PDM與企業(yè)信息集成
、企業(yè)對PDM的需求
　　目前，廣大CAD用戶一方面從CAD等技術的推廣應用中明顯地提高了設計能力和圖紙質量，特別是采用三維模型設計、有限元分析驗證、機構運動仿真等手段、大大地減少了差錯、提高了設計質量、降低了返工率；另一方面，由于CAD技術的全面推廣，一系列問題又擺在了企業(yè)的面前。
　　1.資料管理
　　過去手工設計時，全部圖紙資料均由資料室統一管理，自從采用CAD技術以后，大部分資料都存在計算機內，部分工程圖紙存放在資料室中。隨著CAD技術的不斷進步，原有的管理體系代表的生產關系無法適應新的技術的要求，因此給資料管理帶來以下問題。
　　(1) 文件查詢 設計一個產品會產生出大量的文件和圖紙。如設計一架波音737飛機要出46萬張圖，設計一條萬噸輪船要出150萬張圖，文件量很大。另外，一個系列的新產品必然承老產品中約80%的成果，所以，需經常查閱老產品的設計圖紙。大量的設計信息以計算機文件形式存在，這些圖紙或文本文件有可能存放在某一設計部門的計算機的某一目錄下。用戶要查詢有關的資料，如果缺乏查找文件的輔助工具，往往要花費大量的精力，浪費寶貴的時間，因而文件的查詢成為十分頭痛的事情。所以，必須采用計算機查詢，能根據項目、設計人、工作階段、審批狀態(tài)、日期、類型以及預先定義的各種參數，如材料、重量、加工方法等進行查詢，不僅可以查到當前的資料，還可以查到過去的或者類似項目的相應資料。
　　(2) 版本管理 CAD技術使各種資料的修改變得非常方便，但不同的版本為數據的一致性和有效性帶來麻煩，如何保證最終使用的是正確版本的圖形或圖紙就成為至關重要的問題。這就要求計算機詳細記錄設計、加工過程中原始資料及相應的更改信息，用不同版本描述當前的有效資料，確保正確的人在正確的地方獲得正確的信息。
　(3) 安全保密 產品的全部數據存放在計算機內，這些數據易受到非法調用、修改和泄密，所以，迫切需要解決數據的安全保存和保密問題，以免發(fā)生不可挽回的損失，這已成為資料管理中的核心問題。它要求根據計算機系統中各類人員按其擔任的不同職責，分別賦予不同的權力，處理不同范圍的資料。同樣，對資料也設置不同的密級，以保證各類資料不被非法修改和盜用。
　　(4) 數據共享 原來的資料借閱制度已不適應CAD技術的發(fā)展，必須解決信息傳遞和數據共享的問題，以便設計人員充分利用原有的設計成果，使產品標準化、系列化，降低設計、加工成本，提高競爭能力。現在，要實現全部數據以電子文件形式在計算機網絡上交流，就要保證數據在權限控制范圍內隨時可以送到需要該資料的人手中，真正實現數據共享。
　　2.計劃管理
　　(1) 審批發(fā)放 CAD技術給原來的計劃管理帶來了很大的沖擊。如：計算機文件無法沿用手工簽字的方法來進行校對、審批級控制文件的發(fā)放?，F有的手工審批制度在CAD設計的圖形和圖紙面前，變得毫無辦法，人們不得不把計算機中的二維工程圖繪制成圖紙，然后再去審批，這就大大抵消了計算機的優(yōu)勢。這是迫切需要解決的問題。
　　(2) 狀態(tài)標志和信息傳遞 全部設計工作都在計算機上進行，在計算機外則無法了解各項任務的具體狀況以及各項任務的完成狀況。出現的問題、相互協調工作等都離不開計算機內的信息。
　　(3) 記錄備案 各種審批記錄、重要的操作、關鍵性的決策都需要長期保存，以備查詢。
　　3.產品配置管理
　　每一個新產品既承襲了老產品的部分成果，同時，新產品本身又由若干分系統組成，相互之間有一定的約束關系。如何從宏觀上把握一個大型復雜產品的整體結構，也是擺在CAD技術應用面前的重大課題。把一個產品或一個組件，按照內部所有零件的數量、性質及相互關系編組，稱為配置。產品配置存在如下問題：
　(1) 結構關聯 產品由很多零部件組成。如一輛汽車約有10萬個零件，一架飛機由20～100萬個零件組成。面對數量如此之多的零件，企業(yè)各類人員要查詢有關產品的資料，需花費大量的時間；需要形象地描述產品全部數據的相互關系，使產品各分系統之間、分系統內各部件之間的約束關系一目了然。
