PDM技術概述

本章簡要介紹了 PDM 的概念、體系結構、功能以及發展趨勢。

 

2 ． 1PDM 的概念及發展背景

 

與 ERP 或 MRP Ⅱ 相比較，人們對 PDM 的瞭解相對較少。人們常常會問及以下一些問題： PDM 和 ERP 是什麼關係 ?PDM 能包含 ERP 或 ERP 能包含 POM 嗎 ? 。 PDM 是以軟體技術為基礎，以產品為核心，實現對產品相關的資料、過程、資源一體化整合管理的技術。

 

 

PDM 明確定位為面向製造企業。以產品為管理的核心，以資料、過程和資源為管理資訊的三大要素。 PDM 進行資訊管理的兩條主線是靜態的產品結構和動態的產品設計流程，所有的資訊組織和資源管理都是圍繞產品設計展開的，這也是 PDM 系統有別於其他的資訊管理系統，如企業資訊管理系統 (MIS) 、製造資源計劃 (MRP Ⅱ ) 、 系統 (PM) 、企業資源計劃 (ERP) 的關鍵所在。

 

 

2 ． 1 ． 1PDM 的定義

PDM 是 (Product   Data   Management) 的英文縮寫。 1995 年 2 月 CIMdata 給出的權威定義是： “ PDM 是一種幫助工程師和其他人員管理產品資料和產品研發過程的工具。 PDM 確保跟蹤設計、製造所需的大量資料和資訊，並由此支援和維護產品”。 PDM 的核心功能如圖 2 - 1 所示。主要模組示意圖如圖 2 - 2 、圖 2 - 3 、圖 2-4 。

 

圖 2-1PDM 的核心功能

 

圖 2-2PDM 存取管理

 

圖 2-3PDM 過程管理

 

圖 2 - 4PD M 資料管理

 

 

從軟體來看， PDM 是一個介於基礎資訊結構軟體和應用軟體之間的一種框架軟體系統。以此框架為基礎，高度整合各種應用而組成的系統，可給製造者提供全面管理、緊密跟蹤、適度控制、適時檢視圍繞產品設計、開發及整個工程過程中的所有與產品相關的資料。

 

 

從產品來看， PDM 可幫助組織產品設計，完善產品結構修改，跟蹤進展中的設計概念，及時方便地找出存檔資料以及相關產品資訊。從過程來看， PDM 可協調組織整個產品生命週期內諸如設計審查、批准、變更、工作流最佳化以及產品釋出等過程事件。

 

一個能夠滿足企業各方面應用的 PDM 產品應具有的九大功能，包括文件管理、工作流和過程管理、產品結構與配置管理、檢視和批註、掃描和影像服務、設計檢索和零件庫、專案管理、電子協作、工具與“整合件”功能。

 

 

2 ． 1 ． 2PDM 的發展背景

 

80 年代初，很多已經廣泛深入計算機工程應用領域的企業發現，企業的發展正受到以紙質檔案為基礎的資料系統的嚴重阻礙。這主要表現在：

1 ．資訊共享程度低。企業的計算機輔助工具都是一些離散孤立的系統，由這些互不相容的軟體產生的資料不能統一由一個企業級的計算機軟體系統來管理，因而無法在設計、工藝、製造以及管理部門之間有效地實現資訊共享與傳遞。

 

2 ．資訊傳遞速度慢。大部份企業的資訊傳遞主要是透過書面檔案、報表及電話聯絡方式，無法及時收集工藝和製造過程中的反饋資訊，不能實時反映設計過程中的變化，甚至隨時跟蹤整個產品的設計和製造的進展情況。

 

3 ．業務管理落後。雖然企業採用計算機輔助工具在一定程度上實現了產品設計開發的計算機化，但是有關產品的其他技術資料依然採用手工管理的方式。另外，由於 CAD / CAM 技術推廣應用，各種格式的圖形、資料、文字等檔案還是沿用過去對紙質檔案的管理方法，對檔案缺乏有效的版本管理，造成不必要的重複設計。由於缺少迅速有效的產品資料的檢索手段，也造成設計的重用程度差。

 

4 ．應用整合系統效率不高。幾乎任何兩個不同的應用軟體都不可直接分享或交換。 CIMdata 公司指出：“目前，在企業中每天大約有 1 / 3 到 1 / 4 的設計、管理工程技術人員不是專心於自己的本職工作，而是開會、討論、等待或處理各種資訊。”

 

 

據英國的調查，由於設計製造缺乏產品資料的統一管理，導致產品工時增加 20 ％，成本上升 10 ％。美國 INGERSOLL 公司曾分析了在傳統的製造企業中，產品生產的“時間組成”。結果表明：對一個機械零件來說，只有 5 ％的時間是在機床上， 95 ％的時間零件在不同的地方和不同的機床之間運輸和等待，如圖 2 - 5 所示。而這 5 ％的時間中僅 30 ％的時間是切削時間。

