图绘制成图纸，然后再去审批，这就大大抵消了计算机的优势。这是迫切需要解决的问题。
　　(2) 状态标志和信息传递 全部设计工作都在计算机上进行，在计算机外则无法了解各项任务的具体状况以及各项任务的完成状况。出现的问题、相互协调工作等都离不开计算机内的信息。
　　(3) 记录备案 各种审批记录、重要的操作、关键性的决策都需要长期保存，以备查询。
　　3.产品配置管理
　　每一个新产品既承袭了老产品的部分成果，同时，新产品本身又由若干分系统组成，相互之间有一定的约束关系。如何从宏观上把握一个大型复杂产品的整体结构，也是摆在CAD技术应用面前的重大课题。把一个产品或一个组件，按照内部所有零件的数量、性质及相互关系编组，称为配置。产品配置存在如下问题：
　　(1) 结构关联 产品由很多零部件组成。如一辆汽车约有10万个零件，一架飞机由20～100万个零件组成。面对数量如此之多的零件，企业各类人员要查询有关产品的资料，需花费大量的时间；需要形象地描述产品全部数据的相互关系，使产品各分系统之间、分系统内各部件之间的约束关系一目了然。
　　(2) 统一的材料清单 不同部门有不同形的BOM表，企业要花费大量时间和成本才能完成这些报表，而要保证BOM的一致性，则需要投入相当多的人力。如果设计和制造的材料清单不一致，就会造成返工和浪费。在计算机中要随时最新的设计更改状态，自动生成最新的各类材料定单。
　　(3) 系列产品 承袭老产品，开发新产品，构造新的约束关系。同一个零件可以有不同的版本保存在计算机内，分别对应系统产品中的不同型号。例如，不同发电机组在结构树上用不同版本的图纸来代替，就可组成不同容量的电站系统。
　　4.更改管理
　　传统的更改系统完全依靠人工管理，难免发生各种各样的差错。计算机技术应在以下几方面改善更改管理水平。
　　(1) 更改程序 要求制定严格的更改管理制度，避免发生纰漏。
　　(2) 更改影响 要求自动搜索某项更改所涉及的范围，及时给有关人员发送电子邮件，请关注某项更改可能会引起的影响。
　　(3) 自动更改 一旦更改申请得到批准，有关信息将无遗漏地全部得到修改。确保数据库中数据改变之后，其相关引用系统的数据也自动更改。
　　(4) 材料统计 保证统计工作得到最新结果。
　　二、PDM在企业中的地位
　　1.PDM是CAD/CAPP/CAM的集成平台
　　目前，已有许多性能优良的商品化的CAD、CAPP、CAM系统。这些独立的系统分别在产品设计自动化、工艺过程设计自动化和数据编程自动化方面起到了重要的作用。但是，采用这些各自独立的系统，不能实现系统之间信息的自动化传递和交换。用CAD系统进行产品设计的结果是只能输出图纸和有关的技术文档。这些信息，不能直接为CAPP系统所按收，进行工艺过程设计时，还须由人工将这些图样、文档等纸面上的文件转换成CAPP系统所需的输入数据，并通过人机交互方式输入给CAPP系统进行处理，处理后的结果输出成加工工艺规程。
　　而当使用CAM系统进行计算机辅助数控编程时，同样需要人工将CAPP系统输出的纸面文件转换成CAM系统所需的输入文件和数据，然后再输入到CAM系统中。由于各自独立的系统所产生的信息需经人工转换，这不但影响工程设计效率的进一步提高，而且，在人工转换过程中，难免发生错误并给生产带来很大的危害。即使是采用IGES或STEP标准进行数据交换，依然无法自动从CAD中抽取CAPP所必需的全部信息。对于不同的CAM系统，也很难实现从CAPP到CAM通用的信息传递。 CAD系统无法把产品加工信息传递到后续环节，阻碍了计算机应用技术的进一步发展。目前，只有把CAD和生产制造结合成一体，才能进一步提高生产力和加工精度。随着计算机应用的日益广泛和深入，人们很快发现，只有当CAD系统一次性输入的信息能在后续环节(如CAPP、CAM中)一再被应用，才是最经济的。所以，人们首先致力于把已经存在的CAD、CAPP、CAM系统通过工程数据库及有关应用接口，实现CAD/CAM/CAPP的集成，才能实现设计生产的自动化。