　　(2) 統一的材料清單 不同部門有不同形的BOM表，企業(yè)要花費大量時間和成本才能完成這些報表，而要保證BOM的一致性，則需要投入相當多的人力。如果設計和制造的材料清單不一致，就會造成返工和浪費。在計算機中要隨時最新的設計更改狀態(tài)，自動生成最新的各類材料定單。
　　(3) 系列產品 承襲老產品，開發(fā)新產品，構造新的約束關系。同一個零件可以有不同的版本保存在計算機內，分別對應系統產品中的不同型號。例如，不同發(fā)電機組在結構樹上用不同版本的圖紙來代替，就可組成不同容量的電站系統。
　　4.更改管理
　　傳統的更改系統完全依靠人工管理，難免發(fā)生各種各樣的差錯。計算機技術應在以下幾方面改善更改管理水平。
　　(1) 更改程序 要求制定嚴格的更改管理制度，避免發(fā)生紕漏。
　　(2) 更改影響 要求自動搜索某項更改所涉及的范圍，及時給有關人員發(fā)送電子郵件，請關注某項更改可能會引起的影響。
　　(3) 自動更改 一旦更改申請得到批準，有關信息將無遺漏地全部得到修改。確保數據庫中數據改變之后，其相關引用系統的數據也自動更改。
　　(4) 材料統計 保證統計工作得到最新結果。
　　二、PDM在企業(yè)中的地位
　　1.PDM是CAD/CAPP/CAM的集成平臺
目前，已有許多性能優(yōu)良的商品化的CAD、CAPP、CAM系統。這些獨立的系統分別在產品設計自動化、工藝過程設計自動化和數據編程自動化方面起到了重要的作用。但是，采用這些各自獨立的系統，不能實現系統之間信息的自動化傳遞和交換。用CAD系統進行產品設計的結果是只能輸出圖紙和有關的技術文檔。這些信息，不能直接為CAPP系統所按收，進行工藝過程設計時，還須由人工將這些圖樣、文檔等紙面上的文件轉換成CAPP系統所需的輸入數據，并通過人機交互方式輸入給CAPP系統進行處理，處理后的結果輸出成加工工藝規(guī)程。
　　而當使用CAM系統進行計算機輔助數控編程時，同樣需要人工將CAPP系統輸出的紙面文件轉換成CAM系統所需的輸入文件和數據，然后再輸入到CAM系統中。由于各自獨立的系統所產生的信息需經人工轉換，這不但影響工程設計效率的進一步提高，而且，在人工轉換過程中，難免發(fā)生錯誤并給生產帶來很大的危害。即使是采用IGES或STEP標準進行數據交換，依然無法自動從CAD中抽取CAPP所必需的全部信息。對于不同的CAM系統，也很難實現從CAPP到CAM通用的信息傳遞。 CAD系統無法把產品加工信息傳遞到后續(xù)環(huán)節(jié)，阻礙了計算機應用技術的進一步發(fā)展。目前，只有把CAD和生產制造結合成一體，才能進一步提高生產力和加工精度。隨著計算機應用的日益廣泛和深入，人們很快發(fā)現，只有當CAD系統一次性輸入的信息能在后續(xù)環(huán)節(jié)(如CAPP、CAM中)一再被應用，才是最經濟的。所以，人們首先致力于把已經存在的CAD、CAPP、CAM系統通過工程數據庫及有關應用接口，實現CAD/CAM/CAPP的集成，才能實現設計生產的自動化。
　　自70年代起，人們就開始研究CAD、CAPP、CAM之間數據和信息的自動化傳遞與轉換問題，即3C集成技術。目前，PDM系統是最好的3C集成平臺。它可以把與產品有關的信息統一管理起來，并將信息按不同的用途分門別類地進行有條不紊的管理。不同的CAD/CAPP/CAM系統都可以從PDM中提取各自所需要的信息，再把結果放回PDM中，從而真正實現3C集成。
　　2.PDM是產品信息傳遞的橋梁
