PDM系統的產生及相關技術理論

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、技術與管理的協凋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 、資訊共享程度低：企業中各個部門使用不同的軟體系統產生產品資訊，這些產品資訊之間缺乏有效的資訊共享和利用，因而極易形成“資訊孤島”，使不同部門的技術人員難以高效的利用它們。

 

2 、資訊傳遞速度慢；部分企業仍然透過書面檔案、電話等方式進行日常的工作，無法及時收集工藝製造過程中的反饋資訊，發現的問題也不能得到及時的處理。

 

3 、文件查詢複雜；由於缺少資訊共享的平臺，傳統的文件管理方式無法做到及時查詢，整理經典案例等資料需要耗費相當大的人力和時間。不可避免的會造成許多不必要的重複設計。

 

4 、資訊版本管理困難；不同的部門會產生不同的文件格式及版本，當協同生產時，常常會因為檔案的版本或格式差異而延誤工期。

 

5 、資訊的安全性和保密性差；產品資料的多樣化和分散化，使得資料維護和備份工作量大。由於目前沒有能夠對所有產品資料進行整合管理，對技術檔案的瀏覽、編輯操作無日誌記錄，不能有效地控制技術檔案的安全性。並且對於產品資料的備份也缺乏有效的管理，不能有效地防止因為系統崩潰而造成的損失。面對這樣的問題，企業急需一種有效的管理

 

 

2 ． 2PDM 系統的定義

是 Product   Data   Management( 產品資料管理 ) 的縮寫。 1995 年 2 月， CIMdata 公司總裁 EdMiller 在他的《 PDMtoday 》文章中是如此定義 PDM 的：“ PDM 是一門用來管理所有與產品相關的資訊 ( 即描述產品的各種資訊，包括零部件資訊、結構配置、文件、 CAD 檔案、審批資訊等 ) 和過程 ( 即對這些過程的定義和管理，包括資訊的審批和發放 ) 的技術”。

 

 

1995 年 9 月， D ． Burdick 在其所作的 (CIM 策略分析報告 ) 一文中將 PDM 定義為：“ PDM 是在企業範圍內為設計和生產構築一個並行產品協作環境 ( 由供應、工程設計、製造、採購、銷售、市場與客戶構成 ) 的關鍵使能技術。一個成熟的 PDM 系統能夠使所有參與建立、交流、維護設計意圖的人在整個產品資訊週期中自由共享和傳遞與產品相關的所有異構資料，包括圖樣與數字化文件， CAD 檔案和產品結構等。

 

 

對於 PDM 的定義還有很多，儘管它們不盡相同，但是我們可以得出這樣的理解： PDM 是一種管理軟體，提供文件管理、產品結構與配置管理、專案管理、使用者管理等功能：它是一種軟體技術，建立在資料庫基礎之上，整合或封裝了多種開發工具，是整個企業全域性資訊整合的理想平臺：它又是一個電子倉庫，儲存了產品生命週期內的所有資訊。

 

PDM 是連線“資訊化孤島”的橋樑，它的基本原理是在邏輯上將各個“資訊化孤島”整合起來，利用計算機系統控制整個產品的開發設計過程，透過逐步建立虛擬的產品模型，最終形成完整的產品描述、生產過程描述以及生產過程控制資料。

 

 

2 ． 3PDM 系統發展階段

 

PDM 技術的發展主要經歷了以下三個階段：

1 、配合 CAD 工具的 PDM 系統。

早期的 PDM 產品始於 20 世紀的 80 年代。當時， CAD 已在企業中得到廣泛應用工程師們在享受 CAD 帶來好處的同時，將大量的時間浪費在查詢設計所需資訊上。對於電子資料的儲存和獲取的新需求變得越迫切。

 

