基于Web的PDM協(xié)同設(shè)計(jì)的研究與實(shí)踐

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PDM（Product Data Management即產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）是在上個(gè)世紀(jì)80年代，為了方便制造企業(yè)大量的工程圖紙和技術(shù)文檔的管理而逐漸產(chǎn)生和發(fā)展起來的。傳統(tǒng)的PDM以管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)為核心，其主要功能是實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)資料的管理。但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在制造企業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，尤其是近幾年來個(gè)性化、多元化的消費(fèi)需求使得市場(chǎng)快速多變，企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，這就要求在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中要同時(shí)從專業(yè)的角度和用戶的角度來考慮產(chǎn)品的質(zhì)量、功能、裝配、設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)、使用性能和壽命。而產(chǎn)品設(shè)計(jì)的開發(fā)人員不可能在各個(gè)方面都很專業(yè)，他們之間需要合作，進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間以降低成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。在傳統(tǒng)PDM的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)異地異域環(huán)境下的基于Web的協(xié)同設(shè)計(jì)是解決這一問題的關(guān)鍵。

對(duì)基于Web的PDM協(xié)同設(shè)計(jì)的研究是目前國內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)，并取得了一定的成就，現(xiàn)在市面上有一些支持這一功能的軟件，如工作流管理軟件、群組編輯器、電子郵件和同步調(diào)試工具等，但這些軟件只能在不同程度上支持產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)過程中的某一部分，而企業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)是面向產(chǎn)品生命周期的，這些軟件并不能有效地支持企業(yè)產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，更不會(huì)是與企業(yè)開發(fā)環(huán)境完美組合的組件。所以研究與開發(fā)設(shè)計(jì)一個(gè)與企業(yè)產(chǎn)品生命周期緊密結(jié)合的基于Web的分布式的PDM協(xié)同設(shè)計(jì)軟件非常有必要。

1 協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

協(xié)同設(shè)計(jì)采用的是并行工程，它從根本上解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中串行設(shè)計(jì)工程反饋信息滯后的弊端，最優(yōu)地解決企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程中各不同時(shí)段的數(shù)據(jù)共享、資源協(xié)調(diào)問題，解決不同的設(shè)計(jì)人員之間的對(duì)話與通信等交互問題。綜上基于web的PDM協(xié)同設(shè)計(jì)的開發(fā)環(huán)境的構(gòu)造需要跨學(xué)科的、集成的、范圍較廣的技術(shù)支持。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與普及為PDM協(xié)同設(shè)計(jì)的物理環(huán)境設(shè)計(jì)奠定了一定基礎(chǔ)，其中最為關(guān)鍵的技術(shù)是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作。

1.1產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM

PDM是如今企業(yè)進(jìn)行重構(gòu)和發(fā)展不可缺少的結(jié)構(gòu)技術(shù)，它從產(chǎn)品數(shù)據(jù)的觀點(diǎn)出發(fā)，將整個(gè)企業(yè)作為一個(gè)整體來考慮，利用計(jì)算有效地控制產(chǎn)品開發(fā)的全過程，合理有效地協(xié)調(diào)和管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)的概念設(shè)計(jì)、計(jì)算分析、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝流程設(shè)計(jì)、加工制造、銷售維護(hù)、產(chǎn)品消亡等整個(gè)生命周期內(nèi)各階段的有關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)它們按一定的數(shù)學(xué)模式進(jìn)行定義，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對(duì)物理模式和邏輯模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，以使產(chǎn)品數(shù)據(jù)在企業(yè)內(nèi)保持一致、最新、共享及安全。

PDM是實(shí)施基于Web的協(xié)同設(shè)計(jì)的環(huán)境基礎(chǔ)，它可為各不同應(yīng)用軟件之間的信息集成提供支持框架。通過消除邏輯上孤立的信息孤島集，將結(jié)構(gòu)化的、非結(jié)構(gòu)化的、邏輯上異構(gòu)的、物理上分離的各種數(shù)據(jù)集成在同一平臺(tái)上，從而實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)之間信息、知識(shí)資源的共享、交換，減少數(shù)據(jù)的冗余。雖然PDM能很好地監(jiān)視和控制設(shè)計(jì)過程，保證信息流的正常流動(dòng)，在一定程度上支持并行工程技術(shù)，但是僅它本身還不能完全有效地支持協(xié)同開發(fā)的全過程。它還需要與計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作結(jié)合起來。

