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PDM的应用与系统集成

PDM基本概念 、发展与演变

PDM(Product Data Management,产品数据管理)技术最早出现于八十年代初期,目的是为了解决大量工程图纸、技术文档以及CAD文件的计算机化的管理问题,后来逐渐扩展到产品开发中的三个主要领域:设计图纸和电子文档的管理、材料报表(BOM)的管理以及与工程文档的集成、工程变更请求/指令的跟踪与管理。现在所指的PDM技术源于美国的叫法,是对工程数据管理(EDM)、文档管理(DM)、产品信息管理(PIM )、技术数据管理(TDM)、技术信息管理(TIM)、图像管理(IM)及其它产品信息管理技术的一种概括与总称。 PDM在系统工程思想的指导下,用整体优化的观念对产品设计数据和设计过程进行描述,规范产品生命周期管理,保持产品数据的一致性和可跟踪性。PDM的核心思想是设计数据的有序、设计过程的优化和资源的共享,通过人、过程、技术三者的平衡使虚拟制造过程进一步增值。 伴随着企业信息化进程以及先进信息和管理技术的发展,PDM经历了四个发展阶段:基于图档管理的PDM、面向过程的PDM、面向商务协同的PDM和面向产品全生命周期的PDM。

1. 早期以图档管理为核心的PDM

20世纪的80年代初,CAD/CAE/CAM等设计自动化工具已经得到广泛应用,工程师们在享受设计高效率的同时,也不得不面对信息迅速增加所带来的信息查找问题,电子数据的存储和获取的新方法需求变得越来越迫切。产品数据管理(PDM)应运而生,各CAD厂家配合自己CAD软件推出了第一代PDM产品,目标主要是解决大量电子数据的存储和管理问题, 提供了维护"电子数据仓库"的功能。这个时期,人们的一个普遍观念就是"产品就是图纸,产品数据管理就是图档管理"。

2. 专业化的PDM

很快,许多新的功能被添加到PDM中,并且出现了许多解决产品开发过程中特定问题的综合应用,比如:产品变更控制和产品配置,PDM开始走向专业化的道路。同时,PDM数据管理的范围超越设计职能界限,开始覆盖制造等产品生命周期阶段。到90年代中期,PDM已经具备对产品生命周期内各种形式的产品数据的管理能力、对产品结构与配置的管理、对电子数据的发布和更改的控制以及基于成组技术的零件分类管理与查询等,同时软件的集成能力和开放程度也有较大的提高,少数优秀的PDM产品可以真正实现企业级的信息集成和过程集成。PDM已经形成产业 ,在商业上获得了巨大的成功。 与此同时,PDM技术在标准化方面也迈出了崭新的一步。1997年2月,OMG组织公布了PDM Enabler标准草案,为新一代标准化PDM产品的发展奠定了基础。作为PDM领域的第一个国际标准,草案由当时许多PDM领域的主导厂商参与制订,如IBM、SDRC、PTC等。

3.  集成了协同商务的PDM

90年代中期以后,企业经营全球化趋势以及基于Internet的电子商务的掀起,对PDM开发和使用产生深远影响。新的协同和电子商务技术的出现大大促成了分布在不同地理位置的团队成员之间实时、同步的开展工作。企业的业务模式也随之发生着悄然的变化,"大而全"的传统企业开始转而注重自己的核心竞争业务,而将非核心的业务外包出去,整个产品价值链通过企业与业务合作伙伴的商务协同来达到利润最大化。这一时期有代表性的PDM思想是协同产品商务(CPC,Collaborative Product Commerce),相应的代表产品包括PTC公司的Windchill和MatrixOne公司的eMatrix。它是一个完全建立在Internet平台、CORBA和Java技术的基础上的产品。之后,各PDM公司相继推出个各自的CPC版本或CPC解决方案。图2为Windchill产品的CPC功能划分。 图2 Windchill产品的CPC功能规划