 

圖 2 - 5 零件在制過程的時間組成

 

 

針對產品資料管理的這種需要， 80 年代後期出現了第一代商品化的 PDM 。這些 PDM 的基礎是資料庫系統，提供資料安全性、檔案貯存、修正檢控、分類、告知和應用整合等多種功能，並簡化工程過程 ( 產品開發、資源配置、加工製造、計劃排程等等 ) 。

 

 

早期的 PDM 大多是針對“下游”的工程過程，即從最初將產品設計釋出給製造開始，經過製造過程，一直到產品廢棄為止，在此期間，用 PDM 來採集和管理工程產品資料。

 

 

這是因為製造部門一直把降低產品成本和改進整個製造過程當作奮鬥目標，不少企業也在積極推廣應用準時制 (Just - In - Time ， JIT) 、全面質量管理 (Total - Quality - Control ， TQC) 和基於活動的成本預算 (Activity - Based - Costing ， ABC) 生產方式，這些都離不開對產品資料實行有效和科學的管理。

 

 

就工程產品資料而言，既涉及由設計釋出給製造的最初資料，又涉及由製造執行工程變更這一過程的資料。因此，早期開發的 PDM 都是以製造為目標。這些系統的主要工程過程管理能力分成“釋出管理”和“變更管理”兩大類。然而，在最近幾年，產品生命週期的其他方面也成為改進的目標。

 

 

對應這些新的目標，開發了第二代 PDM 。第二代 PDM 支援整個產品生命週期，從最初的產品設計概念一直到產品廢棄為止。這些系統在多變的概念設計階段以及在更好地確定工程變更中支援並行工程實踐，並且具有工作流程的管理功能。透過這些新的 PDM ，使用者可以共享最新的、預釋出的工程資料，而且按照預定的規則，可以智慧、靈活地控制這種資料的流動。

 

 

因此， PDM 技術在 90 年代得到了迅猛發展，國際上許多大型企業正逐漸接受 PDM 並把它作為支援業務流程再造 (Business   Process   Reengineering ， BPR) 、並行工程 (Concurrent   Engineering ， CE) 、 IS09000 認證等的使能技術。 1994 年波音、休斯、羅爾羅依斯、賓士、德州儀器、摩托羅拉這些行業領頭羊紛紛投入巨資實簏 PDM 作為保持企業競爭力的重要手段。

 

 

2 ． 2PDM 的體系結構

 

PDM 是一種使能技術，它有助於工作小組、部門、科室或企業在整個產品生命 週期內對產品資料和開發過程實施管理。 PDM 的功能是用於管理在整個產品生命周 期內所有與產品有關的資訊，它是一組整合的應用，可以在產品設計、生產、市場 營銷上提高工作人員工作效率和過程執行效率。

 

 

從 PDM 的實現技術上講，大多數 PDM 採用了客戶 / 伺服器 (client / Server ， C / S ) 體系結構，需要資料庫技術保證資料的儲存和管理。需要網路技術提供資料的通訊 和傳遞。一個包括應用和資料兩方面的PDM典型體系結構如圖 2 - 6所示。

 

 

PDM 應用體系結構分成三個層次：

1 ．使用者應用層。提供給系統使用者實際功能和一個一致的、友好的使用者介面， 由環境管理器、應用功能單元和應用服務單元三個功能組成；

 

2 ．系統整合層。提供透過一致的介面，以一種與地點無關的方式，訪問分佈 式網路的功能，還提供訪問儲存在不同物理裝置上的 一 致的資料邏輯描述，它由通 信服務、計算服務、描述服務、安全性服務以及資料服務五個功能組成：

 

圖 2 - 6PDM 體系結構

 

 

3 ．支撐系統層。提供透過網路連線的分佈輸入 / 輸出裝置、計算機之間基本的 計算和通訊服務，由輸入 / 輸出、計算、通訊網路三個功能組成。

 

 

PDM 資料體系結構也分成三個層次：

1 ．支撐層。支撐層為 PDM 實施的基礎，主要包括資料庫管理系統和網路 ( 軟硬體 ) ，這些為 PD M 的實施提供了物質和技術上的支援。

 

2 ．維護層。維護層主要完成 PDM 的維護工作，包括靜態組織的管理、專案的管理。這些模組主要完成系統安全性的控制等，保證應用 PDM 時能順利進行。

 

3 ．核心層。核心層是 PDM 實施的核心部分，也是使用者主要面對的模組。核心層包括 文件管理 、 、 流程管理 、工程資料庫管理、應用軟體封裝以及介面管理系統。其中文件管理為產品結構管理和流程管理的支撐，也即後兩者所產生的文件由文件管理來控制。這是保證 PDM 實施的有利保證。