　　人、財、物、產、供、銷六大部門是企業(yè)的經營管理與決策部門。目前，人們已將信息管理系統MIS和制造資源規(guī)劃MRPⅡ集成在一起，成為企業(yè)資源計劃管理系統(ERP)。PDM作為3C的集成平臺，用計算機技術完整地描述了產品整個生命周期的數據和模型，是ERP中有關產品全部數據的來源。PDM是溝通產品設計工藝部部門和管理信息系統及制造資源系統之間信息傳遞的橋梁，使MIS和MRPⅡ從PDM集成平臺自動得到所需的產品信息，如材料清單BOM等，而無需再用人工從鍵盤一一敲入。ERP也可通過PDM這一橋梁將有關信息自動傳遞或交換給3C系統。
　　3.PDM支持并行工程與協同工作
　　并行工程以縮短產品開發(fā)周期、降低成本、提高質量為目標，把先進的管理思想和先進的自動化技術結合起來，采用集成化和并行化的思想設計產品及其相關過程，在產品開發(fā)的早期就充分考慮產品生命周期中相關環(huán)節(jié)的影響，力爭設計一次完成，并且將產品開發(fā)過程的其它階段盡量提前。它在優(yōu)化的重組產品開發(fā)過程的同時，不僅要實現多學科領域專家群體協同工作，而且要求把產品信息和開發(fā)過程有機地集成起來，做到把正確的信息、在正確時間、以正確的方式、傳遞給正確的人。這是目前最高層次的信息管理要求。 PDM作為支持協同工作的使能技術，首先能支持異構計算機環(huán)境，包括不同的網絡與數據庫；其次，能實現產品數據的統一管理與共享，提供單一的產品數據源；第三，PDM能方便地實現對應用工具的封裝，便于有效地管理全部應用工具產生的信息，提供應用系統之間的信息傳遞與交換平臺；最后，它可以提供過程管理與監(jiān)控，為協同工作中的過程集成提供必要的支持。綜合上述四個方式，PDM在突出產品數據管理的基礎上，正逐步完善其作為制造業(yè)領域集成框的功能，為協同工作實施提供更強有力的自動化環(huán)境。
　　4.PDM是CIMS的集成框架
　　所謂“集成框架”，是在異構、分布式計算機環(huán)境中能使企業(yè)內各類應用系統實現信息集成、功能集成和過程集成的軟件系統。 信息集成平臺的發(fā)展經歷了計算機通信、局域網絡、集中式數據庫、分布式數據庫等階段。隨著CIMS技術的不斷深入發(fā)展和應用規(guī)模的不斷擴大，企業(yè)集成信息模型越來越復雜，對信息控制和維護的有效性、可靠性和實時性要求越來越高，迫切需要尋求更高層次上的集成技術，提供高層信息集成管理機制，提高運作效率。 目前，國內外的技術人員對新一代信息集成平臺做了大量的研究開發(fā)工作，也推出了多種平臺，典型的是面向對象數據庫及面向對象工程數據庫管理系統。雖然這此面向對象技術已部分商品化，但還沒有在企業(yè)中得到全面應用和成功實施，技術仍不成熟。具有對象特性的數據庫二次開發(fā)環(huán)境，由于其開放性、可靠性等方面明顯不足，無法勝行CIMS大規(guī)模實施應用的需求。而在關系數據庫基礎上開發(fā)的具有對象特性的PDM系統由于其技術的先進性和合理性，近年來得到了飛速發(fā)展和應用，成為新一代信息集成平臺中最為成熟的技術，是支持并行工程領域的框架系統。 PDM不僅向ERP自動傳遞所需的全部產品信息，而且ERP中生成的與產品有關的生產計劃、材料、維修服務等信息，也可由PDM系統統一管理和傳遞。因此，PDM是企業(yè)的集成框架。
　　三、PDM的集成
　　(1) CAD/CAPP/CAM的集成
　　從CAD、CAPP、CAM發(fā)展來看，他們首先是各自獨立發(fā)展，然后又彼此靠攏，并試圖集成在一起，80年代以后，由于生成發(fā)展的需要，集成技術的研究已成為一個突出的問題。能否實現系統之間有效、可靠的集成，所涉及的因素很多。
　　(2) PDM與ERP的集成
　　有關人、財、物、產、供、銷的管理信息主要包括管理信息系統MIS和制造資源計劃系統MERⅡ。目前，MIS和MRPⅡ以集成在一起，成為ERP。 MIS具有企業(yè)經營規(guī)劃、生產預測、生產成本核算、財務管理、人事管理、車間作業(yè)控制和設備管理等功能。制造資源計劃系統MRPⅡ包括銷售管理、主生產計劃、物料需求計劃MRP、生產作業(yè)計劃、采購管理、能力需求計劃、數據管理和庫存管理等模塊。
