產品資料管理（PDM）技術概述

1產品資料管理系統(PDM)發展及現狀

 

1.1PDM技術的基本概念及產生的背景

 

產品資料管理 (PDM)是以軟體技術為基礎，以產品為核心，實現對產品相關資料、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。它繼承並發展了CIM(Computer   integration   Manufacture)等技術的核心思想，在系統工程思想的指導下，用整體最佳化的思想對產品設計過程進行描述，規範產品生命週期管理，保持產品資料的一致性和可跟蹤性。其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，核心思想是設計資料的有序、設計過程的最佳化和資源的共享。

 

在 20世紀的60、70年代，企業在其設計和生產過程中開始使用CAD、CAM等技術，新技術的引用在促進生產力發展的同時也帶來了新的挑戰。對於製造企業而言，雖然各單元的計算機輔助技術己經日益成熟，但各自動化單元自成體系，彼此之間缺乏有效的資訊溝通與協調，這就是所謂的“資訊孤島”問題。

 

進入 20世紀末，以資訊科技為主要特徵的高新技術飛速發展，推動了技術進步和經濟全球化，加速了技術革新、管理革新，企業面臨的商業環境和市場環境發生了根本的變化。具體表現在以下幾個方面：

（ 1）技術進步和高新技術的應用，資訊量急劇增加。

（ 2）全球化市場與全球化競爭。

（ 3）使用者對產品的需求呈現多樣化和個性化。

（ 4）產品更新換代加快，生命週期縮短，人們對交貨期的期望越來越高。

（ 5）生產方式的多樣化。

 

但很多企業在技術、管理、技術與管理的協調發展以及適應新的生產模式和管理模式等方面還存在一些問題，影響了企業的競爭能力和向現代企業的發展。這些問題具體表現在：

（ 1）設計手段和加工技術落後。

（ 2）管理落後，特別是技術先進性與管理落後的矛盾日益突出。CAD技術的全面推廣，大大提高了設計質量，減少了差錯，降低了返工率，大大提高了企業的產品開發能力和市場競爭力。但另一方面，卻給資料管理帶來了更多的困難，資料管理的落後更為明顯，主要表現在：資訊共享程式低、資訊傳遞速度慢、文件管理落後、設計方式陳舊及應用整合效率不高等方面。

（ 3）新的生產模式，如CIMS、並行工程、精益生產、敏捷製造等，對資訊管理技術提出了更高的要求，不僅要求支撐技術能夠支援多學科領域專家協同工作，而且要求把產品資訊和開發過程有機地整合起來，做到在正確的時間，把正確的資訊以正確的形式送達到正確的人手中。

 

由於以上諸多方面對資訊管理的需求，許多企業己經意識到：實現資訊的有序管理將成為他們在未來競爭中保持領先地位的關鍵因素。產品資料管理（ TI PDM）正是在這一背景下產生的一項新的資訊管理思想和技術。

 

1.2PDM在中小企業應用現狀

 

對於大多數中小型企業，一般來說，引進國內外大型 軟體，實施一箇中等規模的 PDM專案，需要大量資金作為軟體費用和實施費用，而且一般要很長時間才能夠交付使用。另外，在實施過程中，還需要企業提供管理及技術人員配合專案的進展，有時出於專案需要，還要增加額外投資用於購買各種硬體裝置，所有這些因素，對於國內一般的中小型企業來說，無論在時間上還是在資金上，都難以承擔，這是目前國內外大型PDM軟體在中小型企業客戶群中很難尋找到使用者的重要原因。對於大多中小型企業，更希望能充分利用企業現有的資源進行PDM系統的開發。

 

 

2產品資料管理系統（PDM）簡介

 

2.1PDM系統的體系結構

 

PDM系統的體系結構可分為四層，它們是使用者介面層、功能模組及開發工具層、框架核心層和系統支撐層，如圖2-1。

1、使用者介面層：向使用者提供互動式的圖形介面，包括圖示化的瀏覽器、各種選單、對話方塊等，用於支援命令的操作與資訊的輸入輸出。透過PDM提供的圖示化使用者介面，使用者可以直觀方便地完成管理整個系統中各種物件的操作。它是實現PDM各種功能的手段、媒介，處於最上層。