 

 

圖 2 - 7 是美國 SDRC 的 MetaphaseSeries2 ． X 系統體系結構，同樣可以分成相 應的支撐系統層、系統整合層和使用者應用層。

 

圖 2 - 7MetaphaseSeries2 ． x 的體系結構

 

 

2 ． 3PDM 的功能

 

PDM 的功能模型如圖 2-8 所示。

 

圖 2 - 8PDM 功能模型

 

 

應用功能是 PDM 系統應用於產品開發環境中直接使用的使用者化功能。

 

1 ．資料與文件管理

 

具有安全機制的電子倉庫是 PDM 最基本的功能，是 P D M 實現管理的基礎。電子倉庫有三種層次。各自具有不同的特點：第一層是集中存貯、遠端登入，資料集中、安全，訪問速度慢；第二層是互聯的電子倉庫，區域性速度快，域間速度較慢；第三層具有局域和複製檔案功能的虛擬電子倉庫，這種方式存在資料的冗餘。

 

 

資料與文件管理的主要功能有：分散式檔案管理、分散式電子倉庫 (Vault) 、檔案的檢入 / 檢出 (check - in / check - out) 、屬性搜尋機制、動態瀏覽與導航機制、全機制、程式與工作流管理、資料變化過程和資料的流動、幫助改進和最佳化產品的開發過程。

 

過程與工作流管理的主要功能有：面向任務的工作流管理、基於規則的結構化任務流、觸發 / 警告 / 提醒機制、電子郵件介面、圖形化工作流設計工具、工程更改管理。

 

 

2 ．產品結構與配置管理

 

產品結構與配置管理提供了可以進行資料管理的結構，建立必須控制的資料關係，使得 PDM 要素的變化及其影響可訪問。產品結構與配置管理的主要功能有： BOM 建立、版本生成與修訂控制管理、多檢視 BOM 建模與管理、與 MRP Ⅱ / ERP 系統整合、規則推動的配置管理、零部件分類庫管理。

 

 

基於 一 定的分類方法，建立標準件、常用件的分類庫，以利於設計再利用，零部件分類庫管理的主要功能有：零部件庫介面、電子文件屬性編碼、基於設計內容的再利用。

 

 

系統功能是指為實現應用功能所提供的底層支援功能，主要包括：分散式通訊功能、資料轉換功能、影像服務功能、掃描與圖形處理、圈閱與註釋功能 ( 支援多種資料和文件標準，與適用的 CAD 系統的檔案介面，對圖檔的註釋 ) 、系統整合功能；配置功能。

 

 

2 ． 4PDM 的發展趨勢

 

表 2 - 1 給出了從 PDM 發展初期到未來五年 PDM 在體系結構上的發展歷史和方向。由於資訊科技和電子商務的發展， PDM 必然會走向面向產品全生命週期的支援協同商務的平臺模式，網路技術在 PDM 中的應用會越來越深入。

 

 

PDM 與 ERP 的功能也會相互滲透， PDM 的功能會越來越多、越來越強大， PDM 必須提供完善的介面和上游、下游以及應用軟體充分整合，完成對產品全生命週期 (Productover   Lifecycle   Management ， ) 的定義的資訊管理。 PDM 總體上向標準化、網路化、整合化方面發展。

 

 

1 ．基於網路平臺及支援資訊模型轉換

 

在 PDM 中透過 Web 技術實現全球化的資訊查詢、瀏覽、建立與更新才是廣義企業所需要的，可以透過 Internet 實現全球化的虛擬企業的資訊管理。另一方面，由於各部門使用的系統功能不一樣，建立的資訊模型也可能不一樣，這給系統問的資訊交換帶來了麻煩。

 

 

實現資訊模型的標準化，可以實現不同系統之問的資訊交換。 STEP(IS010303 ， Standardfor   the   Exchangeof   Productdata ，產品資料交換標準 ) 是一個關於數字化產品資料表示和交換的國際標準。 STEP 的目的是提供一種不依賴於具體應用系統的中性機制，用來描述產品整個生命週期中的資料。

 

 

PDM 要提供不同系統間的資訊交換，必須在開放性和系統整合能力方面建立在對標準的支援，必須使用形式化的資料規範語言來描述產品資料，完成從物理層上表示產品模型。

 

 

另外，在廣義企業以及動態聯盟的分散式計算環境下，由於應用系統的異構性，要進行不同計算模型和支援系統之間的互操作，主要是 CORBA(Common   Object   Request   Broker   Architecture ，通用物件請求代理結構 ) 、 CO M / DC O M 以及 Java 系統之間的通訊和互操作問題，由於還沒有統一的分散式計算框架，而且目前要統一這幾種標準也不可能，因此 PDM 必須支援這幾種標準以及其問的通訊問題。而且基於構件的 PDM 體系結構將逐漸取代模組化的系統體系結構。