針對此情，各個 CAD 廠家配合自己的 CAD 軟體推出了第一代 PDM 產品，主要解決大量電子資料的儲存和管理問題，提供了維護“電子繪圖倉庫”的功能。它僅在一定程度上緩解了“資訊孤島 ” 問題，仍然普遍存在系統功能較弱、整合能力和開放程度較低等問題。

 

2 、專業 PDM 產品

透過對早期 PDM 產品功能的不斷擴充套件，最終出現了專業化的 PDM 產品。如 SDRC 的 Metaphase 和 EDS 的 IMAN 等就是第二代 PDM 產品的代表；出現了許多新功能，如對產品生命週期內各種形式的產品資料的管理能力、對產品結構的配置和管理、對電子資料釋出和更改的控制以及基於成組技術的零件管理與查詢等：同時提高了軟體的整合能力和開放程度，少數優秀產品可以真正實現企業級的資訊整合和過程整合。 PDM 走向商業化開始成為一個產業，出現了許多專業性開發、銷售和實施 PDM 的公司。

 

 

3 、 PDM 的標準化階段及 web 發展

 

1997 年． 0MG 組織公佈了其 PDM   Enabler 標準草案第一個國際標準 ) ，本草案由許多 PDM 領域的主導廠商制訂。隨著經濟全球化的趨勢，生產同一種產品的企業可能不在同一地區，甚至在同一國家，也就是出現了一些虛擬公司或網路聯盟企業。要實現資料的遠端傳輸和共享，離不開網路技術。

 

 

現在發展的三層應用模式則融合了 web 服務和 C ／ S 資料庫應用的優點，透過 web 平臺，採用 Email 、電子公告欄、新聞組等先進的通訊手段可以迅速地在企業員工之間、企業和企業之間方便地獲取資訊，節省企業開支。因此， PDM 向三層結構 ( 瀏覽器／ web 伺服器／資料庫伺服器 ) 發展將是未來發展趨勢之一。

 

 

本論文是基於第三代 PDM 體系結構，採用 web 三層 B ／ S 結構模式，開發適合電子製造企業的 PDM 系統，將商業邏輯從客戶端分離出來，集中在中間層伺服器上，以瀏覽器作為客戶端，從而避免了傳統 C ／ S 結構的侷限。具有跨平臺、低成本、維護與升級方便、良好的開放性與可擴充性等優點。

 

 

2 ． 4 清軟英泰 PDM 系統的基本功能

 

PDM 系統為企業提供了管理和控制所有與產品相關的資訊以及與產品相關的過程的機制和功能。 PDM 軟體產品種類繁多，不同軟體商提供的 PDM 系統，在功能上均有一定的差異，但是它們的基本原理都是一致的。 PDM 系統的功能有兩種劃分方法：按面向應用與系統支援的功能和按軟體功能模組。

 

1 、按照面嚮應用與系統支援的功能劃分

(1) 應用功能：包括檔案管理及分類、零件管理與分類、產品結構管理、專案管理、工作流管理、配置管理、變更控制等。

(2) 操作功能：包括註冊、檢入檢出、凍結、稽核、許可權控制、報告生成、複製、資料傳輸等。

(3) 管理功能：包括使用者管理、許可權管理、資料安全、系統配置、系統介面等。

 

2 、按照軟體功能模組劃分

(1) 電子倉庫與文件管理

電子倉庫是 PDM 系統中最基本、最核心的功能，是實現 PDM 其他相關功能的基礎。它是一種以關聯式資料庫為基礎，實現了某種特定資料儲存機制的後設資料 ( 管理資料 庫 資料 ) 庫及其管理系統。

 

(2) 工作流與過程管理

工作流與過程管理，主要實現產品設計與修改過程的跟蹤與控制。它定義和控制了資料操作的基本過程，主要管理當使用者對資料進行操作時，人與人之間或活動與活動之間的資料流向，以及在一個專案的生命週期內跟蹤所有事務和資料活動。

 

(3) 產品結構與配置管理

產品結構與配置管理作為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 B O M 表為組織核心，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、控制與管理，並在一定的規則約束下，向使用者提供產品結構的不同檢視和描述。