 

圖 2-1PDM系統體系結構

 

 

2、功能模組及開發工具層：除了系統管理外，PDM為使用者提供的主要功能模組有電子倉庫與文件管理、工作流程管理、產品結構與配置管理、整合工具等。

 

3、框架核心層：提供實現PDM各種功能的核心結構與架構，由於PDM系統的物件管理框架具有遮蔽異構作業系統、網路、資料庫的特性，使用者在應用PDM系統的各種功能時，實現了對資料的透明化操作、應用研究的透明化呼叫和過程的透明化管理等。

 

4、系統支撐層：以目前流行的關聯式資料庫系統作為PDM的支援平臺，透過關聯式資料庫提供的資料操作功能支援PDM系統物件在底層資料庫的管理。

 

PDM的體系結構應具有以下特點：

（ 1）對計算機基礎環境的適應性。

一般而言， 清軟英泰 PDM系統是以分散式網路技術、客戶機/伺服器結構、圖形化使用者介面及資料庫管理技術作為它的環境支援。與底層環境的連線是透過不同介面來實現的，從而保證了一種PDM系統可支援多種型別的硬體平臺、作業系統、資料庫、圖形介面及網路協議。

 

（ 2）PDM核心的開放性。

PDM核心的開放性體現在越來越多的PDM產品採用物件導向的建模方法和技術來建立系統的管理模型與資訊模型，並提供物件管理機制以實現產品資訊的管理。在此基礎上，提供一系列開發工具與應用介面幫助使用者方便地定製或擴充套件原有資料模型，存取相關資訊，並增加新的應用功能，以滿足使用者對PDM系統不同的應用要求。

 

（ 3）PDM功能模組的可變性。

由於 PDM系統採用客戶機/伺服器結構，並具有分散式功能，企業在實施時，可從單伺服器開始，逐漸擴充套件到幾個、幾十個，甚至幾百個。使用者在選用功能模組時，除必需模組外，其他模組可根據需求裁剪。

 

（ 4）PDM的外掛功能。

為了更有效地管理由應用系統產生的各種資料，並方便地提供給使用者和應用系統使用，就必須建立 PDM系統與應用系統之間更緊密的關係，即基於PDM系統的應用整合。這就要求PDM系統提供中性的應用介面，把外部應用系統封裝或整合到PDM系統中，作為PDM新增的一個子模組，並可以在PDM環境下方便地執行。

 

 

2.2 清軟英泰 PDM系統的主要功能

 

PDM系統的功能有兩種劃分方法，一種是按面向應用與系統支援的功能劃分，將其分成電子倉庫、面向使用者的使用功能（包括文件控制、變更控制、配置管理、設計檢索與零件庫和專案管理等）和實用化的支援功能（包括通知與通訊、資料傳輸資料轉換、影像服務、系統管理等）；另一種是按軟體功能模組劃分，可劃分為電子倉庫和文件管理、工作流與過程管理、產品結構與配置管理、零件分類管理、工程變更管理、專案管理、電子協作、整合工具、瀏覽和圈閱等，前五項功能是PDM系統應用具備的基本功能。本論文按照後者來介紹一般PDM系統的主要功能。

 

1、電子倉庫和文件管理

所謂電子倉庫，是在 PDM中實現某種特定資料儲存機制的後設資料(管理資料的資料)庫及其管理系統。它儲存所有與產品相關的物理資料和檔案的後設資料，以及指向物理資料和檔案的指標。該指標指定存放物理資料的資料庫記錄和存放物理檔案的檔案系統與目錄。在產品的整個生命週期中與產品相關的資訊是多種多樣的。這些資訊以檔案或圖檔的形式存在，統稱為文件。透過文件管理，可以讓企業很好地組織、管理、控制文件的建立、修改、釋出和存檔工作。企業人員也可以更加方便、快捷、有效地查詢和引用所需要的各種資料和資訊。

