PDM的最新進展

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一、PDM的產生

在20世紀的60、70年代，企業(yè)在其設計和生產過程中開始使用CAD、CAM等技術新技術的應用在促進生產力發(fā)展的同時也帶來了新的挑戰(zhàn)。對于制造企業(yè)而言，雖然各單元的計算機輔助技術已經日益成熟，但各自動化單元自成體系，彼此之間缺少有效的信息溝通與協(xié)調，這就是所謂的"信息孤島"問題。在這種情況下，許多企業(yè)已經意識到：實現信息的有序管理將成為它們在未來的競爭中保持領先地位的關鍵因素。

產品數據管理(Product Data Management，PDM)正是在這一背景下產生的一項新的管理思想和技術。PDM可以定義為以軟件技術為基礎，以產品為核心，實現對產品相關的數據、過程、資源一體化集成管理的技術。PDM明確定位為面向制造企業(yè)，以產品為管理的核心，以數據、過程和資源為管理信息的三大要素。

PDM進行信息管理的兩條主線是靜態(tài)的產品結構和動態(tài)的產品設計流程，所有的信息組織和資源管理都是圍繞產品設計展開的，這也是PDM系統(tǒng)有別于其他的信息管理系統(tǒng)，如管理信息系統(tǒng)(MIS)、物料管理系統(tǒng)(MRP)、項目管理系統(tǒng)(Project Management)的關鍵所在。

作為20世紀末出現的技術，PDM繼承并發(fā)展了CIM等技術的核心思想，在系統(tǒng)工程思想的指導下，用整體優(yōu)化的觀念對產品設計數據和設計過程進行描述，規(guī)范產品生命周期管理，保持產品數據的一致性和可跟蹤性。PDM的核心思想是設計數據的有序、設計過程的優(yōu)化和資源的共享。

經過近些年來的發(fā)展，PDM技術已經取得了長足的進步，在機械、電子、航空/航天等領域獲得了普遍的應用。PDM技術正逐漸成為支持企業(yè)過程重組（BPR）、實施并行工程(CE)、CIMS工程和ISO9000質量認證等系統(tǒng)工程的使能技術。

二、PDM的發(fā)展

PDM技術的發(fā)展可以分為以下三個階段：配合CAD工具的PDM系統(tǒng)、專業(yè)PDM產品產生和PDM的標準化階段。

1．配合CAD工具的PDM系統(tǒng)

早期的PDM產品誕生于20世紀的80年代初。在當時，CAD已經在企業(yè)中得到了廣泛的應用，工程師們在享受CAD帶來好處的同時，也不得不將大量的時間浪費在查找設計所需信息上，對于電子數據的存儲和獲取的新方法需求變得越來越迫切了。針對這種需求，各CAD廠家配合自己CAD軟件推出了第一代PDM產品，這些產品的目標主要是解決大量電子數據的存儲和管理問題，提供了維護"電子繪圖倉庫"的功能。第一代PDM產品僅在一定程度上緩解了"信息孤島"問題，仍然普遍存在系統(tǒng)功能較弱、集成能力和開放程度較低等問題。

2．專業(yè)PDM產品

通過對早期PDM產品功能的不斷擴展，最終出現了專業(yè)化的PDM產品，如SDRC公司的Metaphase和UGS的iMAN等就是第二代PDM產品的代表。與第一代PDM產品相比，在第二代PDM產品中出現了許多新功能，如對產品生命周期內各種形式的產品數據的管理能力、對產品結構與配置的管理、對電子數據的發(fā)布和更改的控制以及基于成組技術的零件分類管理與查詢等，同時軟件的集成能力和開放程度也有較大的提高，少數優(yōu)秀的PDM產品可以真正實現企業(yè)級的信息集成和過程集成。第二代PDM產品在技術上取得巨大進步的同時，在商業(yè)上也獲得了很大的成功。PDM開始成為一個產業(yè)，出現了許多專業(yè)開發(fā)、銷售和實施PDM的公司。

3．PDM的標準化階段

1997年2月，OMG組織公布了其PDM Enabler標準草案。作為PDM領域的第一個國際標準，本草案由許多PDM領域的主導廠商參與制訂，如IBM、SDRC、PTC等。PDM Enabler的公布標志著PDM技術在標準化方面邁出了嶄新的一步。PDM Enabler基于CORBA技術，就PDM的系統(tǒng)功能、PDM的邏輯模型和多個PDM系統(tǒng)間的互操作提出了一個標準。這一標準的制訂為新一代標準化PDM產品的發(fā)展奠定了基礎。