 

(4) 零件分類管理與檢索

零件的分類管理就是將企業的零件按照一定的規則劃分為若干類，分別加以管理。

 

(5) 工程變更管理

在企業的生產過程中，工程變更是經常出現的事務，它一般都有規範的過程約束與流程控制，所以它與工作流程管理是密切相關的。工程變更管理包括工程變更請求和工程變更指令兩部分內容。

 

(6) 專案管理

一般來說，企業中的生產活動是以專案為單位進行組織和管理的。專案管理是一種為了在規定的時間範圍內，完成一個既定的專案，透過一定的方式合理地組織有關人員，並有效地管理專案中的所有資源與資料，控制專案進度的系統管理方法。

 

(7) 系統定製與整合工具

系統定製是指 PDM 系統按照客戶的需求對自身系統進行裁剪、修改、新增的功能。實際上，各個企業的情況千差萬別，使用者的要求也是多種多樣的，任何一種 PDM 系統都不可能適應所有企業的情況， PDM 系統所提供的也只不過是一個產品資料的管理框架，這就要求 PDM 系統必須具有強大的客戶化工具和二次開發能力，現在大多數 PDM 產品都提供二次開發工具包，使用者可以利用這類工具包來進行針對企業具體情況的定製工作。

 

 

2 ． 5PDM 系統的工作原理

清軟英泰 PDM 的基本原理是在邏輯上將各個 CAX 等資訊化孤島整合起來，利用計算機系統控制整個產品的開發設計過程，透過逐步建立虛擬的產品模型，最終形成完整的產品描述、生產過程描述以及生產過程控制資料。透過建立虛擬的產品模型， PDM 系統可以有效、實時、完整地控制從產品規劃到產品報廢處理的整個產品生命週期中的各種複雜的數字化資訊。 PDM 是一種利用資料模型對製造企業的產品形成過程進行管理的方法。

 

 

2 ． 6 ． 1 成組技術

2 ． 6PDM 系統的關鍵技術

 

成組技術 GT(Group   Technology) 是一門生產技術科學，它研究如何識別和發掘生產活動中有關事務的相似性，並對其進行充分利用。即把相似的問題歸類成組，尋求解決這一組問題相對統一的最優方案，以取得所期望的經濟效益。

 

 

PDM 系統中， GT 技術主要體現在資訊的編碼管理和產品族管理。資訊分類編碼是企業資訊化的基礎，是企業實現計算機整合的基本條件之一。編碼的優劣成為企業能否接受 PDM 系統的關鍵性指標。

 

 

產品族管理是支援目前企業中 “小批次、多品種”生產方式的有效工具。 PDM 系統中，將具有同類效能特徵的產品、相似結構的部件和零件進行統一管理，提供符合國標的基本零件族定義和一套定製屬性及繼承關係的方法，能有效提高企業零部件的重用水平，使設計人員可以根據使用者的需求迅速生成產品結構樹、物料清單 (B O M ： Bill   of   Materials) ，從而對使用者的需求做出快速反應。

 

 

成組技術對於電子製造企業的 BOM 形成，具有重要的作用。本論文將在後面第四章的 B O M 模組的實現中，進行詳細、具體的介紹。

 

 

2 ． 6 ． 2 並行工程技術

 

並行工程是對產品設計及其相關過程 ( 包括設計過程、製造過程和支援過程 ) 進行並行、一體化設計的一種系統化工作模式。這種工作模式力圖使開發者一開始就考慮到產品全生命週期中的所有要素，包括質量、成本、進度與使用者需求。並行工程是企業在今天的市場競爭中保持比較性優勢的關鍵所在。而 PDM 正是實現並行設計思想、滿足並行設計對企業的要求的一門使能技術。它突出的優勢是 能 實現企業的資訊整合與過程整合，幫助企業更有效的實現並行化設計和生產。