4.  以产品创新为焦点的PDM

进入21世纪,企业之间的竞争更加激烈,客户对产品的个性化要求越来越高。越来越多的成功企业开始意识到企业真正的生命力在于新产品的创新能力。随着Web技术的日益成熟,企业竞争热点从产品的成本、质量和上市时间转向能够快速相应市场变化的产品创新。将产品整个生命周期的所有数据收集并有效组织起来,通过提供一个统一的入口让产品开发工程师随时能够共享、访问并重复利用这些企业财富,在短时间内开发出高质量满足用户个性化要求的产品成为众多企业追求的目标。90年代末出现的协同产品定义管理(cPDM,collaborative Product Definition Management)进一步演化为产品全生命周期管理(PLM,Product Lifecycle Management),并成为企业参与全球竞争的一种战略性方法。EDS、SAP、IBM和PTC等大型企业领导着这一趋势。 cPDM是由CIMdata提出的。其定义是:cPDM是一种战略经营方法,运用一套调和的商业解决方案来协同地管理扩展企业环境下的产品定义生命周期。cPDM强调协同工作过程,协同产品商务(CPC),供应商集成,企业应用集成(EAI)等,其核心是信息的集成和工作的协同。CIMdata咨询公司认为,任何工业企业的产品生命周期都由三个基本的紧密交织在一起的生命周期组成,它们是:产品定义生命周期、产品生产生命周期和运作支持生命周期。产品定义生命周期开始于最初的客户需求和产品概念,结束于产品报废和现场服务支持,研究的对象是作为智力资源的产品,包含产品是如何设计、制造和服务等信息;产品生产生命周期与产品生产和发运等企业活动相关,管理的对象是物理意义上的产品;运作支持生命周期则主要是对企业运作所需的基础设施、人力、财务和(制造)资源的统一监控和调配。产品定义生命周期完成贯穿整条产品价值链的包括产品定义本身(机械的和电子的)及相关软件、文档和产生这些数据的过程的描述,是其它两个产品生命周期的基础。MC的两大关键性问题:成本和时间都取决于产品的定义生命周期,因此cPDM对于MC的成功实施有着积极的意义。CPC、cPDM和PLM代表了现代PDM的最新思想和理念。但它们都是以产品数据管理PDM为核心并对PDM的扩展,它们的出发点都是为了实现企业内部和企业之间的信息集成和业务协同,最终使企业在产品的创新和推向市场的速度方面获得竞争优势。同时它们又各有侧重。CPC更多强调商务上的协同;cPDM更多地从企业协同运作角度来考虑问题;PLM则更多地强调产品本身,产品创新是它的驱动力。产品是一切制造型企业业务活动的核心,如果产品资源不能有效地加以管理和利用,作为财富来对待,任何先进管理理念都只能是纸上谈兵、空中楼阁。从技术发展的趋势来看,面向全生命周期的数字化产品定义和产品数据管理是实现异地网络环境下企业产品开发的重要技术保证。

二、 PDM的主要功能

PDM的功能有两种划分方法,一种是按面向应用与系统支持的功能划分,将其分成电子仓库、面向用户的使用功能(包括文档控制、变更控制、配置管理、设计检索与零件库和项目管理等),以及实用化的支持功能(包括通知与通信、数据传输、图像服务、系统管理等);另一种是按软件功能模块划分,可分为电子仓库和文档管理、工作流与过程管理、产品结构与配置管理、零件分类管理、工程变更管理、项目管理、电子协作、集成工具、浏览和圈阅等,其中前五项功能是PDM系统应具备的基本功能。

1. 电子仓库和文档管理

电子仓库(Data Vault)是在PDM中实现某种特定数据存贮机制的元数据(管理数据的数据)库及其管理系统,它保存所有与产品相关的物理数据和文件的元数据,以及指向物理数据和文件的指针。电子仓库是PDM系统中最基本、最核心的功能,是实现ODM系统中其他相关功能的基础。电子仓库提供给用户的主要数据操作功能包括:

  • 数据对象的检入和检出;
  • 改变数据对象的状态;
  • 转换数据对象的属主关系;
  • 按对象属性进行检索;
  • 数据对象的动态浏览与导航;
  • 数据对象的归档;
  • 数据对象的安全控制与管理功能等。