1.2計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作

計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作（Computer Supposed Cooperative Work，cscw）是通過計(jì)算機(jī)信息科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)、通信與多媒體技術(shù)等將分布于不同的地理位置的或不同結(jié)構(gòu)協(xié)作成員有機(jī)地組合起來，解決它們協(xié)作中的各種不一致和沖突因素，實(shí)現(xiàn)協(xié)作過程中的交互，全方位地為具有共同任務(wù)的協(xié)作成員提供一個(gè)共享的環(huán)境接口。CSCW具有分布性、動(dòng)態(tài)性、交互性、協(xié)作性、沖突性和多樣性等特點(diǎn)，這也是基于Web的PDM的協(xié)同設(shè)計(jì)的特性。

CSCW的產(chǎn)品稱為群件（GroupWare），目前影響較大的有工作流管理系統(tǒng)、電子郵件系統(tǒng)、多媒體會(huì)議系統(tǒng)、群決策支持系統(tǒng)等，但使用該項(xiàng)技術(shù)需要系統(tǒng)本身具有較強(qiáng)的產(chǎn)品開發(fā)與分析評(píng)估能力。

2 協(xié)同設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

2.1協(xié)同設(shè)計(jì)的系統(tǒng)構(gòu)架

以上關(guān)鍵技術(shù)的分析為基于Web的PDM協(xié)同設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持，再結(jié)合企業(yè)協(xié)同開發(fā)的特點(diǎn)，特設(shè)計(jì)了如圖1所示的系統(tǒng)框架。

從圖中可以看出該系統(tǒng)框架主要分為三層：web通信層、PDM協(xié)同層和用戶接口層。Web通信層是協(xié)同過程中不同的開發(fā)人員組織多媒體會(huì)議、信息傳送的技術(shù)基礎(chǔ)。

用戶接口層為各不同層次的用戶提供了一個(gè)友好的人機(jī)交互界面。

PDM協(xié)同層是系統(tǒng)的核心層，它本身又分為兩層：管理層和協(xié)調(diào)層。其中管理層主要包括用來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)視圖的定義和管理的統(tǒng)一產(chǎn)品信息標(biāo)準(zhǔn)模型；另外還包括系統(tǒng)知識(shí)庫、產(chǎn)品配置、工作流程和文檔等產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理。

基于Web的PDM協(xié)同設(shè)計(jì)是跨部門、跨地區(qū)、跨學(xué)科的生產(chǎn)，不同的設(shè)計(jì)開發(fā)人員之間的沖突是難免的，協(xié)調(diào)層的主要作用是進(jìn)行約束的定義及沖突的消解。協(xié)同設(shè)計(jì)具有一定的相對(duì)性和不確定性，即設(shè)計(jì)人員之間的協(xié)同不是絕對(duì)的，協(xié)同時(shí)間也沒有嚴(yán)格的界限，可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行協(xié)同，又由于在協(xié)同的時(shí)間不同的參與人員具有不同的工作經(jīng)驗(yàn)、不同的科學(xué)背景以及不同的設(shè)計(jì)角度，因而協(xié)同合作過程中的沖突也是難免的，如一個(gè)理論上很合理的CAD設(shè)計(jì)可能就不符合實(shí)際的CAM加工工藝要求。為了提高企業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)效率，在系統(tǒng)建模開發(fā)的進(jìn)程中就應(yīng)從功能約束、資源約束、物理約束等幾個(gè)方面對(duì)可能存在的約束建立約束網(wǎng)絡(luò)，并提供相應(yīng)的沖突協(xié)調(diào)方案。