 

 

並行技術是相對於序列技術而言的，工程上的理解就是，把時間作為關鍵要 素 ，它以縮短產品上市時間為目標，全方位地解決所用時間問題。這種管理方法 就 是並行工程。簡單而言，就是在產品的設計階段，就要考慮後面生產、製造、 銷 售、維護中可能出現的問題，提前防禦，不能等到設計好了之後，才發現在生 產 中存在很多作業問題，再重新設計。在並行設計過程中，產品開發過程的各個 階 段工作交叉進行，及早發現與相關過程不相匹配的地方，及時評估、決策，以 達 到縮短產品開發週期、提高質量、降低成本的目的。

 

 

2 ． 6 ． 3 物件導向技術

1 、為什麼需要物件導向 ?

物件導向在資訊系統建模方面的應用越來越普遍， PDM 系統作為資訊管理系統的一個分支，採用物件導向技術，不僅因為物件導向是目前資訊系統普遍採用的建模方法和實現基礎，更重要的是， PDM 系統是一個面向工程資訊管理的整合平臺或整合框架。它要適應不同企業的不同工程資訊管理的需求，而這種需求是千變萬化的，任何一個 PDM 系統都不能保證其提供的功能可以不加調整就能適應各種使用者的需求。

 

 

事實上，作為管理系統，各種 PDM 系統只能提供一些基本的功能，同時提供一些帶半成品性質的管理框架，它們必須有良好的開放性，便於應用開發，才能將不同使用者的管理思想和管理需求反映到這一系統中來，以滿足不同企業的應用需求。

 

 

使用者要把企業的管理思想落實到 PDM 系統的具體功能上，既要對 PDM 系統的原有功能有清醒的認識，又要對待擴充套件或待丌發的功能有明確的把握，而這些都依賴對 PDM 系統原有資訊模型有足夠、清晰的理解。

 

 

只有這樣，使用者才能藉助系統的開放性和開發工具，有效地將自身的需求透過擴充套件資訊管理模型反映到原系統模型中。總之，在 PDM 系統中，既要保證系統模型的可擴充性和繼承性，又要保證系統功能的相對穩定性，而這些正是物件導向技術所具有的特點。

 

2 、物件導向的基本概念和特點

(1) 物件：物件是問題域或者其實現中的一些事件的抽象，它是一些屬性和方法的封裝體，它反映系統儲存資料和變換的能力。物件透過的資料表示狀態。

 

(2) 類：是物件的簡稱，是具有相似屬性的一組物件。類透過描述資訊及其相應的處理能力來定義物件的外部特徵，透過描述內部狀態的表現形式及其固有的處理能力來定義物件的內部實現。

 

(3) 屬性：指物件具有的性質。比如：一個企業的產品的屬性有名稱，重量和價格等。

 

(4) 繼承：子類繼承父類的所有屬性，同時子類還可以有自己的屬性 ， 所以類和繼承性減少了軟體設計的重複性。使用者在丌發程式時，可以繼承父類程式模組的功能，定義新的子類，實現程式功能的擴充和修改。

 

(5) 封裝：物件能夠接受哪些訊息，具有哪些處理能力，對於內部訊息如何存放、如何處理，對於外部是完全隔離的，這樣保證了物件的穩定性。

 

 

物件導向方法包括物件導向分析、物件導向設計和麵向物件程式設計三個方面。物件導向分析的目的是要構造能夠理解實際系統的模型。分析的基本過程如圖 2 ． 1 所示。分析是從使用者也可能是開發者提供的問題描述開始。這一描述是非完整的或非形式化的。分析使它更精確暴露不一致的問題。

 

 

物件導向設計是物件導向方法中一箇中間過渡環節。其主要作用是對分析的結果作進一步的規範化整理。物件導向設計是一種軟體設計方法，是一種工程化規範。物件導向設計的目標是管理程式內部各部分的相互依賴。為了達到這個目標，物件導向設計要求將程式分成塊，每個塊的規模應該小到可以管理的程度，然後分別將各個塊隱藏在介面的後面，讓它們只透過介面相互交流。