 

 

2 ．專用模組與流程管理增強

 

PDM 的傳統模組的功能已經很成熟， PDM 供應商會推出一些專用模組，將原先使用專用工具完成的功能轉化為 PDM 的可選模組。比如 專案管理 、工程更改、供應商和零部件管理原先有很多專用軟體，現在 PDM 供應商已把這些功能囊括在 PDM 的中或者提供獨立的專用模組完成。

 

 

產品的生命週期與過程和資源息息相關，是人、應用、資料組成的動態流程，過程又可以劃分為多個子過程，所以對過程 ( 或流程 ) 的管理至關重要。為適應產品協同開發過程的需要，各 PDM 供應商竟相開發工作流程管理模組，以滿足並行產品開發的過程管理需要。流程管理模組將資料管理、工作流程與變更控制集於一體，透過自動協調企業組織任務和過程、資訊使專案順利完成。

 

 

3 ．可擴充套件並支援二次開發

 

PDM 即使功能再強大、模組再多，但由於系統所管理的資訊型別及模型的複雜性，以及不同企業的資訊、職能幹差萬別，為適應產品設計與製造過程中複雜可變的需要，也還要求 PDM 有良好的開放性。

 

 

PDM 應該是一個功能可擴充套件的基本模型與框架，其中“結構件”可模組化，從而可以為滿足不同需求進行組裝。系統透過採用物件導向方法建立系統管理模型與資訊模型，並提供物件導向的建模工具與開發工具，支援使用者的二次開發，使之真正適應企業要求。

 

 

4 ．與 MRP /

 

實現基於 PDM 的工程設計與管理系統的整合是實現企業整合所面臨的巨大挑戰。管理系統的核心是產品結構，需要從 PD M 將產品結構傳送到管理系統上，並且需要將產品結構從管理系統有效地反饋到 PDM 上，以協調全企業的工程變化。

 

 

而管理系統的產品結構強調部件的定義及如何在車間內把部件裝配到一起，其產品結構是以 “計劃狀態的”這樣一種觀點反映出來，推動製造和裝配，是面向材料和生產過程的； PDM 的產品結構則更多地面向產品幹什麼以及怎樣配置產品，它受設計工程師支配，以產品結構是“設計狀態的”這樣一種觀點反映出來，產品結構是在 CAD / CAM 系統上產生的。因此， PDM 與管理系統的整合已經成為研究的重點之一。

 

 

產品開發開始由單一企業自主開發向虛擬企業協同開發的發展以及電子商務和麵向 產品全生命週期管理 的需要使得 PDM 與 ERP 的功能會相互滲透，並且由於象 SAP 這樣的世界頂級的原 ERP 供應商也開始轉向 PDM 領域，協同產品定義管理必須提供產品工程設計、生產製造、供應管理的一體化解決方案。

 

 

世界前十位的 PDM 供應商的發展戰略可以證明這一點：這些供應商要麼是 PLM ，要麼是 CPC(Collaborative   Product   Commerce ，產品協同商務 ) ，其本質是一致的，即支援跨企業的協同工作環境，支援異構應用系統和異構資料的透明互操作，並具有開放式可擴充套件體系結構，提供多企業協作發展的完善的 產品生命週期管理 。

 

 

PDM 與 CAx 應用工具也走向無縫整合，由於世界頂級的 PDM 供應商原先很多是提供 C AD / CAM 服務的，他們會根據企業的需要，把 CAx 應用工具嵌入到 PDM 的一體化解決方案中。而且由於這些大公司陸續併購其他一些軟體公司，他們會把很多被併購公司的應用軟體和 PDM 無縫整合。

 

 

5 ．知識管理

 

在知識經濟的時代，怎樣管理並重用已有知識決定了新產品開發的能力和上市速度，設計知識、管理知識以及生產知識等是企業競爭的重要因素，只有一套完備的資訊管理系統才能管理大量的知識資源。目前已經有 PDM 供應商提出基於知識管理的系統，如原 SDRC 公司的 Metaphase 就稱為產品知識管理 (Product   Knowledge   Management ， PKM) 軟體。

 

 

數字化建模和虛擬產品開發是 CAD 發展的新階段，虛擬產品開 (Virtual   Product   Development ， VPD) 是虛擬製造領域中的一個重要內容， PDM Ⅱ 是支援廣義企業虛擬產品開發的協同工作環境，它關注的是提供一個具有內在知識的系統，即為不同的人員提供與他們從事的工作相對應的知識。支援虛擬產品開發的 PDM 會快速增長。