三、PDM的功能分析

PDM技術的研究與應用在國外已經非常普遍。目前，全球范圍商品化的PDM軟件有不下100種。這些PDM產品間雖然有許多差異，但一般來說，大多具有以下一些主要功能：

1．電子資料庫和文檔管理

對于大多數企業(yè)來說，需要使用許多不同的計算機系統(tǒng)（主機、工作站、PC機等）和不同的計算機軟件來產生產品整個生命周期內所需的各種數據，而這些計算機系統(tǒng)和軟件還有可能建立在不同的網絡體系上。在這種情況下，如何確保這些數據總是最新的和正確的，并且使這些數據能在整個企業(yè)的范圍內得到充分的共享，同時還要保證數據免遭有意的或無意的破壞，這些都是迫切需要解決的問題。PDM的電子資料庫和文檔管理提供了對分布式異構數據的存儲、檢索和管理功能。

在PDM中，數據的訪問對用戶來說是完全透明的，用戶無需關心電子數據存放的具體位置，以及自己得到的是否是最新版本，這些工作均由PDM系統(tǒng)來完成。電子資料庫的安全機制使管理員可以定義不同的角色并賦予這些角色不同的數據訪問權限和范圍，通過給用戶分配相應的角色使數據只能被經過授權的用戶獲取或修改。同時，在PDM中電子數據的發(fā)布和變更必須經過事先定義的審批流程后才能生效，這樣就使用戶得到的總是經過審批的正確信息。某些PDM系統(tǒng)還具有對異構數據的管理能力，即PDM系統(tǒng)可以對傳統(tǒng)的以非電子化形式存儲的數據進行管理，雖然對這種文件的管理無法達到對PDM內部數據管理的安全程度，但其安全程度至少也不低于傳統(tǒng)的手工管理方式，同時這種管理方法還提供了更好的對非電子化數據進行查找和跟蹤的能力。

2．產品結構與配置管理

產品結構與配置管理是PDM的核心功能之一，利用此功能可以實現對產品結構與配置信息和物料清單（Bill of Materials）的管理。而用戶可以利用PDM提供的圖形化界面來對產品結構進行查看和編輯。在PDM系統(tǒng)中，零部件按照它們之間的裝配關系被組織起來，用戶可以將各種產品定義數據與零部件關聯起來，最終形成對產品結構的完整描述，傳統(tǒng)的BOM也可以利用PDM自動生成。

PDM系統(tǒng)通過有效性和配置規(guī)則來對系列化產品進行管理。有效性分為兩種：結構有效性和版本有效性。結構有效性影響的是零部件在某個具體的裝配關系中的數量，而版本有效性影響的是對零部件版本的選擇。有效性控制有兩種形式：時間有效性和序列數有效性。產品配置規(guī)則也分為兩種：結構配置規(guī)則和可替換件配置規(guī)則。結構配置規(guī)則與結構有效性類似，控制的都是零部件在某個具體的裝配關系中的數量，結構配置規(guī)則與結構有效性可以組合使用；可替換件配置規(guī)則控制的是可替換件組中零件的選擇。

配置規(guī)則是由事先定義的配置參數經過邏輯組合而成。用戶可以通過選擇各配置變量的取值和設定具體的時間及序列數來得到同一產品的不同配置。在企業(yè)中，同一產品的產品結構形式在不同的部門（如設計部門、工藝部門和生產計劃部門）并不相同，因此PDM系統(tǒng)還提供了按產品視圖來組織產品結構的功能。通過建立相應的產品視圖，企業(yè)的不同部門可以按其需要的形式來對產品結構進行組織。而當產品結構發(fā)生更改時，可以通過網絡化的產品結構視圖來分析和控制更改對整個企業(yè)的影響。

3．生命周期（工作流）管理

PDM的生命周期管理模塊管理著產品數據的動態(tài)定義過程，其中包括宏觀過程（產品生命周期）和各種微觀過程（如圖樣的審批流程）。對產品生命周期的管理包括保留和跟蹤產品從概念設計、產品開發(fā)、生產制造直到停止生產的整個過程中的所有歷史記錄，以及定義產品從一個狀態(tài)轉換到另一個狀態(tài)時必須經過的處理步驟。管理員可以通過對產品數據的各基本處理步驟的組合來構造產品設計或更改流程，這些基本的處理步驟包括指定任務、審批和通知相關人員等。流程的構造是建立在對企業(yè)中各種業(yè)務流程的分析結果上的。

