長期以來，許多制造企業(yè)的開發(fā)一直沿用傳統(tǒng)的串行設計方法，即遵循“需求分析-概念設計-詳細設計-工藝設計-加工制造-試驗驗證-設計修改”的基本流程。盡管在大批量生產模式中，這一方法曾經起過重要的作用，但是隨著工業(yè)信息化的發(fā)展，串行設計方法就暴露了越來越多的缺點[1-2]。“并行工程”作為一種全新的設計理念，已得到國內外廣泛重視。產品數(shù)據管理(
PDM)作為支持并行工程的集成框架技術，能夠使企業(yè)提高設計效率，縮短產品上市時間，提高設計與制造的準確性和一致性，更好地管理工程變更和項目控制。實施PDM已成為制造企業(yè)信息管理的需要，更是企業(yè)贏得未來市場競爭的戰(zhàn)略需要[3-6]。
PDM的實施
以國內的一家大型紡機生產廠一山西經緯紡機廠為例。盡管該廠的現(xiàn)代化程度較高，但仍然存在一些問題。
1)
產品開發(fā)方式、產品設計及工藝技術不完善。產品在設計初期不能全面考慮設計下游多種因素，這必然造成從設計到制造到設計修改的大循環(huán)，導致設計改動量大、開發(fā)周期長、成本高。隨著該廠產量的逐年增加，這種設計方法阻礙了新工藝、新技術的研究。
2)產品數(shù)據及資料文檔管理存在不足。沒有建立產品數(shù)據管理系統(tǒng)，在缺乏有效數(shù)據管理的情況下，大量設計數(shù)據分散在網絡中各臺計算機里。這些數(shù)據極易發(fā)生丟失、缺損的現(xiàn)象。同時，設計人員查詢檢索圖檔極不方便，常常出現(xiàn)設計人員找不到自己以前設計圖紙的現(xiàn)象。
由此可見，從PDM的功能和制造業(yè)的發(fā)展要求及市場需求來看，實施PDM是非常有必要的。
PDM的體系結構分為4層[7-8]，分別是用戶界面層、應用組件層、核心服務層和底層平臺層。應用組件層是PDM實施的核心部分，也是用戶主要面對的模塊。而產品結構與配置管理在各大功能模塊中占核心地位，它是聯(lián)系其他模塊的紐帶。產品結構最初由設計部門設計者決定，反映的是CAD系統(tǒng)開發(fā)的設計視圖，以樹狀表示，能很好地表達產品的組成。產品結構樹的根節(jié)點代表產品，枝節(jié)點和葉節(jié)點分別表示部件和零件，是PDM中信息流動的載體和骨架。
PDM系統(tǒng)通過對附加在結構樹上的數(shù)據以及數(shù)據流進行管理和控制將企業(yè)中的各個系統(tǒng)有機地組織在一起，實現(xiàn)了企業(yè)中信息的集成、過程的集成和人的集成，這對于企業(yè)的信息化過程來說是非常關鍵的。
在PDM之前制造業(yè)信息化進程中最具影響力的一大信息平臺是ERP。它是對企業(yè)級資源的管理，以生產經營、計劃管理為主線，經過將近半個世紀的發(fā)展，功能不斷擴展，目前已包括物料清單、
生產計劃大綱、主生產計劃、粗能力需求計劃、物料需求計劃、車間作業(yè)管理、庫存管理、
財務管理、客戶定單管理、人力資源計劃等功能。它同PDM的功能都在不斷地擴展，形成了許多交叉功能，例如零件分類、物料清單、產品的結構、產品配置、組件信息等如圖1所示。這些功能歸結起來都屬于產品結構管理。產品結構管理是當前兩大信息平臺重疊最多的部分，它既是ERP的核心也是PDM的核心。而ERP只要服務于生產制造。在ERP系統(tǒng)中，作為核心的產品結構定義了零件和零件在車間的裝配過程，主要反映產品信息的規(guī)劃視圖，是面向材料和生產過程的。PDM系統(tǒng)主要服務于工程設計，產品結構管理主要面向產品能力和配置，反映的是CAD/CAE/CAM開發(fā)的設計視圖。產品結構是ERP系統(tǒng)和PDM系統(tǒng)集成的紐帶，見圖1。
圖1 PDM和ERP的聯(lián)系與集成
產品結構管理的目標是為了得到產品是否按預期的目標執(zhí)行所須的信息[9]。它主動控制設計過程的中間數(shù)據及文檔的顯示、查詢、追蹤產品數(shù)據。使設計及管理人員在每一時刻都能訪問到正確的和相關的信息。產品結構管理對產品數(shù)據的一種典型使用是以各種BOM表的形式形成產品結構的多方面視圖。如設計視圖、裝配視圖、制造視圖、計劃視圖等。換句話說產品結構管理以電子倉庫為底層支持，以材料明細表(Bill of Material，BOM)為其組織核心，把定義最終產品的所有工程數(shù)據和文檔聯(lián)系起來，實現(xiàn)產品數(shù)據的組織、管理與控制，并在一定目標或規(guī)則約束下，向用戶或應用系統(tǒng)提供產品結構的不同視圖和描述[10-11]。
所以PDM系統(tǒng)實施的關鍵就是實現(xiàn)產品的結構管理。
為了實現(xiàn)產品結構及配置管理，首先要創(chuàng)建產品零件結構樹，產品結構樹是整個PDM系統(tǒng)的主體部分，根據產品的裝配方式生成零件至部件，乃至于整個產品的樹狀結構關系是產品結構設計的一條有效途徑。在產品結構樹中，每個零件、部件對象都有自己的屬性，如零(部)件的標識碼、名稱、版本號、數(shù)量、材料、類型等，見圖2。在PDM系統(tǒng)中查詢零(部)件時，可以按照單個或多個屬性進行單獨或聯(lián)合查詢，以獲得零件的詳細情況，如按照類型為“借用件”的屬性查詢就可以得到相關部門關心的借用件信息。圖2中表示了產品零部件之間的層次關系及每個節(jié)點包含的相應屬性。通過這樣的產品結構樹圖，根據查詢條件，可以迅速地找到所需的數(shù)據；還可以自由選擇結構樹的分解層次數(shù)，展開自行設定的零部件，在需要時可以輸出相應的材料明細表(BOM，Bill of Material)。
圖2 產品結構樹特點及屬性
產品結構可以用圖表縮進的方式來表現(xiàn)，最典型的就是產品的裝配BOM，它是產品結構樹的另一種表現(xiàn)形式。如圖3所示，在I-DEAS中產品的結構樹通過階層來體現(xiàn)從屬關系，是I-DEAS在設計產品時用來建立產品結構樹的工具圖標面板。通過建立產品(父節(jié)點)，建立組(部)件和添加零件等一系列操作就可以建立起面板左部所示的面向裝配的產品結構樹。