　　自70年代起，人们就开始研究CAD、CAPP、CAM之间数据和信息的自动化传递与转换问题，即3C集成技术。目前，PDM系统是最好的3C集成平台。它可以把与产品有关的信息统一管理起来，并将信息按不同的用途分门别类地进行有条不紊的管理。不同的CAD/CAPP/CAM系统都可以从PDM中提取各自所需要的信息，再把结果放回PDM中，从而真正实现3C集成。
　　2.PDM是产品信息传递的桥梁
　　人、财、物、产、供、销六大部门是企业的经营管理与决策部门。目前，人们已将信息管理系统MIS和制造资源规划MRPⅡ集成在一起，成为企业资源计划管理系统(ERP)。PDM作为3C的集成平台，用计算机技术完整地描述了产品整个生命周期的数据和模型，是ERP中有关产品全部数据的来源。PDM是沟通产品设计工艺部部门和管理信息系统及制造资源系统之间信息传递的桥梁，使MIS和MRPⅡ从PDM集成平台自动得到所需的产品信息，如材料清单BOM等，而无需再用人工从键盘一一敲入。ERP也可通过PDM这一桥梁将有关信息自动传递或交换给3C系统。
　　3.PDM支持并行工程与协同工作
　　并行工程以缩短产品开发周期、降低成本、提高质量为目标，把先进的管理思想和先进的自动化技术结合起来，采用集成化和并行化的思想设计产品及其相关过程，在产品开发的早期就充分考虑产品生命周期中相关环节的影响，力争设计一次完成，并且将产品开发过程的其它阶段尽量提前。它在优化的重组产品开发过程的同时，不仅要实现多学科领域专家群体协同工作，而且要求把产品信息和开发过程有机地集成起来，做到把正确的信息、在正确时间、以正确的方式、传递给正确的人。这是目前最高层次的信息管理要求。 PDM作为支持协同工作的使能技术，首先能支持异构计算机环境，包括不同的网络与数据库；其次，能实现产品数据的统一管理与共享，提供单一的产品数据源；第三，PDM能方便地实现对应用工具的封装，便于有效地管理全部应用工具产生的信息，提供应用系统之间的信息传递与交换平台；最后，它可以提供过程管理与监控，为协同工作中的过程集成提供必要的支持。综合上述四个方式，PDM在突出产品数据管理的基础上，正逐步完善其作为制造业领域集成框的功能，为协同工作实施提供更强有力的自动化环境。
　　4.PDM是CIMS的集成框架
　　所谓“集成框架”，是在异构、分布式计算机环境中能使企业内各类应用系统实现信息集成、功能集成和过程集成的软件系统。 信息集成平台的发展经历了计算机通信、局域网络、集中式数据库、分布式数据库等阶段。随着CIMS技术的不断深入发展和应用规模的不断扩大，企业集成信息模型越来越复杂，对信息控制和维护的有效性、可靠性和实时性要求越来越高，迫切需要寻求更高层次上的集成技术，提供高层信息集成管理机制，提高运作效率。 目前，国内外的技术人员对新一代信息集成平台做了大量的研究开发工作，也推出了多种平台，典型的是面向对象数据库及面向对象工程数据库管理系统。虽然这此面向对象技术已部分商品化，但还没有在企业中得到全面应用和成功实施，技术仍不成熟。具有对象特性的数据库二次开发环境，由于其开放性、可靠性等方面明显不足，无法胜行CIMS大规模实施应用的需求。而在关系数据库基础上开发的具有对象特性的PDM系统由于其技术的先进性和合理性，近年来得到了飞速发展和应用，成为新一代信息集成平台中最为成熟的技术，是支持并行工程领域的框架系统。 PDM不仅向ERP自动传递所需的全部产品信息，而且ERP中生成的与产品有关的生产计划、材料、维修服务等信息，也可由PDM系统统一管理和传递。因此，PDM是企业的集成框架。
　　三、PDM的集成
　　(1) CAD/CAPP/CAM的集成
　　从CAD、CAPP、CAM发展来看，他们首先是各自独立发展，然后又彼此靠拢，并试图集成在一起，80年代以后，由于生成发展的需要，集成技术的研究已成为一个突出的问题。能否实现系统之间有效、可靠的集成，所涉及的因素很多。
　　(2) PDM与ERP的集成