　　ERP中的許多信息來自CAD/CAPP/CAM系統，除了圖形數據外，還應包括：任務進度數據、估計成本、技術指標參數、加工方法、工裝、設備需求、能力數據、BOM、工藝定額等。另外，ERP還有來自管理部門的產品數據、工藝數據、開工數據、變更數據、變更原因、庫存信息、物料信息、產品測試結果、在制品狀態(tài)、設備狀態(tài)信息、加工能力信息。 ERP到CAD/CAPP/CAM之間傳遞的數據應含有：開發(fā)任務書、技術指標、時間要求、修改任務書、任務書審核、計劃日期、產品接收報告。
　　從計算機輔助質量管理CAQ到ERP的數據應含有：質量統計、質量檢驗信息、產品零件報廢信息、產品質量報告。 從ERP到CAQ的數據應含有：質量目標、次品報告、用戶質量信息、質量處理信息、質量成本信息、生產作業(yè)計劃、進貨計劃、工裝設備及加工人員情況及各項成本。
　　要保證企業(yè)內的全部信息完整、統一，必須將產品信息與MIS和MRPⅡ集成在一起。PDM就是企業(yè)全局信息集成框架。
　　2.PDM信息集成模式
　　(1) 封裝模式 產品數據的集成就是對產生這些數據的應用程序的集成。為了使不同的應用系統之間能夠共享信息以及對應用系統所產生的數據進行統一管理，只要對外部應用系統進行“封裝”，PDM就可以對它的數據進行有效管理，將特征數據和數據文件分別放在數據庫和文件柜中。
　　所謂“封裝”是指把對象的屬性和操作方法同時封裝在定義對象中。用操作集來描述可見的模塊外部接口，從而保證了對象的界面獨立于對象的內部表達。對象的操作方法和結構是不可見的，接口是作用于對象上的操作集的說明，這是對象唯一的可見部分。“封裝”意味著用戶“看不到”對象的內部結構，但可以通過調操作即程序來使用對象，這充分體現了信息隱蔽原則。由于“封裝”性，當程序設計改變一個對象類型的數據結構內部表達時，可以不改變在該對象類型上工作的任何程序。“封裝”使數據和操作有了統一的管理界面。
　　(2) 接口和集成模式 對于包含產品結構信息的數據，還有其特殊性。因為“封裝”不能了解文件內部的具體數據，而PDM的產品結構配置模塊必須掌握產品內部的結構關系。PDM集成這類數據有下面兩種不同層次的模式。
● 接口模式能夠根據CAD裝配文件中的裝配樹，自動生成PDM中的產品結構樹。通過接口程序破譯產品內部的相互關系，自動生成PDM的產品結構樹；或者從PDM的產品結構樹中提取最新的產品結構關系，修改CAD的裝配文件，使兩者保持異步一致。
　　● 集成模式通過對CAD的圖形數據和PDM產品結構樹的詳細分析，制定統一的產品數據之間的結構關系，只要其中之一的結構關系發(fā)生了變化，則另一個自動隨之改變，始終保持CAD的裝配關系與PDM產品結構樹的同步一致。PDM環(huán)境提供了一整套結構化的面向產品對象的公共服務集，構成了集成化的基礎，以實現以產品對象為核心的信息集成。
　　● 利用PDM實現用戶間的對象共享，應具有統一的數據結構。把PDM看做面向多種CAD軟件的通用管理環(huán)境，采用標準數據接口來建立PDM的產品配置與多種CAD軟件裝配結構之間的聯系，在同一PDM管理下，多種CAD軟件共享同一產品結構。
● PDM是CAD/CAPP/CAM的集成平臺，是企業(yè)全局信息集成的框架。所有用戶均在同一PDM工作環(huán)境下工作，實現了與站點無關、與硬件無關、與操作系統無關的全新的工作方式。


第二節(jié) PDM與企業(yè)信息集成---企業(yè)為什幺需要PDM系統


一．PDM技術概述
　　隨著CAD技術的普及，越來越多的企業(yè)甩掉了圖板，提高了設計效率，以往需要用專門的資料庫來存儲的紙介質技術文件變成了需要用各種軟件來進行編輯的電子圖文檔。這種以文件存儲信息的方式在電子圖文檔數量較小時，查詢和編輯都比較方便。但是，隨著CAD技術的全面推廣，電子文檔的管理數量急劇增加，原有的人工圖紙資料管理體系已經遠遠不能適應CAD技術帶來的革新，巨大的問題隨之而來。例如，查詢困難、圖檔安全性得不到保障，版本不能統一等等。這些問題的出現嚴重阻礙了CAD技術應用的進一步發(fā)展。