 

 

清軟英泰 PDM的電子倉庫和文件管理提供對分散式異構資料的儲存、檢索和管理功能。在PDM中，資料的訪問對使用者來說是完全透明的，使用者無需關心電子資料存放的具體位置，以及自己得到的是否是最新版本，這些工作均由PDM系統來完成。電子倉庫的安全機制使管理員可以定義不同的角色並賦予這些角色不同的資料訪問許可權和範圍，透過給使用者分配相應的角色使資料只能被經過授權的使用者獲取或修改。同時，在PDM中電子資料的釋出和變更必須經過事先定義的審批流程後才能生效，這樣就使使用者得到的總是經過審批的正確資訊。

 

2、使用者管理

 

就是對使用 PDM系統的所有使用者進行管理，具體包括使用者註冊，使用者許可權控制，使用者角色確定，使用者密級確定等。使用者管理一般透過建立組織一角色一許可權模型來實現。

 

3、工作流與過程管理

工作流和過程管理 WPM(Workflow   and   Process   Management)是一個關於產品資料是如何建立和修改的主動的過程管理。它對任何工作流的形成進行過程控制或在過程開始後的任務控制。它用來定義和控制人們建立和修改資料的方法。它提供了路線、驅動事件的動作、查尋、檢查、存取控制、恢復和物件的編輯等。這一功能為產品開發過程的自動管理提供了必要的支援。

 

使用者可以建立序列或並行的工作流程，技術人員可以並行地協調工作。當使用者開啟自己的任務箱時，就可以看到最新的工作任務清單，專案負責人可隨時檢視整個專案的執行情況。 WPM的處理重點是與產品資料相關的任務。通常WPM具有下述三種主要功能：初始工作管理，當設計師準備進行某項設計工作時，除了必要的設計要求和初始設計思想外，與設計工作相關的一些文件、表格等資料，諸如：外購件手冊、標準件手冊、各種元器件手冊等等提供給設計人員，其他設計人員的設計資料也能夠及時得到查詢，最大限度地滿足設計人員的設計需求。

 

 

而這些資料都能夠在 WPM中產生並傳遞過來；工作流程管理，是對產品資料及其引用傳遞和流動的過程的管理。在此可以建立序列或並行的工作流程，將產品研製過程中的審、批、籤流程以及產品更改的審批過程全部透過電子程式有序進行。當使用者開啟自己的任務箱時就能看到最新的工作任務清單，審、批、籤等人員可按預先制定的流程進行簽署並可在備註欄附上籤署意見，專案負責人則可隨時檢視整個專案的執行情況。它使得成千上萬的PDM系統的使用者的個體對產品資料的處理結果和流動更加具有條理化，知道下一步該做什麼；工作歷史管理，工作歷史管理提供了一種審查記錄資料，幫助使用者瞭解產品專案開發過程中的歷史情況。在現有產品開發工作流程的基礎上，制定新的產品專案的工作流程和過程，工作歷史記錄可以作為重要依據。

 

4、產品結構與配置管理

產品結構的定義為：相互關聯的一組零件按照特定的裝配關係組裝起來即構成部件，一系列的零件和部件有機的裝配在一起則構成產品。將產品按照部件進行分解，部件再進一步分解成子部件和零件，直到零件為止，由此形成的分層樹狀結構，稱為產品結構樹。產品結構與配置管理是產品資料組織與管理的一種形式，它以電子倉庫為底層支援，以材料明細表為其組織核心，把定義最終產品的所有工程資料和文件聯絡起來，實現產品資料的組織、管理與控制，並在一定目標和規則約束下，向使用者或應用系統提供產品結構的不同檢視和描述，如設計檢視、裝配檢視、製造檢視、計劃檢視等。

 

5、專案管理

一個功能很強的專案管理能夠為管理者提供 “每分鐘”專案和活動的狀態資訊，透過PDM與流行的專案管理軟體包括介面還可獲得資源和規劃及重要路徑報告能力。但是，目前在PDM系統中專案管理考慮較少，許多PDM系統只能提供工作流活動的資訊。