　　有关人、财、物、产、供、销的管理信息主要包括管理信息系统MIS和制造资源计划系统MERⅡ。目前，MIS和MRPⅡ以集成在一起，成为ERP。 MIS具有企业经营规划、生产预测、生产成本核算、财务管理、人事管理、车间作业控制和设备管理等功能。制造资源计划系统MRPⅡ包括销售管理、主生产计划、物料需求计划MRP、生产作业计划、采购管理、能力需求计划、数据管理和库存管理等模块。
　　ERP中的许多信息来自CAD/CAPP/CAM系统，除了图形数据外，还应包括：任务进度数据、估计成本、技术指标参数、加工方法、工装、设备需求、能力数据、BOM、工艺定额等。另外，ERP还有来自管理部门的产品数据、工艺数据、开工数据、变更数据、变更原因、库存信息、物料信息、产品测试结果、在制品状态、设备状态信息、加工能力信息。 ERP到CAD/CAPP/CAM之间传递的数据应含有：开发任务书、技术指标、时间要求、修改任务书、任务书审核、计划日期、产品接收报告。
　　从计算机辅助质量管理CAQ到ERP的数据应含有：质量统计、质量检验信息、产品零件报废信息、产品质量报告。 从ERP到CAQ的数据应含有：质量目标、次品报告、用户质量信息、质量处理信息、质量成本信息、生产作业计划、进货计划、工装设备及加工人员情况及各项成本。
　　要保证企业内的全部信息完整、统一，必须将产品信息与MIS和MRPⅡ集成在一起。PDM就是企业全局信息集成框架。
　　2.PDM信息集成模式
　　(1) 封装模式 产品数据的集成就是对产生这些数据的应用程序的集成。为了使不同的应用系统之间能够共享信息以及对应用系统所产生的数据进行统一管理，只要对外部应用系统进行“封装”，PDM就可以对它的数据进行有效管理，将特征数据和数据文件分别放在数据库和文件柜中。
　　所谓“封装”是指把对象的属性和操作方法同时封装在定义对象中。用操作集来描述可见的模块外部接口，从而保证了对象的界面独立于对象的内部表达。对象的操作方法和结构是不可见的，接口是作用于对象上的操作集的说明，这是对象唯一的可见部分。“封装”意味着用户“看不到”对象的内部结构，但可以通过调操作即程序来使用对象，这充分体现了信息隐蔽原则。由于“封装”性，当程序设计改变一个对象类型的数据结构内部表达时，可以不改变在该对象类型上工作的任何程序。“封装”使数据和操作有了统一的管理界面。
　　(2) 接口和集成模式 对于包含产品结构信息的数据，还有其特殊性。因为“封装”不能了解文件内部的具体数据，而PDM的产品结构配置模块必须掌握产品内部的结构关系。PDM集成这类数据有下面两种不同层次的模式。
　　● 接口模式能够根据CAD装配文件中的装配树，自动生成PDM中的产品结构树。通过接口程序破译产品内部的相互关系，自动生成PDM的产品结构树；或者从PDM的产品结构树中提取最新的产品结构关系，修改CAD的装配文件，使两者保持异步一致。
　　● 集成模式通过对CAD的图形数据和PDM产品结构树的详细分析，制定统一的产品数据之间的结构关系，只要其中之一的结构关系发生了变化，则另一个自动随之改变，始终保持CAD的装配关系与PDM产品结构树的同步一致。PDM环境提供了一整套结构化的面向产品对象的公共服务集，构成了集成化的基础，以实现以产品对象为核心的信息集成。
　　● 利用PDM实现用户间的对象共享，应具有统一的数据结构。把PDM看做面向多种CAD软件的通用管理环境，采用标准数据接口来建立PDM的产品配置与多种CAD软件装配结构之间的联系，在同一PDM管理下，多种CAD软件共享同一产品结构。
　　● PDM是CAD/CAPP/CAM的集成平台，是企业全局信息集成的框架。所有用户均在同一PDM工作环境下工作，实现了与站点无关、与硬件无关、与操作系统无关的全新的工作方式。

　　一．PDM技术概述