在产品的整个生命周期中与产品相关的信息以文件或图档的形式存在,统称为文档,包括设计任务书、设计规范、二维图纸、三维数字模型、技术文件、工艺文件、制造资源文件、合同书、技术手册、使用手册等。在企业中,这些文档分属于不同的部门,具有不同的动静态特征,由不同的人员管理。文档管理的功能包括:文档对象的浏览与导航、文档的分类归档管理、文档的版本管理、文档的安全控制。通过电子仓库可以比较方便地实现文档的分布式管理与共享,如图3所示。生成的文档存入时,首先要通过规则约束检查,只有符合操作权限的用户才能将文档存入电子仓库中,这时文档的元数据将存入元数据库中,具体文件则放入指定的某一文件系统的相关路径中。检出的操作与检入操作相反。 图3 文档在电子仓库中的管理

2. 工作流与过程管理

工作流与过程管理是用来定义和控制数据操作的基本过程,主要管理当用户对数据进行操作时人与人之间或活动与活动之间的数据流向,以及在一个项目的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。其功能包括:定义并建立工作流程、运行并控制工作流程、察看流程中文档的状态等。定义并建立工作流程的方法有:定义产品的开发流程、定义设计数据的审批流程、指派流程的用户。

3. 产品结构与配置管理

产品结构与配置管理作为产品数据组织与管理的一种形式,它以电子仓库为底层支持,以材料明细表为其组织核心,把定义最终产品底所有工程数据和文档联系起来,实现产品数据的组织、管理与控制,并在一定目标或规则约束下,向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述,如设计视图、装配视图、制造视图、计划视图等。产品材料明细表(BOM)集中反映了产品结构的汇总信息,它描述了产品结构中各零部件的这种层次关系、每个零件的数量、材料、自制件还是外购件等信息。产品结构管理主要包括产品结构层次关系管理、基于文件夹的产品-文档关系管理和版本管理等。

4. 零件分类管理与检索

零件分类管理的目的是对已有设计信息进行归类管理,为最大限度地重用现有设计成果开发新的产品提供支持。PDM零件分类管理提供的基本功能包括:

  • 基于属性的相似零件和文档对象,以及基于属性的标准零件和文档检索功能;
  • 建立零件、文档对象与零件族的关系;
  • 定义与维护分类模式;
  • 定义与维护缺省的或用户自定义属性关系。

5. 工程变更管理

工程变更是生产过程中经常出现的重要活动,特别是在航空、航天、汽车等领域。工程变更包括工程变更请求与工程变更指令两部分内容。

6. 项目管理

项目管理包括两方面。其一是项目组织,即根据项目的特点和项目计划,围绕项目合理组织项目中的人员,有效管理项目所需的各种资源和数据,保证项目按计划顺利完成。其二是项目控制,即围绕项目跟踪其进度,掌握其各项工作现状,以便进行适当的资源分配和进度调整。但项目管理目前仍然是PDM系统中必须进一步开发的功能。

7. 系统定制与集成工具

PDM系统可以按照用户的需求合理配置所需的功能模块,并提供面向对象的定制工具,定制工具中提供有专们的数据模型定义语言,能够实现对企业模型全方位的再定义,包括软件系统界面的专门改造及系统的功能扩展。为了使得不同的应用系统之间能够共享信息以及对应用系统所产生的数据进行统一管理,要求把外部应用系统"封装"或集成到PDM系统中,并提供应用系统与PDM数据库以及应用系统与应用系统之间的信息集成。

PDM国内厂商介绍

1、上海思普信息技术有限公司 SIPM/PDM项目

电话:021-64740058 64310963 传真:34060476 http://www.sipm.com.cn/SIPM/PDM产品数据管理系统是一个支持产品设计过程和产品数据管理的集成平台,是整个SIPM系统的管理工具,它采用典型的C/S结构,可安全方便地管理分布于全厂范围的产品与工艺的设计过程和设计数据。SIPM/PDM的功能支持从产品概念设计到产品出图、从工艺分工到工艺卡片生成中的所有活动,对活动所产生的数据进行审核并有效地管理它们。上海思普信息技术有限公司SIPM/PDM项目:上海港机、浙江亚太机电、上海中集冷藏箱有限公司、西安筑路机械厂、上海轮胎橡胶集团、上海航天局第801研究所、南车四方机车公司、中集集团、上海德尔福汽车空调器有限公司、浙江万安集团、江苏昌升印刷机械厂、江苏申海集团、长安铃木、无锡威孚集团、河北宣化工程机械股份有限公司、东风汽车股份有限公司。