 

6、應用工具整合

清軟英泰 PDM是管理所有與產品相關的資料，而被管資料是由不同的系統產生，資料的型別不同，資料的模型不同，怎樣保證這些資料的一致性和完整性是一個很重要的問題。必須把這系統整合到PDM中，由PDM管理框架對資料進行統一的控制和管理。

 

7、其他的管理功能

除了以上六大基本功能外， PDM系統也不同程度的提供了掃描與成像、瀏覽與圈閱功能。這些功能可以更加完善PDM的作用。

 

 

2.3中小型企業採用PDM的益處

 

據國外資料統計， PDM的應用能使產品設計週期縮短25%，減少工程設計修改14%，加快產品投放市場進度50%～80%，總成本削減25%以上。對於國內企業來說，實施PDM已經不是需不需要的問題了，而是什麼時候實施的問題了。因為PDM為企業帶來以下的益處：

 

 

1、提高設計效率，縮短產品上市時間

在需要資料的時候立即得到這些資料，加快任務的完成，支援並行工程，允許授權的小組成員隨時訪問所有相關的資料，並保證這些資料總是屬於最新。一般來說，設計人員在處理資訊上就花費了約 30%一70%的時間，如尋找資訊、檢索資訊、等待圖紙的複製件、新資料的存檔等。PDM幾乎完全避免了這種空載時間，PDM向工程師提供正確適當的工具，使設計人員不再需要知道到什麼地方去尋找釋出的設計或其它資料，只要一經要求就能得到這些設計或資料，大大地縮短設計過程，提高了設計效率和生產效率。

 

2、提高設計與製造的準確性，減少工程變更

根據美國的一項調查表明，如果在產品概念設計階段的一次改變成本為 1美元，那麼在設計、模擬和分析階段將升至10美元，原型測試階段升至1000美元，製造階段升至10000美元。顯然，在一開始的設計階段選擇合適的技術、提高準確率對壓縮成本是至關重要的。使用PDM系統後，凡是參加同一專案的每一個人都能用同一資料來工作，並且一直保持最新的資料，甚至當人們在並行工作的時候也是這樣，使工程變更減少。

 

 

3、更好地利用富有創造力的團隊精神

採用 PDM系統後，可以建立起跨地區、跨部門、跨專業的“虛擬團隊”，打破了空間和部門的限制，使企業能更好的利用人力資源，允許人們互相交流想法，並利用有效、通暢的資訊傳遞工具來傳遞這些想法，這樣能夠促進透過協作方式解決問題。

 

 

4、更好地管理工程變更

PDM系統允許在資料庫裡生成和儲存任一設計的多個修訂版本和改型，而且每個版本和修訂版都要“簽字”和“標註日期”，消除對現有設計的任何分歧，提供完整的變更審查線索。

 

 

5、向全面質量管理邁進的重要一步

清軟英泰 PDM系統可以建立適應IS09000系列驗證和全面 (TQM)的環境。TQM的很多基本原理，如透過“個人授權”來識別和解決問題都是PDM結構中所固有的、正規的控制、檢查、變更管理過程和規定責任，也將有助於保證使用者所選擇的PDM系統能夠與國際質量標準保持一致。PDM技術是企業重構和發展的一項必不可少的重大基礎結構技術，企業各項先進管理計劃的實施都離不開PDM ， PDM是推動當今企業重構或改革的一項主要使能技術，是企業提高自身競爭力必須具備的手段。目前許多企業都把PDM作為貫穿整個企業的骨架，這是企業保持競爭力的戰略決策。

 

 

3基於Web技術的PDM系統的理論研究

 

3.1為什麼要Web化的PDM

 

基於 Web技術，Internet代表了IT的一種趨勢，它提供了全球化電子資訊共享的機制。可以認為，Internet上的PDM是這種分散式配備的一種自然的延伸。Web瀏覽器本質上變成了一個新的客戶端型別，它是跨所有的程式統一體。Internet和Web技術正在改造著PDM軟體業務。在少許幾年前，Internet效能僅僅只在工程公司管理資訊的方式形成一條凹痕。而今天，基於HTML/Java的Web使用者和基於Web的伺服器訪問日益變成為PDM系統的代名詞。