2.2協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境的構(gòu)造

首先是PDM系統(tǒng)的選擇，由于AutoCAD和Pro／E是目前制造企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的兩大主要軟件，而美國PTC公司的Pro／Intralink，它既封裝了Pro／E又支持AutoCAD技術(shù)，且功能強(qiáng)大，可以對(duì)數(shù)據(jù)文件和原數(shù)據(jù)信息對(duì)象進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)配置及產(chǎn)品生命周期等進(jìn)行管理，也可對(duì)源代碼進(jìn)行控制，并能追蹤系統(tǒng)用戶之間對(duì)產(chǎn)品所做的變更，動(dòng)態(tài)地將這些變更信息通知到相關(guān)的設(shè)計(jì)者，實(shí)現(xiàn)在CAD環(huán)境下動(dòng)態(tài)地更新零部件的功能，所以選擇Pro／Intralink作為PDM系統(tǒng)以便于與企業(yè)中已有的技術(shù)接口。Pro／IntrMink為用戶提供了一個(gè)既可以借鑒其他用戶工作信息又可以檢驗(yàn)本身工作狀況的協(xié)同環(huán)境。雖然Pro／Intralink的功能比較強(qiáng)大，但是由于它的協(xié)同環(huán)境是以授權(quán)控制為基礎(chǔ)的，所以在使用前要進(jìn)行合理的定位，要科學(xué)地定義產(chǎn)品的不同設(shè)計(jì)階段、產(chǎn)品的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，工作流程等。  

2.3應(yīng)用實(shí)例

基于Web的PDM協(xié)同設(shè)計(jì)在與CorBA分布式架構(gòu)和Java技術(shù)結(jié)合的基礎(chǔ)上，為新飛冰箱廠提供了一種先進(jìn)的Browser／Server模式的協(xié)同產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。圖2為新飛冰箱廠模具中心的PDM系統(tǒng)流程。該系統(tǒng)主要是通過Pro／Intralink的API函數(shù)與CAD、CAM和CAPP集成來實(shí)現(xiàn)的，通過調(diào)用集成數(shù)據(jù)庫中的統(tǒng)一產(chǎn)品信息模型標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)議信息、工作流信息、管理信息、約束定義及協(xié)調(diào)信息等，按照一定的知識(shí)規(guī)則，管理和約束著用戶提交和獲取的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)時(shí)，采用的是Windows2000 Server操作系統(tǒng)、SQL Server2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和Windows2000 Server下的NTFS文件系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，有關(guān)人員可以通過自己的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄、授權(quán)、批注簽字和查詢等一系列的功能；原有的產(chǎn)品圖評(píng)審和設(shè)計(jì)評(píng)審已由普通會(huì)議改為由NetMeeting集成實(shí)現(xiàn)的通過計(jì)算機(jī)對(duì)話的多媒體會(huì)議；圖紙的發(fā)放也由原來的中心檔案室發(fā)放改為在一定權(quán)限控制下的數(shù)據(jù)文件共享；產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)的過程及管理由原來人工管理的串行模式轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)輔助管理的并行模式。

該系統(tǒng)的應(yīng)用縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了市場(chǎng)的占有率。從圖3可以看出在開發(fā)同等質(zhì)量、技術(shù)水平的同類產(chǎn)品時(shí)，新飛冰箱廠的產(chǎn)品要比其他沒有應(yīng)用該系統(tǒng)的企業(yè)市場(chǎng)成熟期長(zhǎng)，占有率高。

3結(jié)束語

基于Web的PDM協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)將制造企業(yè)中異異構(gòu)的數(shù)據(jù)環(huán)境集成起來，能夠滿足制造企業(yè)整個(gè)品開發(fā)生命周期各個(gè)層次開發(fā)過程的需求，從而實(shí)了企業(yè)信息管理的一體化方案，實(shí)現(xiàn)了信息和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)地交流與共享。實(shí)際應(yīng)用證明了該系統(tǒng)功能齊全、技術(shù)先進(jìn)，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，促進(jìn)了設(shè)計(jì)人員之間不同程度的協(xié)作，提高了工作效率，并將對(duì)企業(yè)走向國際化具有深遠(yuǎn)的影響意義。本系統(tǒng)適合于在經(jīng)濟(jì)實(shí)力比較強(qiáng)的各大中型企業(yè)中推廣應(yīng)用。（萬方數(shù)據(jù)）