2、武汉开目信息技术有限责任公司 开目PDM Copyright(c) 2004

电话:027-67869800 传真:027-67869876开目PDM(IntePDM)系统:三明重工、武汉车辆厂、资阳机车厂、武汉船用机械厂,中国三江航天工业集团,南京跃进集团,南京电子部14所,上海锅炉厂,哈尔滨焊接切割成套设备有限公司,哈尔滨空调设备公司,常林股份信息化建设项目,经纬纺织机械股份有限公司,无锡宏源纺机公司,宁夏西北奔牛集团,宝鸡石油机械厂。

3、北京艾克斯特科技股份有限公司 艾科斯特XTPDM

地址:北京市海淀区成府路45号 清华大学84-167信箱邮编:100084 传真:010-62633863 http://www.extech.com.cn/艾科斯特XTPDM软件可以进行图档管理、项目管理、项目监控、 产品定制等。提供从设计(CAD)工艺(CAPP)生产(ERP/MRPII)的数据流通渠道,还有报表功能、评审功能等等,其主要用户为: 广州白云电器设备总公司, 苏州医疗器械总厂, 天水长城开关厂, 澳珂玛集团, 江南航天集团乌江机械厂, 合肥神马电缆机械股份有限公司, 济南一机床, 吉林龙鼎集团, 成都宁江机床, 广州国光电器, 济南小鸭电器, 安凯汽车集团, 内蒙古第一机械集团, 沈阳华利能源设备制造。

4、北京清软英泰信息技术有限公司 清华英泰公司TiPDM

地址:北京市海淀区清华大学科技产业园华业大厦三区四层公司总机:010-62782208 传真:010-62782208转232PDM事业部:010-62781826/62783442/62787257/62795729/62795724;分机246清华英泰公司TiPDM系统的特点是:以零件为核心组织产品数据;完善的安全控制机制;可扩充可定制的图文档分类管理;工程图档信息自动提取;支持企业动态模型及动态演化;强大的产品配置功能;灵活的用户自定义管理机制;完善和高效的更改管理;编码管理与系统紧密集成;可适时再现产品整个生命周期的情况;广泛与深入的应用系统集成。其系统的功能模块为:系统安全管理、图文档管理、变更及版本管理、产品结构管理、产品配置管理、工作流程管理、编码管理、应用系统集成、项目管理、消息服务。TiPDM的用户为:济南二机床、江汉石油第四机械厂、厦门金龙旅行车公司、吴忠仪表、天津纺机、郑州纺机、天润曲轴有限责任公司、青岛纺机。

5、欧磊科技有限公司SmarGroup

电话:86(024)23745544 86(024)83890297/83890797/83673288(欧磊技术中心)传真:86(024)23745522 86(024)83890297(欧磊技术中心)用户:一汽机动处、一重集团公司设计院、沈阳昊诚电器、哈尔滨电站设备集团、一汽蓝迪公司、四川眉山车辆厂、深圳富士康集团、江苏永升集团。

PDM国外厂商介绍

1 Windchill系统-PTC公司

Windchill系统是PTC公司的CPC产品,也是目前国内市场占有率最高的PDM及CPC产品。Windchill 产品包括Windchill Foundation、Windchill PDM、Information Modeler、Windchill Info*Engine、ProductView等套件。Windchill Foundation提供了一个基于Web的联邦环境,它致力于产品和过程信息的建立、管理和发展。其核心功能包括跨企业文档管理、结构管理、生命周期管理、工作流管理和系统管理。Windchill Foundation是一个功能模块,它能建立一个环境,使业务部门共享产品和过程信息,而不管信息保存在何处,或具有何种格式;并且可以将企业及其供应链的离散型系统、应用和过程连接到一起。