　　随着CAD技术的普及，越来越多的企业甩掉了图板，提高了设计效率，以往需要用专门的资料库来存储的纸介质技术文件变成了需要用各种软件来进行编辑的电子图文档。这种以文件存储信息的方式在电子图文档数量较小时，查询和编辑都比较方便。但是，随着CAD技术的全面推广，电子文档的管理数量急剧增加，原有的人工图纸资料管理体系已经远远不能适应CAD技术带来的革新，巨大的问题随之而来。例如，查询困难、图档安全性得不到保障，版本不能统一等等。这些问题的出现严重阻碍了CAD技术应用的进一步发展。
　　据调查，由于工程设计到制造系统缺乏产品数据的统一管理，导致产品设计时间增加20%，成本上升10%。 产品数据管理系统（PDM）技术正是为适应CAD技术的管理要求而出现的电子数据资料管理体系。所以产品数据管理技术的应用对于企业是至关重要的。PDM是从90年代初才开始在国际市场上形成软件产品的一项新技术，它是随着计算机应用软件技术，特别是CAD、CAPP、CAM等技术广泛、深入地应用于制造业而产生的。计算机网络和数据库的成熟与普及为PDM的发展奠定了基础，使PDM技术成为实现并行设计及产品的无纸设计/制造的支撑技术。
　　产品数据管理系统（PDM）是企业设计和工艺部门的基础数据平台，但现在PDM的应用已超出了工程设计领域。今天，越来越多的公司已经或正在准备安装PDM系统。据有关统计数字，2000年，PDM市场将达到20亿美元。
　　二．企业为什么需要PDM
　　CAD技术的广泛普及，提高了企业图纸设计效率，但却给产品数据的管理带来了更多的困难。企业产品数据管理主要存在以下问题：
　　信息共享程度低
　　目前，企业的计算机辅助工具都是一些离散孤立的系统，这些互不兼容的软件所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，而常常以不同的格式和介质存储，特别是数据存储于不同的计算机系统中，甚至可能还未联网，从而无法在设计、工艺和制造部门之间有效地实现信息共享与传递。正是由于所使用的软硬件及环境不同，如操作系统、网络环境、数据库、应用系统、数据格式、存储介质及人和组织等，而使企业已有的电子信息共享程度较低。
　　信息传递速度慢
　　在大部分企业中，信息传递主要是通过书面文件、报表及电话等联络方式，因而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设计和制造的进展情况。
　　业务管理落后
　　虽然企业采用了计算机辅助工具，在一定程度上实现了绘图和设计的计算机化，但是，有关产品的其它技术资料依然采用手工管理的方式。另外，在CAD/CAM技术的推广应用中，各种格式的图形、数据、文本等到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，造成了不必要的重复设计。同时，由于缺少迅速有效地检索产品数据文件的手段，而造成设计的复用性差。
　　设计方式陈旧
　　长期以来，产品开发沿用传统的顺序工程方法，遵循“概念设计→详细设计→过程设计→加工制造→实验验证→设计修改”的流程。但由于该方法在设计的早期不能全面地考虑设计下游的可制造性、可装配性、质量保证等多种因素，使所制造的产品存在许多缺陷，这就必然要求对设计进行更改，因而构成了从概念设计到设计修改的大循环，而且还可能在不同的环节多次重复这一过程，造成设计改动量大、产品开发周期长、成本高等状况，难以适应激烈的市场竞争。
　　支撑技术不配套
　　在数据管理方面，企业仍然停留在使用大型商用关系数据库（如Oracle、Sybase、Ingres等）层次上，由于这些数据库不能有效地管理图形、图像等非结构数据，更无法实现过程管理、配置管理以及对应用工具的集成，从而不能在异构与分布式计算机环境中实现企业内各类应用的信息集成、功能集成和过程集成。
　　用集成系统效率不高
　　几乎任何两个不同的应用软件都不能直接分享或交换。CAIMdata公司指出，目前在企业中，每天大约有1/3～1/4的设计、管理工程技术人员不是专心于自己的本职工作，而是在开会讨论、等待或处理各种信息。 因为以上原因，企业需要一个产品数据管理系统，将企业的产品数据有机管理起来。