 

 

Web技術具有以下特點：

1）TCP/IP通訊協議在廣域網和區域網上得到了廣泛的應用，已成為工業標準。它為異構網路互聯提供了平滑的技術支援。

 

2）瀏覽器作為各種系統通用的客戶端軟體，給使用者提供了統一的圖形化介面，減少使用者在學習新軟體方面所遇到的困難。

 

3）任何瀏覽器均支援WWW所用的HTTP協議和HTML語言。

 

4）Web瀏覽器上的Servlet可以與後端資料庫相連，實現動態的網上訊息釋出。

 

5）Web是一種基於HTTP協議的客戶機/伺服器模式，具有速度快，可維護性好，成本低和功能靈活等特點。

 

透過 Web技術的使用，可以統一組織和管理企業內部不同部門間不同格式的資訊，進而解決企業間以及企業中各部門的資訊共享問題。透過Web在PDM系統中進行全球化的資訊查詢、瀏覽，來支援全球化、虛擬化企業的資訊管理。

 

 

3.2基於Web的PDM系統的連線結構

 

同其他的資料庫管理系統一樣， PDM也遵循連線的結構。在1980之前廣泛使用一層連線結構。一層連線結構的典型特點是它的自包含單片程式，由GUI、程式邏輯和儲存的資料組成。接著，在1990年，出現了二層結構方法。這種結構將程式分成二個不同的層，並命名為客戶層和伺服器層。

 

使用者介面和邏輯程式都駐留在客戶層，同時與它相應的資料庫駐留在伺服器層。在一層系統之上兩層系統的主要優點是使得客戶端 “變瘦”。因此，與單層系統相比，二層結構允許更快的程式。然而缺點是在程式變得複雜時客戶端可能仍然“太胖”。這將導致來自伺服器的慢響應和程式。

 

在 1996年，發生了計算機網路的一個革命性變化 —— 三層或者多層結構。這是一個開放的、分散式的結構，它將 “胖”客戶端分成為二個部分 —— 使用者介面和邏輯程式。由此產生的結果是允許更快的響應和使用者需求的程式的三層結構。這種三層系統的系統框圖如圖 2-2，全球資訊網(WWW)是應用三層結構的一個典型例子：Web瀏覽器是客戶層，資料庫伺服器是第三層，TCP/IP服務則是第二層。

 

圖 2-2三層結構系統

 

 

3.3基於Web技術的PDM系統的優點

 

當 PDM系統轉向三層結構時，我們可以看到Web技術和PDM方法在結構和概念模組上有許多相似之處。圖2-3和表2-1給出了Web技術和PDM方法在結構和概念模組上的比較。

 

圖 2-3PDM方法與Web三層結構的對比

 

  表 2-1Web技術和PDM技術的模組比較

 

 

Web最初開發出來就是為了提供給人們一種嶄新的工作生活方式，使人們之間能夠更好的交流和通訊，使工作和事務的處理能更好更方便地實施。PDM的基本出發點是要打破部門間的時空界線，加強各部門之間的協作，更好更有效地管理企業。Web技術的目標和PDM的基本出發點是完全吻合的，因此，Web技術是一個使能工具，可以用來克服前面所提到的障礙，改進PDM的能力和效率。

 

在 PDM系統中，基於Web技術有許多的優點，部分總結如下：

1、對使用者友好：基於Web的前端軟體開發使得它們對使用者友好並且更容易互動。這樣，基於Web的PDM系統與別的系統相比僅需要最少的培訓，因此，所有的系統實現的代價降低。簡單廉價的Web瀏覽器在企業中連續地擴充套件了使用PDM的人，他們不能夠再找到其它的同等方便的線上訪問到這樣一個廣大的資訊基礎庫軟體。透過使使用者變得快速積極，瀏覽器提供了一個“跳啟動”在組織中獲得使用PDM的成功，不然這些組織會失去這方面的熱情。PDM使用的瀏覽器同於www中使用的（例如Microsoft   Explorer ， Netscape   Navigator等），它們是針對在Internet或者Intranet上訪問資料。