  • 文档管理

文档管理功能包括:数据库管理、检入和检出功能、版本控制和日志功能和Verity Search '97引擎支持的全文本检索。

  • 结构管理

Windchill结构管理通过定义零件之间的关系,来建立一个层次结构。一个分层结构可以描述部件、组件和元件的整个产品细目分类。使用简单的HTML导航,用户可以访问物料清单(BOM)的功能视图,该视图会随着用户在组织中的角色不同而不同。例如,工程师可以导航设计视图,而装配规划者只能在规划视图上工作。

  • 生命周期管理

一个Windchill生命周期包括一组有序的阶段和关卡,它们能确定对象目前的状态,以及对象进入下一个阶段应该满足的条件。通过把工作流过程与生命周期阶段和关卡关联起来,生命周期中管理的对象可以自动改变其生命周期状态。通过工作流对生命周期变化的支持而实现的自动过程,可以大大提高效率。

  • 工作流管理

通过提供一个统一而灵活的过程管理构架,Windchill工作流管理功能可以让用户积极指导和监控他们独特的商业过程,它还包含了一些样本工作流模板,用来快速定制和部署通用的Winchill工作。Windchill Foundation系统管理功能包括:访问控制、联邦管理、联邦目录服务、域定义、索引策略、项目和角色定义。Windchill Foundation功能以低层基础或基本类别(例如:项目类、关系类和基本行为类)形式提供给用户。内置的对象模型封装了可再用对象的持久性、搜索引擎索引、访问控制、文件夹、对象所有权、并行操作和锁定、对象版本、对象结构化、以及多种其它常规行为。Windchill Foundation是支持Windchill 的知识中枢。Windchill PDM支持产品结构及相关更改信息的管理和交换。在Windchill PDM中,可以建立和维护多种相互关联的物料清单(BOM)表示,以便在产品的整个进展过程中,保持表示的一致性。可以定义和无缝控制多个部门和系统中的更改动作,以简化产品的升级和更新。Windchill Information Modeler(信息建模工具)提供了专业的面向对象的快速应用开发(RAD)工具,它主要用于定制Windchill以及建立和部署专用产品协同商务应用程序。Windchill Info*Engine是一种企业信息存取构架,它能让企业建立一些专用业务应用或信息门户,来汇合保存在多个数据源的信息。ProductView提供了许多信息可视化功能,它们能让用户以Web方式访问产品和过程生命周期中涉及到的几乎所有类型的信息,从而支持企业协作。访问各种企业系统所管理的信息、浏览多种异构产品信息、以及标记和分析产品设计等功能是ProductView的所有核心功能。这些核心功能可以促进重要的产品和过程信息在整个企业内的流动。因为Windchill支持代理对象,所以用户可以共享和合并多个系统(Windchill系统和非Windchill系统)中的信息。例如,其它Windchill系统、以往系统或现用PDM系统所管理的、并保存在这些系统中的零件和文档,可以被一起连接到Windchill管理的产品结构中。通过使用一群拥有不同基本信息系统的企业所开发的信息,用户可以简化他们的工作,并能使用最好的信息来制定决策。PTC公司的Windchill产品的用户:厦门路达、一汽轿车、航天17所、信产部29所、信产部38所、上海大众汽车、华为公司、中兴通讯、广州地铁公司、联想集团。航天二院四部、航空640所、齐齐哈尔铁路车辆厂。 另外IBM公司的PM产品用户有西安飞机设计所、昌河飞机工业公司、成都飞机公司等。