 

 

對於本 PDM 系統，採用物件導向設計的方法來設計一個瀏覽器一伺服器 (Browser - Server) 應用，那麼伺服器和使用者介面之間不應該有直接的依賴，而是讓伺服器的介面和使用者端的介面相互依賴。這種依賴關係的轉換使得系統的各部分具有了可複用性。

 

圖 2 ． 1 物件導向分析過程

 

 

物件導向程式設計是對物件導向設計的實現。其三大機制 “封裝、繼承、多型 " 可以表達物件導向的所有概念。

 

 

2 ． 6 ． 4 建模方法 UML

對於企業而言，從產品開發設計到生產製造，整個流程錯綜複雜，可以透過建模來縮小所研究問題的範圍。對於軟體，最普通的兩種方法是從演算法的角度建模和從物件導向的角度建模。現代軟體開發大多數情況下采用物件導向的觀點進行建模。 UML(Unified   Modeling   Language ，統一建模語言 ) 是當今世界上物件導向系統開發領域最激動人心的工具之一。

 

 

正如圖紙是工程師的語言工具一樣， U ML 是用於系統開發人員之間、開發人員與使用者之間交流的一種語言工具。它具有如下一些功能： (1) 為軟體系統建立視覺化模型： (2) 規範軟體系統的開發： (3) 構造軟體系統的產出，可以由 UML 模型生成程式程式碼或關聯式資料庫表： (4) 為軟體系統產出建立文件。

 

UML 提供了九種不同的、語義豐富的、彼此關聯的圖：類圖、物件圖、用例圖、狀態圖、元件圖、部署圖、序列圖、活動圖、協作圖。提供這些圖的目的在於用多個檢視來展示一個系統，每一種 UML 圖都可以提供一種組成特殊檢視的方式，它們從不同層次和不同角度對軟體系統從系統分析到設計實現提供了有力支援，使用它們可以描繪任何複雜的系統。在本文的論述中，也大量的採用了此種方法。

 

 

2 ． 6 ． 5Java ／ COM 整合

清軟英泰 PDM 系統經常需要跟 Office 整合，透過與 Office 整合可以減少使用者的輸入工作，並且保證了資料的正確性。有時不但需要將資訊寫入到 0ffice 格式文件，而且還需從 0ffiee 文件中提取資訊。在 windows 平臺下常用的 Offiee 軟體有 word 、 Excel 等。

 

Java 作為一種跨平臺的語言，但是卻難複用 Windows 平臺下豐富的基於 C M 的構件資源，如果需要訪問這些資源，我們必須透過 JNI 實現。 JNI 是 Java 世界和其它語言間的一座橋樑， Java 透過訪問 JNI 定義的介面來獲取服務。在 JNI 的另一面，我們可以透過 C ／ C++ 或其它語言實現這些介面。透過本地語言 C ／ C++ 我們可以建立 C O M 構件，並且使用 C O M 的服務，最後將結果返回給 Java 程式。

 

Excel 的物件模型是透過層次結構很有邏輯地組織在一起的，一個物件可以是其它物件的容器，可以包含其它的物件，而這些物件又包含其它的物件。理解 Ms   Office 的物件模型是進行 MS   Office 自動化程式設計的關鍵，如圖 2 ． 2 所示。

 

儘管在 Excel 的物件模型中包括 100 多個物件，但程式設計主要集中在如下五個物件上： Application 、 workbook 、 Worksheet 、 Range 和 Chart 。位於頂層的是 Application 物件，也就是 Excel 應用程式本身，它包含 Excel 中的其它的物件，如 Workbook 物件：一個 Workbook 物件包含其它一些物件，如 worksheet 物件：而一個 worksheet 物件又可以包含其它物件，如 Range 物件，等等。而 word 的物件模型同 Excel 類 似。