4．集成開發(fā)接口

各企業(yè)的情況千差萬別，用戶的要求也是多種多樣的，沒有哪一種PDM系統(tǒng)可以適應所有企業(yè)的情況，這就要求PDM系統(tǒng)必須具有強大的客戶化和二次開發(fā)能力?，F在大多數PDM產品都提供了二次開發(fā)工具包，PDM實施人員或用戶可以利用這類工具包來進行針對企業(yè)具體情況的定制工作。

四、PDM技術分析

1．PDM的系統(tǒng)構造方法

從總體上看，當前PDM產品大多采用分布式的客戶機/服務器(client/server)結構，服務器端負責公共數據的存儲、多用戶的同步等功能，客戶端主要負責與用戶的交互、客戶私有數據的管理等。同時，PDM系統(tǒng)的內部構造是層次化的。PDM系統(tǒng)建立在操作系統(tǒng)、網絡環(huán)境和分布式數據庫的基礎上。對象管理框架是PDM系統(tǒng)的核心模塊，它的重要性一方面在于對象管理框架集中管理了PDM系統(tǒng)中的全部信息實體，另一方面對象管理框架是整個PDM系統(tǒng)信息建模思想的具體體現。所有PDM涉及的實體，如人員、數據、過程以及實體之間的關系最終都是以對象的形式由對象管理框架統(tǒng)一管理。對象管理框架為整個PDM系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的數據管理的基石。建立在對象管理框架之上的是各種PDM系統(tǒng)的功能框架，包括產品結構管理、產品配置管理、集成工具、工作流管理等。

2．PDM系統(tǒng)的基本特征開放與集成

作為企業(yè)產品數據管理的核心，PDM系統(tǒng)應當是一個開放性的系統(tǒng)，開放主要包括數據的開放、功能的開放和系統(tǒng)建模方法的開放。開放性主要表現在可移植性、可擴展性、互操作性、可裁剪性等方面。集成是PDM系統(tǒng)的基礎功能。所謂集成是指PDM系統(tǒng)提供的一組機制，使之能夠和其他軟件工具和系統(tǒng)協(xié)調工作。從系統(tǒng)之間的關系看集成可以分為三個層次：工具的集成、信息的集成和應用的集成。

3.企業(yè)信息建模方法面向對象的方法

面向對象的思想是軟件工程學發(fā)展的結果。從1970年以來，人們從思想理論和設計方法學等各個方面對面向對象的技術進行了廣泛而深入的研究，取得了豐碩的成果。面向對象的思想是以對象的觀點表達信息以及信息之間的關系，對象代表數據和行為的封裝，對象之間通過消息傳遞信息。目前，采用面向對象的分析和設計方法已經成為大型系統(tǒng)軟件設計開發(fā)和實施的大勢所趨。

4．數據庫技術傳統(tǒng)的管理系統(tǒng)大多建立在關系數據庫基礎上。但是關系系統(tǒng)存在語義不豐富、建模手段不足等問題。為了解決這些問題。近年來有關面向對象數據庫、演繹數據庫、知識數據庫的研究正在不斷取得突破，這些發(fā)展都將推動PDM 的進步。

五、PDM新技術的背景90年代末期，PDM技術的發(fā)展出現了一些新動向，在企業(yè)需求和技術發(fā)展的推動下，產生了新一代PDM產品。

1．新的企業(yè)需求長期以來，人們對于企業(yè)功能的分析主要采用這樣的方法：首先界定企業(yè)的職能邊界，確定哪些是企業(yè)本身的職能，哪些不是企業(yè)的職能。然后對于企業(yè)的職能采用"自頂向下"逐層分解的方法，將企業(yè)的功能按照從粗到細進行分解形成企業(yè)的功能分解樹。隨著現代科技飛速發(fā)展，任何企業(yè)要想建立一個大而全的體系都越來越難，任何企業(yè)都要經常與其他企業(yè)進行聯合，甚至許多來自不同企業(yè)的職能部門臨時組織在一起，組成所謂"虛擬企業(yè)"，共同完成某項社會生產任務。這些新的社會生產方式要求人們對于企業(yè)功能的分析思路和方法也有所改變。如果說第二代PDM產品配合了"自頂向下"企業(yè)信息分析方法的話，第三代PDM產品就應當支持以"標準企業(yè)職能"和"動態(tài)企業(yè)"思想為中心的新的企業(yè)信息分析方法。