2 IMAN系统-EDS公司

IMAN是EDS公司的面向中型企业的PDM系统,主要用于汽车、航空、机械制造和家电等行业。它是面向对象的信息管理和控制系统,由一个窗口界面、一组实用程序、一个集成工具箱和一个数据库管理系统组成。IMAN采用C/S方式,将同种或异种机间的数据网球集成在一个逻辑上相同的数据库中,对用户透明,实现了真正的全局数据集成。IMAN是完整的PDM产品,支持PDM的最基本功能。IMAN在中国的用户包括沈阳航空发动机研究所、上汽泛亚汽车技术中心、上汽奇瑞、科龙、 柳州五菱、长虹、康佳、海尔、华宝、春兰、上海飞机制造厂、沈阳飞机设计所、北京人民印刷机械厂、上海汽车齿轮厂、上海离合器厂、上海汽轮机厂等IMAN系统由多个层次组成,如图1所示,它们是:用户界面层、应用工具层、核心模块层和系统模块层。用户通过访问用户界面,调用应用工具层中的应用工具,包括工作平台WS(workspace),产品结构编辑器PSE(product structure editor),企业过程管理EPM(enterprise process manage),系统管理SA(system administration)和邮件系统Mail。这些工具通过永久对象管理模块调用Oracle数据库或者通过操作系统OS工具调用操作系统功能来实现。 图1 IMAN体系结构

3 Metaphase系统-EDS公司

SDRC公司(现被EDS公司收购)的Metaphase软件是PDM软件产品中的代表之一,该软件涵盖了企业级PDM系统应具备的主要功能模块,提供了面向对象的系统定制和集成开发工具,采用了电子商务、联邦式软件结构、CORBA Gateway等先进技术,是支持并行工程比较理想的集成框架软件。Metaphase采用了四层相对独立的结构,包括系统服务层、对象管理框架、功能模块层与集成工具层。系统服务层(System Services):处于系统的底层,它提供对异构的硬件平台、操作系统、数据库、网络与图形界面的支持。对象管理框架层(Object management framework,OMF):建立在系统服务层基础之上,提供了面向对象的对象管理框架结构,它为用户提供了一个图示化平台环境。同时提供一种框架使得用户能利用数据库查询和检索技术快速定位、存取和加工分布于多客户机/服务器上的产品信息。对象管理框架包含了Metaphase系统的所有基本结构要素,如系统的数据库对象模型、规则处理器、服务器软件和作为用户接口的客户机。系统功能模块层:在对象管理框架之上,包括系统提供的标准功能模块PSM(Product Structure Management,产品结构管理器);APC(Advanced Product Configurator,高级产品配置器);LCM(Life Cycle Manager,生命周期管理器);CCM(Change Control Manager变更控制管理器);PFM(Part Family Manager,零件分类管理器);API(应用接口模块);如图2所示。集成工具层(Integrator Toolkit):提供对上述诸功能层的用户化定制,以及创建到外部应用和数据库系统的接口。 图2 Metaphase的功能模块Metaphase所能支持的操作系统包括UNIX,Open-VMS,Windows NT,Macintosh等;支持的数据库包括Oracle,Sybase,Informix,SQL Server等。EDS公司的 Metaphase 产品的用户:航天二院204所、上海日立、哈尔滨电机总厂;国外有波音、福特、微软、ABB、SUN等。Metaphase 产品是EDS公司的TeamCenter产品套件的重要组成部分,图3所示为TeamCenter产品的主要套件。 图3 EDS公司的TeamCenter产品套件

4 eMatrix产品

MatrixOne的产品eMatrix系统是全球第一个为产品开发及管理的工作团队提供广泛电子业务(e-Business)的解决方案。它使用Web来连接工作团队、过程和数据信息,能够极大地提高企业的工作效率和效益。eMatrix将传统的PDM概念引申至最新的电子商务解决方案,充分发挥Internet/Intranet的革性作用。在产品创新开发的范围内,建立客户需求与供应商之间的紧密联系,eMatrix能使企业的运作更顺畅,对客户的需求能够更快预测和反应,更好地引导设计链上的供应厂家,使得企业能够构架更好的战略部署。eMatrix是一个完整的产品开发过程电子业务软件和服务系统,适用于各种产品的概念设计、需求管理、产品研制、变更管理、试验管理、制造过程、技术创新和程序管理等等。使用的行业包括航空航天、汽车机车、能源动力、机电制造、家用电器、IT产品、娱乐用品以及建筑和商业等。eMatrix自面市以来,已有300余家世界性企业使用,软件的授权超过5万套。 eMatrix产品的中国用户:上海汇众、上海贝尔。