 

2、較強的訪問能力和應用能力：公司的數量的快速增長使人認識到利用web瀏覽器作為PDM介面有難以置信的高價值、容易理解和能夠支援幾乎所有的使用者。這些瀏覽器執行在各種型別的計算機上，以Unix機器到PC和Macintoshes，提供跨平臺的相同的介面和感覺。進一步地，這些Web瀏覽器的使用能夠消除在每一臺計算機上安裝和維持特殊的“客戶端”軟體的需求。

 

3、有效地連線供應鏈：基於Web的PDM系統比不是基於Web系統上有許多的優點，因而它們與供應鏈的連線更有效，並且相應地導致改善供應鏈協同。這允許組織更容易地與他們的供應商和合作夥伴共享重要的資訊。在基於Web的PDM中可以得到的資訊將幫助公司——透過有效地通訊任何新產品資料和產品變更資料到供應商從而使他們能夠相互作用。

 

4、有效地連線幾何位置上分離的組織：一個基於Web的PDM系統允許幾何位置上分離團隊在同一個專案中改變在不同的區域或者甚至不同的國家的人輸入的資料。這種合作的型別將允許一個組織集中它的員工的專門技術；無論他們在世界的哪個角落，以最小的代價和中斷那些介入。在世界不同地點的專案團隊的能力還允許一個組織透過利用時間地域差別的優點來利用整天的24個小時。

 

5、使得虛擬組織成為可能：一個虛擬組織定義為一個臨時的公司的聯盟，它們擁有在特定的領域的專門技術，並且針對一個特定的專案集中起來。在專案結束以後，聯盟解體並且公司返回到他們的日常的任務直到一個新專案產生為止。與具有嚴格的層次結構的傳統型別公司相比，虛擬組織有許多優點。它主要是提供更大的柔性，並且共享專案團隊的專門技術。對於一個成功的虛擬組織最重要的需求是分離的專案組之間有效的通訊。透過使用基於Web的PDM系統，全球通訊的效率能夠極大地提高。因此，基於Web技術使位於一個廣泛的區域的合作伙伴和工作者無縫地連線起來。

 

 

3.4基於Web的PDM系統的條件限制

 

第一，基於 Web的PDM系統受到目前的Web技術的限制，以及傳輸資訊的速率限制。雖然在幾何位置上分離的站點傳輸資訊比傳統的郵政服務或快件要快，但它還不能夠和區域網（LAN）或者廣域網（WAN）的速度相媲美。

 

第二，透過基於 Web的PDM系統，在傳輸資料或者資訊的過程中並不完全消除錯誤。如果系統不正確地使用，相應於需要正確資訊的錯誤仍然可能出現。如前所述，一個PDM系統能夠導致產品上市時間的減少，由於產品開發和產品變更的步伐加快，人為錯誤的可能性也在增加。

 

 

第三，因為在企業和它的供應鏈之間的資訊流增加，更多地會考慮到資訊保安問題。對於一個專案在沒有危及企業的安全和暴露商業秘密的條件下識別資訊傳輸的等級是在 PDM系統中實施Web技術的關鍵步驟。這將依賴於供應關係的封閉性和需要有效的通訊的水平。

 

 

很明顯， Web技術在許多方面類似於PDM方法。如果執行在Web結構上，PDM將變得更適應和更柔性。無論是PDM還是Web，如果適當地整合，將增強各自的能力和效能。一些基於Web的PDM系統缺點包括：目前的Internet沒有針對CAD檔案傳送的足夠大的頻寬，在資料傳送中出錯的可能性和永遠增加的在一個公司和它的供應鏈之間資訊流的安全性問題。這些缺點在未來的年代裡不可避免地對基於Web的PDM系統提出嚴峻的挑戰。