2．Internet的迅猛發(fā)展近年來，Internet獲得了巨大的發(fā)展，Internet已經深入并影響到我們生活的方方面面，"電子商務"的概念也已經深入人心，我們正在迎來一個網絡時代。Internet的廣泛普及，給企業(yè)傳統(tǒng)經營管理方法帶來巨大沖擊。如何面對網絡時代的挑戰(zhàn)，已經成為了企業(yè)信息化過程中必須面對的問題。

六、PDM的最新技術

1．分布式技術基于網絡的分布式計算技術也是近年來獲得很大進步的技術之一。以分布式計算技術為基礎，基于構件的系統(tǒng)體系結構將逐漸取代模塊化的系統(tǒng)體系結構。在分布式計算技術的標準方面，一直存在著兩大陣營，一個是以OMG組織為核心的CORBA標準，另一個是以微軟為代表的基于DCOM的ActiveX標準。近年來，OMG組織在CORBA 標準的制定和推廣方面付出了巨大的努力，同時許多CORBA標準的產品也在逐漸成熟和發(fā)展；同時由于微軟在操作系統(tǒng)方面的絕對統(tǒng)治地位，ActiveX標準在Windows系列平臺上顯得更加實用，相應的工具也更加成熟。目前這兩大標準的爭奪仍然沒有結束，許多商品化軟件多是同時支持兩個標準。

 2．Java語言Java從出現的第一天就成為計算機界的一個熱點。Java語言具有高度的可移植性、健壯性和安全性等優(yōu)點，這些使它一經推出就獲得了廣泛的支持。Java不僅僅是一種新的計算機語言，同時還是一種移動式的計算平臺。Java語言的"一次編程，到處可用"的特點使它成為了編寫網絡環(huán)境下的移動式構件的最佳選擇。將分布式計算框架和Java技術結合起來將是構造網絡信息系統(tǒng)最理想的模式。

3．基于WEB的PDM系統(tǒng)為了滿足電子商務時代企業(yè)的需求，PDM系統(tǒng)必須架構在Internet/Intranet/Extranet之上，必須提供企業(yè)產品開發(fā)的電子商務解決方案。這是新一代PDM技術和系統(tǒng)PDMIIProduct Development Management的目標，也是解決國內企業(yè)采用PDM系統(tǒng)時所遇問題的基礎。美國MatrixOne公司的eMatrix和PTC公司的Windchill就是這類系統(tǒng)的代表。這類系統(tǒng)是跨越延展供應鏈的產品信息和生命周期過程管理的全面解決方案。它們使企業(yè)能夠以Internet/Intranet的發(fā)展速度快速超越其競爭對手，得到重要的戰(zhàn)略利益。

七、結論

隨著計算機應用的迅速發(fā)展，采用計算機輔助設計技術和先進的信息管理技術是企業(yè)進行技術更新改造、提高產品競爭力的必由之路。據國外資料統(tǒng)計，PDM的應用能使產品設計周期縮短25%，減少工程設計修改4%，加快產品投放市場進度50%～80%，總成本削減25%以上。國外的一些汽車、飛機公司實施PDM系統(tǒng)后均大大提高了企業(yè)的效益。國內據對機電工業(yè)近五百家企業(yè)調查，新產品開發(fā)周期平均達24個月，其中單件、小批量產品的生產技術準備周期約占供貨期的32%，有的高達60%，采用PDM技術后，可縮短生產周期50%-80%。

CIMS示范應用企業(yè)使用PDM新技術后，對減低產品開發(fā)成本、提高設計能力等均取得了明顯的效益。隨著中國信息化進程的發(fā)展，國內應用PDM系統(tǒng)的企業(yè)也越來越多，PDM產品的開發(fā)與應用進入了快速發(fā)展時期。目前，盡管國產PDM產品在功能、性能及穩(wěn)定性方面與國外軟件還有差距，但在適應企業(yè)需求、價格及技術支持等方面已經具有了一定的優(yōu)勢，相信隨著國內PDM生產廠家的不斷努力，國產PDM產品會有更加美好的發(fā)展前景。(itpub)