　　據調查，由于工程設計到制造系統缺乏產品數據的統一管理，導致產品設計時間增加20%，成本上升10%。 產品數據管理系統（PDM）技術正是為適應CAD技術的管理要求而出現的電子數據資料管理體系。所以產品數據管理技術的應用對于企業(yè)是至關重要的。PDM是從90年代初才開始在國際市場上形成軟件產品的一項新技術，它是隨著計算機應用軟件技術，特別是CAD、CAPP、CAM等技術廣泛、深入地應用于制造業(yè)而產生的。計算機網絡和數據庫的成熟與普及為PDM的發(fā)展奠定了基礎，使PDM技術成為實現并行設計及產品的無紙設計/制造的支撐技術。
　　產品數據管理系統（PDM）是企業(yè)設計和工藝部門的基礎數據平臺，但現在PDM的應用已超出了工程設計領域。今天，越來越多的公司已經或正在準備安裝PDM系統。據有關統計數字，2000年，PDM市場將達到20億美元。
　　二．企業(yè)為什幺需要PDM
　　CAD技術的廣泛普及，提高了企業(yè)圖紙設計效率，但卻給產品數據的管理帶來了更多的困難。企業(yè)產品數據管理主要存在以下問題：
　　信息共享程度低
　　目前，企業(yè)的計算機輔助工具都是一些離散孤立的系統，這些互不兼容的軟件所產生的數據不能統一由一個企業(yè)級的計算機軟件系統來管理，而常常以不同的格式和介質存儲，特別是數據存儲于不同的計算機系統中，甚至可能還未聯網，從而無法在設計、工藝和制造部門之間有效地實現信息共享與傳遞。正是由于所使用的軟硬件及環(huán)境不同，如操作系統、網絡環(huán)境、數據庫、應用系統、數據格式、存儲介質及人和組織等，而使企業(yè)已有的電子信息共享程度較低。
　　信息傳遞速度慢
　　在大部分企業(yè)中，信息傳遞主要是通過書面文件、報表及電話等聯絡方式，因而無法及時收集工藝和制造過程中的反饋信息，不能實時反映設計過程中的變化，甚至隨時跟蹤整個產品設計和制造的進展情況。
　　業(yè)務管理落后
　　雖然企業(yè)采用了計算機輔助工具，在一定程度上實現了繪圖和設計的計算機化，但是，有關產品的其它技術資料依然采用手工管理的方式。另外，在CAD/CAM技術的推廣應用中，各種格式的圖形、數據、文本等到文件還是沿用過去對紙質文件的管理方法，對文件缺乏有效的版本管理，造成了不必要的重復設計。同時，由于缺少迅速有效地檢索產品數據文件的手段，而造成設計的復用性差。
　　設計方式陳舊
　　長期以來，產品開發(fā)沿用傳統的順序工程方法，遵循“概念設計→詳細設計→過程設計→加工制造→實驗驗證→設計修改”的流程。但由于該方法在設計的早期不能全面地考慮設計下游的可制造性、可裝配性、質量保證等多種因素，使所制造的產品存在許多缺陷，這就必然要求對設計進行更改，因而構成了從概念設計到設計修改的大循環(huán)，而且還可能在不同的環(huán)節(jié)多次重復這一過程，造成設計改動量大、產品開發(fā)周期長、成本高等狀況，難以適應激烈的市場競爭。
　　支撐技術不配套
在數據管理方面，企業(yè)仍然停留在使用大型商用關系數據庫（如Oracle、Sybase、Ingres等）層次上，由于這些數據庫不能有效地管理圖形、圖像等非結構數據，更無法實現過程管理、配置管理以及對應用工具的集成，從而不能在異構與分布式計算機環(huán)境中實現企業(yè)內各類應用的信息集成、功能集成和過程集成。
　　用集成系統效率不高
　　幾乎任何兩個不同的應用軟件都不能直接分享或交換。CAIMdata公司指出，目前在企業(yè)中，每天大約有1/3～1/4的設計、管理工程技術人員不是專心于自己的本職工作，而是在開會討論、等待或處理各種信息。 因為以上原因，企業(yè)需要一個產品數據管理系統，將企業(yè)的產品數據有機管理起來。

PDM與企業(yè)信息集成