 

圖 2 ． 2Exce1 物件模型圖

 

 

在 Java 開發中有兩套比較有影響的 API 可供使用，一個是 apache 基金會的 POI ，另一個是 Jacob 。 POI 採取分析 office 文件格式的方法進行檔案的讀寫操作，它不需要 0ffice 軟體參與，所有是跨平臺的，但是它的功能相對薄弱，一些 0ffice 軟體的特殊功能不能很好的實現。

 

Jacob 就是 JAVA-COMBridge 的縮寫，提供自動化的訪問 COM 的功能，也是透過 JNI 功能訪問 windows 平臺下的 com 元件或者 win32 系統庫，採用 COM 介面控制 office 軟體，它幾乎能操作 0ffice 軟體的所有功能，但是它不是跨平臺的，依賴 windows 作業系統，並且只提供同 COM 的介面，程式碼操作非常繁瑣，幾乎所有的需要傳送命令給 COM 介面進行操作，失去了物件導向的優勢。為了簡化操作，對 Office 的 COM 介面進行了封裝，具有非常好的效果，大大降低了程式設計的難度。在匯出生成報表時，採用模板查詢替換方法。適合格式多，基於模板匯出的情況。

 

 

2 ． 6 ． 6 網路技術

清軟英泰 PDM 系統的環境，是一種多介質資料載體和多型別硬體系統形成的異構分佈環境，這種環境下的 Internet 網路結構有兩種方案：一種是兩層網路模型即 C ／ S 模型，它採用 Client 與 Server 實現使用者介面處理、業務功能處理、資料處理等功能。一種是三層網路模型即 B ／ S ，它是將使用者介面處理、業務功能處理、資料處理這三個子模型相互獨立，分別由不同資原始碼實現。此時，瀏覽器成為標準 Client 配置，業務功能處理從 C ／ S 程式碼中徹底分離出來，由 web 伺服器處理，資料處理仍由 Server 實現。

 

 

基於 C ／ S 模式的 FTP 檔案傳輸方式是解決網路環境下，產品資料檔案安全的一種機制。當 PDM 系統中需要歸檔的檔案透過 FTP(FileTransferProtoc01) 方式存放到資料伺服器上後，客戶端只能透過查詢 web 伺服器上的 FTP 站點才能找到資料檔案，資料檔案對使用者是遮蔽的。

 

 

基於 Web 技術的異地設計、製造結構體系是藉助於 Internet ／ Intranet 網路，透過 Client 向 Server 傳送 RPC(Remote Procedure Call) 實現呼叫請求的一種資訊傳輸方式。以目前的技術看，企業廣域網建立 B ／ S 結構的網路應用，維護和升級方式簡單，成本也是較低的。它是一次性到位的開發，能實現不同的人員，從不同的地點，以不同的接入方式 ( 比如 LAN ， WAN ， Internet ／ Intranet 等 ) 訪問和操作共同的資料庫；它能有效地保護資料平臺和管理訪問許可權，伺服器資料庫也很安全。

 

 

特別是在 JAVA 這樣的跨平臺語言出現之後， B ／ S 架構管理軟體更是如魚得水，得到迅猛發展。而富士康集團正是這樣的經營模式：一地研發，多地生產。或者多地共同研發，多地共同生產。基於此，本專案也是選擇 B ／ S 結構進行 PDM 系統設計的。如圖 2 ． 3 所示，電子資訊網結構。

 

圖 2 ． 3 電子資訊網結構

 

 

2 ． 7 本章小結

本章簡要的介紹了 PDM 系統的產生背景、定義以及其發展階段，並基於此，提出了本課題研究的型別。接著說明了系統的主要功能、工作原理以及清軟英泰 PDM 系統設計的幾個關鍵技術。為後文的系統設計奠定了理論基礎。